Рисунок 2.9 – Схема однополупериодного выпрямителя (а) и временные диаграммы изменения выпрямленного тока (б)

Рисунок 2. 9 – Схема однополупериодного выпрямителя (а) и временные диаграммы изменения выпрямленного тока (б)

Шкалу прибора, измеряющего переменный ток или напряжение, обычно градуируют в среднеквадратичных (действующих) значениях синусоидального сигнала, поэтому среднее значение тока, протекающего через прибор, можно выразить через среднеквадратичное значение I измеряемого тока и коэффициент формы для синусоиды:

                                     (2. 21)

где

При токе полного отклонения микроамперметра предельное среднеквадратичное значение измеряемого переменного тока

                                                    (2. 22)

В цепи двухполупериодного выпрямления с четырьмя диодами (рис. 2. 10, а) ток, протекающий через микроамперметр, увеличивается вдвое по сравнению с током, протекающим через микроамперметр в цепи однополупериодного выпрямления. В течение положительного полупериода ток проходит через диод  - микроамперметр - диод; в течение отрицательного полупериода - через диоды, и микроамперметр. Таким образом, через микроамперметр ток проходит в одном и том же направлении оба полупериода:

                                           (2. 23)

Предельное среднеквадратичное значение измеряемого синусоидального тока.

В цепи однополупериодного выпрямления почти все приложенное напряжение падает на диод  поэтому при малых напряжениях работа, диода осуществляется на линейном участке его вольтамперной характеристики и шкала прибора делается более линейной. В цепи же двухполупериодного выпрямления приложенное напряжение распределяется между двумя диодами и прибором, что приводит к расширению нелинейного участка шкалы. Входное сопротивление цепи двухполупериодного выпрямления одинаково для обеих полуволн измеряемого напряжения, но вследствие нелинейного характера сопротивлений диодов сопротивление цепи зависит от значения измеряемого тока, поэтому для определенности принято сопротивление указывать при номинальных значениях напряжения и тока.

Мостовая цепь с четырьмя диодами требует идентичности последних и специальной температурной компенсации, так как прямое и обратное сопротивления диода зависят от температуры окружающей среды. Практическое применение находят мостовые цепи двухполупериодного выпрямления с двумя диодами и двумя резисторами (рис. 2. 10, б).

Ток, протекающий через микроамперметр,

            (2. 24)

где ,  - соответственно сопротивления резисторов и микроамперметра.

Данная цепь более чувствительна к малым напряжениям, чем цепь с четырьмя диодами, и менее зависит от температуры, поскольку два диода заменены резисторами. Частотный диапазон измерительных выпрямителей определяется в основном собственной емкостью диода. Нижняя граница частотного диапазона составляет 10 - 20 Гц, верхняя достигает с медно-закисными диодами не выше 100 кГц, с плоскостными германиевыми и кремниевыми - 100 кГц и с точечными - сотни мегагерц.

а                                                   б

Рисунок 2. 10 – Схемы двухполупериодного выпрямления

К достоинствам выпрямительных приборов относят: высокую чувствительность по току и напряжению; малую собственную мощность потребления; малые габариты; широкий частотный диапазон; к недостаткам - зависимость прямого и обратного сопротивления диода от температуры, нелинейность шкалы (сжата в начале при малых напряжениях до 0, 4 В); невысокую точность (классы точности 1, 5; 2, 5 и_4); зависимость показаний ох формы кривой, исследуемого сигнала. Если измеряемое напряжение или ток отличны от синусоиды, то к показаниям прибора необходимо, внести, поправки.

Расширение пределов измерения и возможность использования на различных пределах измерения переменного тока общей шкалы обеспечиваются с помощью универсального шунта (рис. 2. 11). Расчет шунта в многопредельных амперметрах, работающих в области звуковых частот, выполняется теми же способами, что и в многопредельных магнитоэлектрических амперметрах, только вместо сопротивления измерительного механизма необходимо учитывать и входное сопротивление измерительного выпрямителя, предельные значения измеряемого тока и падения напряжения на выпрямителе с учетом влияния элементов температурной и частотной компенсации. Для уменьшения температурной погрешности, вызванной изменением прямого и обратного сопротивлений диодов (обладающих отрицательным температурным коэффициентом), параллельно универсальному шунту включают дополнительный шунт, составленный из двух резисторов: один - из медной проволоки с положительным температурным коэффициентом, а второй - из манганиновой проволоки с высокостабильным сопротивлением. При повышении температуры сопротивление шунта увеличивается; это приводит к возрастанию выпрямленного тока, компенсирующего в некотором интервале температур понижение коэффициента выпрямления. Для снижения частотной погрешности резисторы дополнительного шунта изготовляются в виде катушек. С увеличением частоты возрастает межэлектродная емкостная проводимость, уменьшается выпрямляющее действие диода, и показания прибора падают. При этом индуктивное сопротивление дополнительного шунта возрастает, что увеличивает долю тока, протекающего через измерительный выпрямитель, показания прибора возрастают и тем самым компенсируют влияние увеличения межэлектродной емкостной проводимости.