Меню

Средневыпрямленное значение напряжения схема

Параметры переменного напряжения

Содержание

  1. Среднее значение напряжения
  2. Средневыпрямленное значение напряжения
  3. Среднеквадратичное значение напряжения
  4. Как измерить среднеквадратичное значение напряжения

Как вы помните из предыдущей статьи, переменное напряжение – это напряжение, которое меняется со временем. Оно может меняться с каким-то периодом, а может быть хаотичным. Но не стоит также забывать, что и переменное напряжение обладает своими особенными параметрами.

Среднее значение напряжения

Среднее значение переменного напряжения Uср – это, грубо говоря, площадь под осциллограммой относительно нуля за какой-то промежуток времени. Чтобы это понять, давайте рассмотрим вот такую осциллограмму.

Например,чему равняется среднее значение напряжения за эти два полупериода? В данном случае ноль вольт. Почему так? Площади S1 и S2 равны. Но все дело в том, что площадь S2 берется со знаком “минус”. А так как площади равны, то в сумме они дают ноль: S1+(-S2)=S1-S2=0. Для бесконечного по времени синусоидального сигнала среднее значение напряжения также равняется нулю.

То же самое касается и других сигналов, например, двухполярного меандра. Меандр – это прямоугольный сигнал, у которого длительности паузы и импульса равны. В этом случае его среднее напряжение также будет равняться нулю.

Средневыпрямленное значение напряжения

Чаще всего используют средневыпрямленное значение напряжения Uср. выпр. То есть площадь сигнала, которая “пробивает пол” берут не с отрицательным знаком, а с положительным.

средневыпрямленное значение напряжения будет уже равняться не нулю, а S1+S2=2S1=2S2. Здесь мы суммируем площади, независимо от того, с каким они знаком.

На практике средневыпрямленное значение напряжения получить легко, использовав диодный мост. После выпрямления синусоидального сигнала, график будет выглядеть вот так:

Для того, чтобы примерно узнать, чему равняется средневыпрямленное напряжение, достаточно узнать максимальную амплитуду синусоидального сигнала Umax и сосчитать ее по формуле:

Среднеквадратичное значение напряжения

Чаще всего используют среднеквадратичное значение напряжения или его еще по-другому называют действующим. В литературе обозначается просто буквой U. Чтобы его вычислить, тут уже простым графиком не отделаешься. Среднеквадратичное значение – это значение постоянного напряжения, который, проходя через нагрузку (скажем, лампу накаливания), выделяет за тот же промежуток времени такое же количество мощности, какое выделит в этой нагрузке переменное напряжение. В английском языке среднеквадратичное напряжение обозначается так: RMS (rms) – root mean square.

Связь между амплитудным и среднеквадратическим значением устанавливается через коэффициент амплитуды K a:

Вот некоторые значения коэффициента амплитуды K a для некоторых сигналов переменного напряжения:

Более точные значения 1,41 и 1,73 – это √2 и √3 соответственно.

Как измерить среднеквадратичное значение напряжения

Для правильного замера среднеквадратического значения напряжения у нас должен быть мультиметр с логотипом T-RMS. RMS – как вы уже знаете – это среднеквадратическое значение. А что за буква “T” впереди? Думаю, вы помните, как раньше была мода на одно словечко: “тру”. “Она вся такая тру…”, “Ты тру или не тру?” и тд. Тру (true) – с англ. правильный, верный.

Так вот, T-RMS расшифровывается как True RMS – “правильное среднеквадратическое значение”. Мои токоизмерительные клещи могут замерять этот параметр без труда, так как на них есть логотип “T-RMS”.

Проведем небольшой опыт. Давайте соберем вот такую схемку:

Выставим на моем китайском генераторе частоты треугольный сигнал с частотой, ну скажем, 100 Герц

А вот осциллограмма этого сигнала. Внизу, в красной рамке, можно посмотреть его параметры

И теперь вопрос: чему будет равно среднеквадратическое напряжение этого сигнала?

