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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Amperímetro AC com escala linear. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Usando retificação AC síncrona, o autor linearizou a escala de um amperímetro shunt do tipo magnetoelétrico sem qualquer amplificador. O artigo propõe variantes de circuitos com retificador de meia onda e síncrono em anel, normalmente utilizados em moduladores em anel. A escala de um amperímetro AC construído usando um dispositivo de ponteiro magnetoelétrico com uma derivação e um retificador simples geralmente não é linear. Está relacionado a isso. que quando a tensão diminui abaixo de um certo limite (0,2 ... 0,6 V), as propriedades de retificação dos diodos de germânio e silício se deterioram drasticamente. Como resultado, é necessário aumentar a queda de tensão no shunt ou usar retificadores lineares baseados em amplificadores de tensão CA. No entanto, um aumento na queda de tensão no shunt leva inevitavelmente a perdas de energia e a um aumento na impedância de saída da fonte de alimentação. Além disso, esse método apenas reduz a não linearidade, mas não a elimina completamente. É verdade que o uso de amplificadores permite eliminar quase completamente a não linearidade, mas complica muito o medidor. Enquanto isso, a linearidade dos retificadores de medição de diodo semicondutor simples pode ser significativamente melhorada sem muita complicação se a retificação síncrona for usada. Na fig. 1 mostra um diagrama de um retificador síncrono de meia onda para um amperímetro com escala linearizada.
No semiciclo positivo da tensão alternada (mais nas extremidades superiores dos enrolamentos II e III), os diodos VD1 e VD2 se abrem, conectando o microamperímetro ao shunt Rsh. No semiciclo negativo, os diodos estão fechados. No estado aberto, os diodos têm uma pequena resistência diferencial e a não linearidade dessa resistência é pequena, portanto a escala é quase linear. Ao usar microamperímetros com escala de 50 ... 200 μA com uma queda de tensão máxima na carcaça não superior a 150 mV, a tensão mínima no enrolamento III pode ser de 1,5 ... 2 V para germânio e 2 ... 2,5 V para diodos de silício (em uma tensão mais baixa, sua instabilidade afeta visivelmente as leituras do amperímetro). A tensão máxima é limitada pela tensão reversa máxima permitida dos diodos usados. A corrente mínima dos diodos deve ser 10...20 vezes maior que a corrente máxima do microamperímetro. Um enrolamento adicional pode ser feito independentemente, enrolando várias voltas de um fio isolado fino ao redor da bobina do transformador, se seu design permitir isso. Os resistores R3 e R4 são usados para ajustar o zero do amperímetro, cujo deslocamento ocorre devido à corrente do diodo VD2. fluindo através do shunt e a distribuição dos parâmetros do diodo. A conexão em fase dos enrolamentos II e III é importante em uma tensão relativamente baixa do enrolamento III (menor que 2 V), pois quando esses enrolamentos são ligados em antifase (neste caso, a polaridade da conexão do microamperímetro deve ser alterado), a escala parece não linear (o valor da divisão no final da escala aumenta gradualmente) o que, aliás, às vezes pode ser útil. No entanto, quando a tensão no enrolamento III é superior a 4 ... 5 V, essa não linearidade é praticamente imperceptível e você pode ignorar a fase de ativação dos enrolamentos. Para proteger o microamperímetro de sobrecargas acidentais em paralelo com suas saídas, é útil ligar o diodo de silício D220, KD522 ou KD521 no sentido direto, após certificar-se de que não afeta as leituras do microamperímetro no final do escala. Adicionando mais dois diodos e um resistor, o retificador síncrono pode ser convertido em um retificador de onda completa (Fig. 2). Como fonte que abre os diodos, o enrolamento de trabalho do transformador é usado aqui.
