2017-12-14
3343
Фазочувствительные выпрямители имеют два входа: сигнальный и управляющий (коммутирующий). На сигнальный вход, как правило, подается синусоидальное напряжение U c определенной неизменной частоты. Управляющее напряжение U у той же частоты предназначено для коммутации электронных ключей, подключающих входной сигнал на выход выпрямителя.
Фазочувствительные выпрямители могут быть одно- и двухполупериодными. На рис. 3.18 схематично показано устройство и временные диаграммы однополупериодного выпрямителя при условии, что высокий уровень напряжения U у соответствует открытому состоянию ключа.
Пусть U c = U m sin(ωt + φ). Среднее значение выходного напряжения за период получаем, интегрируя входное напряжение за один полупериод: тот, в течение которого ключ замкнут:
(3.4)
Таким образом, выходное напряжение зависит не только от величины сигнала, но и от угла сдвига фаз между сигналом и управляющим напряжением. Поэтому фазочувствительные выпрямители широко применяются для измерения активного тока в электрических системах.
|
|
|
Если установить второй ключ, открывающийся в противофазе с первым, подать на него проинвертированное входное напряжение и соединить выходы двух ключей, получится двухполупериодный фазочувствительный выпрямитель (рис. 3.19). Он имеет удвоенную частоту пульсаций и удвоенное по сравнению с (3.4) среднее значение выходного сигнала.
 |
На рис. 3.20 приведены примеры диодно-трансформаторных схем фазочувствительных выпрямителей.
Для надежного открывания диодных ключей необходимо, чтобы напряжение вторичной обмотки управляющего трансформатора Т2 было больше, чем напряжение вторичной обмотки сигнального трансформатора Т1. Для того чтобы в выходном сигнале отсутствовали составляющие напряжения U у, необходимо выполнить условие: R 1 = R 2.
Рассмотрим процессы в однополупериодном выпрямителе (рис. 3.20, а). Пусть полярность напряжения U у такова, что оба диода открыты. Ток вторичной обмотки трансформатора Т 2 протекает параллельно по двум цепям: 1) верхняя полуобмотка Т1 – V1 – R1; 2) нижняя полуобмотка Т1 – V2 – R2. В силу симметрии оба тока равны, поэтому падения напряжения на резисторах R1 и R2 и полуобмотках трансформатора Т1, вызванные током управления, взаимно компенсируют друг друга. Вторичное напряжение трансформатора Т1 передается на выход. При противоположной полярности напряжения U у оба диода закрыты, выходное напряжение равно нулю.
В двухполупериодном выпрямителе (рис. 3.20, б) полярность напряжения U у определяет, какая пара диодов будет открыта. Пусть полярность на вторичной обмотке трансформатора Т2 такова, как указано на схеме. Тогда ток вторичной обмотки трансформатора Т2 протекает параллельно по двум цепям: 1) R1 – V1 – верхняя полуобмотка Т1; 2) R 2 – V4 – нижняя полуобмотка Т1. Таким образом, открыты диоды V1 и V 4, и напряжение сигнала с вторичной обмотки трансформатора Т1 передается на выход. При противоположной полярности напряжения U у открыты диоды V 2 и V 3, и напряжение сигнала передается на выход проинвертированным по отношению к предыдущему случаю.
|
|
|
Применение операционных усилителей в фазочувствительных выпрямителях позволяет уменьшить число ключей, повысить входное и уменьшить выходное сопротивление, усилить выпрямляемый сигнал.
На рис. 3.21, а приведена схема фазочувствительного выпрямителя на ОУ и полевом транзисторе. При положительной полярности управляющего напряжения диод заперт, ключ на полевом транзисторе замкнут. Коэффициент передачи сигнала
(3.5)
При отрицательной полярности U у полевой транзистор закрыт, и коэффициент передачи определяется также выражением (3.5), в котором следует принять R 5 = ∞. Для того, чтобы коэффициенты передачи при замкнутом и разомкнутом ключе были одинаковы по модулю и различны по знаку, необходимо выполнение условия
(3.6)
Упрощая равенство (3.6), получаем
Входное сопротивление рассматриваемого выпрямителя не зависит от состояния ключа.
Еще одна модификация фазочувствительного выпрямителя на ОУ показана на рис. 3.21, б. Чтобы обеспечить равенство по модулю коэффициентов передачи при открытом и закрытом ключе, должно быть выполнено условие R 1 = R 2. При положительном U у полевой транзистор открыт и сопротивление его канала много меньше R 3, т.е. неинвертирующий вход, по сути, заземлен. Тогда схема представляет собой инвертор, и U вых = – U c. При закрытом полевом транзисторе потенциал неинвертирующего входа ОУ равен U c. Тогда в соответствии с принципом мнимой земли потенциал инвертирующего входа также равен U c. Ток по резисторам R1 и R2 не протекает, и схема представляет собой повторитель напряжения, т.е. U вых = U с.
Таким образом, обе схемы рис. 3.21 являются двухполупериодными.
Геллер Б.Л. КГТУ 2010
ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