Так как один квадратик у нас равняется 1 Вольт (мы это видим внизу осциллограммы в красной рамке), то получается, что амплитуда Umax этого треугольного сигнала равняется 4 Вольта. Для того, чтобы рассчитать среднеквадратическое напряжение, мы воспользуемся формулой:

Итак, смотрим нашу табличку и находим интересующий нас сигнал:

Для нас не важно, пробивает ли сигнал “пол” или нет, главное, чтобы сохранялась форма сигнала. Видим, что наш коэффициент амплитуды K a= 1,73.

Читайте также:  Сроки поверки индикаторов напряжения

Подставляем его в формулу и вычисляем среднеквадратическое значение нашего треугольного сигнала

Проверяем нашим прибором, так ли оно на самом деле?

Супер! И в правду Тrue RMS.

Замеряем это же самое напряжение с помощью моего китайского мультиметра

Он меня обманул :-(. Он умеет измерять только среднеквадратическое значение синусоидального сигнала, а у нас сигнал треугольный.

Самый интересный сигнал в плане расчетов – это двуполярный меандр, ну тот есть тот, который “пробивает пол”.

Его амплитудное Umax, средневыпрямленное Uср.выпр. и среднеквадратичное напряжение U равняется одному и тому же значению. В данном случае это 1 Вольт.

Вот вам небольшая картинка, чтобы не путаться

  • Сред. – средневыпрямленное значение сигнала. Это и есть площадь под кривой
  • СКЗ – среднеквадратичное напряжение. Как мы видим, для синусоидальных сигналов, оно будет больше, чем средневыпрямленное.
  • Пик. – амплитудное значение сигнала
  • Пик-пик. – размах или двойная амплитаду. Или иначе, амплитуда от пика до пика.

Так что же все-таки показывает мультиметр при измерении переменного напряжения? Показывает он НЕ амплитудное, НЕ среднее и НЕ среднее выпрямленное напряжение, а среднее квадратическое, то есть действующее напряжение! Об этом всегда помним.

Источник



Электроника

учебно-справочное пособие

  • Главная
  • Теория
  • Практика
  • Справочники
  • Схемы
  • Arduino
  • Тесты

Расчет выпрямителей напряжения

Выпрямители относятся ко вторичным источникам электропитания, для которых первичным источником являются сети переменного тока. Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменное напряжение питающей сети в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное пульсирующее так как назвать его постоянным немного некорректно. Существует и несколько иное определение: выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности.

Выпрямители могут быть однополупериодные и двуполупериодные. К тому же они разделяются на однофазные и многофазные.

Однополупериодный выпрямитель

Рис. 1 — Диаграмма напряжений однополупериодного выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя до боли проста и объяснять тут нечего. Для наглядности положительные и отрицательные полуволны показаны разными цветами (рис. 1). Поскольку диод обладает свойствами односторонней проводимости, на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности. Для схемы характерны следующие параметры:

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Действующее значение входного напряжения:

Среднее значение выпрямленного тока:

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

Достоинства схемы — простота конструкции.

Недостатки — большие пульсации, малые значения выпрямленного тока и напряжения, низкий КПД.

Применяется такая схема для питания низкоомных нагрузок, некритичных к высоким пульсациям. В бытовой технике однолупериодные выпрямители применяются в основном в импульсных источниках питания: из-за большой рабочей частоты (около 15 кГц а иногда и выше) пульсации не столь чувствительны и их легче сгладить.

Двухполупериодный выпрямитель

Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора

Рис. 2 — Диаграмма напряжений схемы выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока. Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством. Для такой схемы характерны следующие параметры:

Достоинства: удвоенные значения Uср и Iср , вдвое меньший коэффициент пульсаций по сравнению с однополупериодной схемой.

Недостатки: наличие трансформатора с двумя симметричными обмотками (что увеличивает его массогабаритные показатели). К тому же на диодах удвоенное обратное напряжение.

Мостовая схема выпрямителя

Рис. 3 — Схема мостового выпрямителя

Параметры такие же, как и двухполупериодной схемы со средним выводом, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD2, затем через нагрузку, затем через VD3 ко второму выводу трансформатора. При смене направления тока работают диоды VD4, VD1. Недостатком схемы считается удвоенное число диодов.

Читайте также:  Схема стабилизатора напряжения lm317 12 вольт

Достоинство — не нужен трансформатор со средней точкой.

