Випрямляючі прилади
Випрямні прилади широко застосовуються для вимірювання струму звукового діапазону частот. Принцип роботи таких приладів ґрунтується на використанні випрямних властивостей напівпровідникового діода. Постійна складова випрямленого діодом струму вимірюється приладом магнітоелектричної системи.
Зазвичай використовуються випрямлячі двох основних типів: однонапівперіодні та двонапівперіодні. В однополуперіодних схемах струм Iпр через мікроамперметр, послідовно включений з діодом Vl, пропускається тільки один напівперіод змінної напруги u(t). У негативний напівперіод, для якого опір діода V1великий, струм протікає через діод V2, включений паралельно до приладу. Діод V2 захищає діод V1 від пробою. Для зрівнювання опору паралельних гілок послідовно з другим діодом включений резистор R, опір якого дорівнює опору ланцюга вимірювального механізму (рис. 6.5 а). Рухлива частина магнітоелектричного мікроамперметра через її інерційність при частотах вище 20 Гц не встигає стежити за миттєвими значеннями моменту, що обертає, тому реагує на середнє значення моменту.
З рівняння шкали магнітоелектричного приладу також випливає, що прилади випрямної системи вимірюють середнє значення змінного струму, а чи не середньоквадратичне. Для однонапівперіодного випрямляча (рис.6.5, б):
.
Мал. 6.5. Однонапівперіодна схема випрямного міліамперметра (а) і струми, що протікають у ньому (б)
Шкалу приладу, що вимірює змінний струм або напругу, зазвичай градуюють в середньоквадратичних значеннях синусоїдального сигналу, тому середнє значення струму Iпр, що протікає через прилад, виражають через середньоквадратичне значення I синусоїдального сигналукоефіцієнт форми kф:
,
.
Якщо форма кривої струму несинусоїдальна, то kф ≠ 1,11 і показання приладу неправильні. Якщо коефіцієнт форми несинусоїдального струму відомий, можна визначити нову постійну приладу і з її допомогою робити правильні вимірювання цього несинусоїдального струму.
У двонапівперіодних схемах випрямляча (рис. 6.6 а) струм Iпр, що протікає через мікроамперметр, збільшується вдвічі в порівнянні з струмом, що протікає в схемі на рис. 6.5 а. У позитивний напівперіод струм проходить через діод V1, мікроамперметр, діод V3 протягом негативного напівперіоду - через діоди V2, V4 і мікроамперметр. Таким чином, через мікроамперметр струм Iпр проходить в тому самому напрямку в обидва напівперіоди: .
Мостовий ланцюг з чотирма діодами вимагає підбору діодів та спеціальної температурної компенсації, тому що прямий та зворотний опір діода залежать від температури навколишнього середовища. Практичне застосування знаходять мостові схеми з двома діодами та двома резисторами (рис. 6.6, б). Ця схема має меншу чутливість, так як вимірювач І зашунтований резисторами R1 та R2. Струм, що протікає через прилад, у цьому випадку дорівнює: R1 = R2 = R, а Rпр - опір ланцюга вимірювача.
Мал. 6.6. Двонапівперіодні схеми випрямних міліамперметрів (а - в) і струми, що протікають в ньому (г)
Якщо поміняти місцями діагоналі моста, то отримаємо схему послідовно моста (рис. 6.6, в), що дозволяє вимірювати значні струми, оскільки опори R1 і R2 у цьому випадку шунтують вимірювач разом з діодом, а не тільки вимірювач, як у схемі паралельного моста ( рис.6.6, б).
Випрямлювальні прилади для вимірювання струмів широко застосовуються як її складові елементикомбінованих приладів: тестерів, авометрів, що використовуються для вимірювання струмів, напруг, опорів та інших електричних величин.
При використанні відповідного типу діода випрямні прилади для вимірювання струмів можуть застосовуватись у діапазоні високих та надвисоких частот. Германієві та кремнієві діоди забезпечують частотний діапазон вимірювання струмів до 100 МГц.
Основними перевагами випрямляючих приладів є висока чутливість, мале власне споживання енергії та можливість вимірювання у широкому діапазоні частот. Недоліком цих приладів є їхня невисока точність. Основними джерелами похибок є зміна параметрів діодів з часом, нелінійність шкали, вплив зовнішньої температури.
Клас точності випрямних приладів, що випускаються 1,5 і 2,5; межі вимірювання струму від 2 мА до 600 А, за напругою від 0,3 до 600 В.