A vantagem de um circuito de retificação de onda completa sobre um retificador de meia onda é essa. que a queda de tensão necessária em Rsh é aproximadamente duas vezes menor para a mesma corrente da deflexão total do microamperímetro. Portanto, se em um retificador de meia onda com diodos D220, para uma deflexão total da agulha do microamperímetro em 200 μA (com uma resistência de quadro de cerca de 670 Ohms), uma queda de tensão em Rsh de cerca de 0,4 foi necessária 0,2 V, então na onda completa essa tensão não excedeu XNUMX V. O circuito acima é uma modificação de um modulador de anel convencional. Quando a tensão em Rsh aumenta para 0,4 V (valor de pico) para germânio e 1,2 V para diodos de silício, uma corrente passante de carga começa a fluir através dos diodos VD1, VD3 e VD2, VD4. Portanto, os resistores R3-R5 servem não apenas para equilibrar a ponte. Eles limitam a corrente através dos diodos quando sobrecarregados. Com base nessas considerações, é melhor usar diodos de silício em um retificador de onda completa e calcular o amperímetro para uma queda de tensão máxima em Rsh não superior a 0,5 ... 0,6 V. Em caso de sobrecarga ou K3, medidas adicionais podem ser tomadas para limitar a corrente através dos diodos. Isso pode ser um aumento na resistência dos resistores R3-R5, um resistor de extinção e diodos shunt ou diodos zener.
Para abrir os diodos da ponte de medição do amperímetro com escala linear, não é necessário o uso de transformador. Na fig. 3 mostra um método para obter a tensão de abertura diretamente de uma rede de 220 V. O diodo Zener VD1 limita e estabiliza esta tensão. O diodo VD2 reduz o aquecimento do resistor de extinção R 5. É aconselhável usar essa fonte de alimentação no caso de alimentação de um transformador se sua tensão de saída exceder várias dezenas de volts. Ao usar um retificador de onda completa, neste caso, o diodo VD2 deve ser excluído e mais um contador (do mesmo tipo) deve ser conectado em série com o diodo zener VD1 ou um diodo zener de dois anodos deve ser usado. Ao calcular os elementos de um retificador de meia onda e fazer medições, você precisa se lembrar dos recursos de medição de corrente ou tensão não senoidal, levando em consideração o fator de forma. Ao fabricar um amperímetro multilimite com limites de corrente medidos inferiores a 0,2 ... 0,4 A, é necessário levar em consideração o seguinte recurso desses circuitos de ponte. A corrente que abre o diodo VD1 na fig. 1 (ou VD1, VD2 na Fig. 2), fecha diretamente para a fonte de alimentação, e a corrente de diodo VD2 (ou VD3, VD4 na Fig. 2) passa pelo resistor Rsh e cria uma queda de tensão nele, que, como mencionado acima, compensado ajustando o resistor R4. Quando a resistência do resistor Rsh não é superior a 0,1 ... 0,2 Ohm, a queda de tensão através dele da corrente do diodo VD2 (1 ... 2 mA) não excede 0,1 ... 0,4 mV No máximo queda de tensão em shunt 100...200 mV pode ser ignorada. Se, no limite mínimo de medição, a resistência Rsh tiver um valor maior, então é necessário tomar medidas para manter zero ao alternar os limites de medição. Se a ponte for alimentada por um enrolamento adicional, no limite mínimo é possível fazer um shunt de duas metades e conectar a saída do enrolamento de energia da ponte ao ponto médio do shunt. Também é possível usar uma seção adicional da chave de transferência, de modo que, ao alternar os limites, a corrente no circuito de potência das pernas individuais da ponte de medição não seja interrompida. Na fabricação de amperímetros de acordo com os esquemas acima, é necessário tomar medidas para aumentar a estabilidade de temperatura da leitura do instrumento, que é determinada principalmente pela igualdade de temperaturas dos diodos da ponte de medição. Para fazer isso, é aconselhável usar conjuntos de diodos em um pacote ou colocar os diodos um ao lado do outro e garantir um bom contato térmico preenchendo-os com um composto. Autor: V.Andreev, Togliatti, região de Samara
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