Трехфазный выпрямитель

Однополупериодный трехфазный выпрямитель

Рис. 4 — Схема и диаграммы напряжений трехфазного однополупериодного выпрямителя

Каждая фаза смещена относительно другой на угол 120°. На нагрузке работает та фаза, у которой больше значение положительной полуволны в данный момент времени. В схеме диоды используются в течении 1/3 периода. При этом необходимо наличие средней точки.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Двухполупериодный трехфазный выпрямитель

Рис. 5 — Схема двухполупериодного трехфазного выпрямителя

По принципу действия такая схема аналогична однофазной двухполупериодной (мостовой). Для нее характерно:

Находит применение при различных величинах входного напряжения и токах нагрузки в сотни Ампер. Схема экономична, имеет низкие пульсации. Однако в реальных схемах коэффициент пульсаций составляет 8-10% из-за несимметричности фазных питающих напряжений.

Источники:

Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2019

Источник

Преобразователи средневыпрямленного значения.

Показания a микроамперметра пропорциональны средневыпрямленному значению измеряемого напряжения .

– при открытом входе.

Если вход закрытый, то a микроамперметра пропорциональны только средневыпрямленному значению переменной составляющей измеряемого напряжения.

Это измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянный ток, пропорциональный средневыпрямленному значению входного сигнала (среднему значению модуля). Вольтамперная характеристика такого детектора должна иметь линейный участок в пределах диапазона входных напряжений. Примером подобного преобразователя может служить двухполупериодный выпрямитель с фильтром нижних частот. Наиболее распространенными являются мостовые схемы (рис. 4.11). В схеме рис. 4.11,а ток через диагональ моста протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов переменного напряжения. В положительный полупериод ток протекает по цепи: верхний входной зажим–диод VD1–диагональ моста – диод VD4– нижний входной зажим; в отрицательный: нижний зажим–диод VD3–диагональ моста – диод VD2–верхний зажим.

Рис. 4.11

Направление тока соответствует проводящему направлению указанных диодов. Характеристики реальных диодов не имеют строго линейного участка, как это требуется условиями преобразования. Ток, протекающий через диод при положительном значении входного напряжения i≈u/(Rд(U)+R), где Rд(U)–сопротивление открытого диода, зависящее от приложенного напряжения, R – сопротивление нагрузки.

Начальный участок характеристики близок к квадратичному. Поэтому будет иметь место погрешность, которая будет тем меньше, чем ближе к линейной будет характеристика диода.

Для улучшения линейности ΒΑΧ в диагональ моста последовательно с резистором R включают резистор Rдоб, сопротивление которого намного больше сопротивления открытого диода Rд(U). В этом случае

Зависимость прямого тока от напряжения будет близка к линейной. Уменьшение чувствительности, которое будет проявляться при включении Rдоб, можно компенсировать введением дополнительного усиления.

Схема рис. 4.11,б отличается от предыдущей тем, что вместо диодов VD3 и VD4 включены резисторы R1 и R2. В положительный полупериод напряжения ток протекает через диод VD1 и резистор R1. Через резистор R2 в этот полупериод ток не протекает, на его зажимах напряжение равно нулю. Поэтому, если в диагональ моста включить магнитоэлектрический вольтметр, он измеряет падение напряжения на R1. Очевидно, в отрицательный полупериод вольтметр измеряет падение напряжения на резисторе R2, поскольку через него и диод VD2 будет протекать ток.

Погрешность преобразования обусловлена, главным образом, нелинейностью ΒΑΧ диода и влиянием прямого сопротивления диода на ток, протекающий через выпрямительный мост.

Вольтметры, построенные по такой структурной схеме, характеризуются высокой чувствительностью (микро- и милливольты) и сравнительно узкой полосой частот изме­ряемых напряжений (1; 5; 10МГц). Обе эти характеристики определяются усилителем переменного напряжения.

9. Электронный вольтметр среднеквадратичного значения на основе термопреобразователей, охваченных обратной связью: принцип действия, функциональные схемы, анализ погрешностей.

АЭВ – это измерительные приборы, представляющие собой сочетание электронного преобразователя и магнитоэлектрического измерителя

Читайте также:  Формула выражающая механическое напряжение

Схема АЭВ переменного тока.

Входное устройство – высокоомный резистивный делитель напряжения.

Усилитель постоянного тока (УПТ) – электронный преобразователь. Служит для повышения чувствительности вольтметра, усиливает мощность сигнала до уровня, необходимого для привидения в действие магнитоэлектрического измерителя.

mА – электро-механический преобразователь.

Преобразователь может быть амплитудного, средневыпрямленного и среднеквадратического значений. Вход преобразователя относительно постоянной составляющей может быть открытым или закрытым. АЭВ может быть низко, средне, высокочастотный и сверхвысокочастотный.

Преобразователь среднеквадратического значения с термопреобразователями.

Преобразователи строятся на термоэлектрических элементах .

УНПТ – усилитель напряжения переменного тока;

УПТ – усилитель постоянного тока;

ТП1, ТП2 – бесконтактные преобразователи, включенные встречно.

Электрическая энергия преобразуется в тепловую и используется квадратичная зависимость термо-ЭДС от тока нагревателя (т.е. от входного напряжения).

ТП1 включен между выходом УНПТ и входом УПТ. Мощность, подводимая к нагревателю ТП1, равна . Далее ЭДС, развиваемая термопарой ТП1, пропорциональна мощности : . После подачи , ЭДС – ЕТ1, на входе УПТ появляется напряжение, создающее ток в нагревателе ТП2. , где – выходной ток УПТ, протекающий по нагревателю ТП2.

Нарастание этого тока продолжается до некоторого значения, соответствующего значению .

Параметры схемы выбирают такими, что определяем из условия , подставляя и , получают линейную зависимость тока на выходе УТП от : .

Шкала микроамперметра – равномерная.

10. Цифровой вольтметр двойного интегрирования: принцип действия, структурная схема, основные соотношения, анализ погрешностей.

Метод времяимпульсного преобразования в сочетании с двухтактным интегрированием позволяет ослабить влияние помех, измерять напряжение обоих полярностей, получить большое входное сопротивление (до 1 ГОм) и малые погрешности измерения.

ИОН – источник опорного напряжения.

ГСИ – генератор счетных импульсов.

УУ – устройство управления.

УЦО – устройство цифрового отсчета.

На вход интегратора подается или , неизвестное напряжение измеряется в 2 такта: на первом такте (называемом интегрированием вверх) интегральное значение напряжения запоминается на выходе интегратора, на втором такте (интегрировании вниз) преобразуется во временной интервал , в течение которого на счетчик от ГСИ поступают импульсы образцовой частоты . Число импульсов эквивалентно , т.е. , k=const.

В исходном состоянии все ключи разомкнуты. В начале первого такта устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности с крутыми фронтами. В момент появления фронта импульса ключи и замыкаются, следовательно, на вход интегратора поступает измеряемое напряжение . Импульсы с частотой следования начинают поступать с генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону, пропорциональному :

Где – постоянная интегрирования на первом такте.

Когда на счетчик поступит импульсов, то счетчик будет заполнен, и импульс N с индексом в момент времени сбросит счетчик в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ , в результате на вход интегратора подается напряжение , его полярность обратна полярности . В момент заканчивается интегрирование вверх и начинается интегрирование вниз. Напряжение на выходе интегратора начинает убывать по линейному закону:

где – постоянная интегрирования на втором такте.

Импульсы от ГСИ продолжают поступать на счетчик. Устройство сравнения срабатывает в момент времени , когда напряжение на выходе интегратора равно 0, так как второй его вход соединен с «землей». При этом размыкается ключ . Для момента времени справедливо соотношение:

где – длительность второго такта интегрирования.

За время на счетчик поступило N импульсов, код числа N через дешифратор подается в устройство цифрового отсчета.

где – постоянные интегрирования.

Интервал времени пропорционален напряжению и не зависит от . Таким образом, для этого метода не требуется цепи с высокостабильными элементами. Число импульсов равно:

и могут поддерживаться постоянными с высокой точностью, следовательно, погрешность преобразования напряжения во временной интервал незначительна. После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям.


Дата добавления: 2016-04-06 ; просмотров: 1531 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник