リニアスケールのAC電流計。スキーム、説明

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リニアスケール付きの交流電流計です。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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著者は、同期交流整流を使用して、アンプを使用せずに磁電型シャント電流計のスケールを線形化しました。この記事では、通常リング変調器で使用される半波およびリング同期整流器を備えた回路の変形例を提案しています。

シャントと単純な整流器を備えた磁電ポインタデバイスを使用して構築された AC 電流計のスケールは、通常は非線形です。それと関係があるのです。電圧が特定のしきい値 (0,2 ... 0,6 V) を下回ると、ゲルマニウムダイオードとシリコンダイオードの整流特性が急激に低下します。その結果、シャント両端の電圧降下を増やすか、AC 電圧アンプに基づく線形整流器を使用する必要があります。ただし、シャント両端の電圧降下の増加は、必然的に電力損失と電源の出力インピーダンスの増加につながります。また、この方法は非線形性を軽減するだけであり、完全に除去するものではありません。確かに、アンプを使用すると非線形性をほぼ完全に取り除くことができますが、メーターは非常に複雑になります。

一方、単純な半導体ダイオード測定整流器の直線性は、同期整流を使用すると、それほど複雑にすることなく大幅に改善できます。

図上。図１は、線形スケールを備えた電流計用の半波同期整流器の図を示す。

線形目盛付きAC電流計
図。 1

交流電圧の正の半サイクル (巻線 II および III の上端にプラス) では、ダイオード VD1 と VD2 が開き、マイクロ電流計が Rsh シャントに接続されます。負の半サイクルでは、ダイオードは閉じます。開放状態では、ダイオードの微分抵抗は小さく、この抵抗の非直線性は小さいため、スケールはほぼ線形になります。

フレームでの最大電圧降下が 50 mV 以下でスケールが 200 ～ 150 μA の微小電流計を使用する場合、巻線 III の最小電圧はゲルマニウムの場合は 1,5 ～ 2 V、ゲルマニウムの場合は 2 ～ 2,5 V になります。シリコンダイオードの V (電圧が低い場合、その不安定性が電流計の読み取り値に顕著に影響します)。最大電圧は、使用するダイオードの最大許容逆電圧によって制限されます。ダイオードの最小電流は、マイクロアンメータの最大電流より 10 ～ 20 倍大きくなければなりません。追加の巻線は、設計が可能であれば、変圧器コイルの周りに薄い絶縁ワイヤを数回巻くことによって独立して作成できます。

抵抗 R3 と R4 は電流計のゼロを調整する役割を果たします。電流計のシフトはダイオード VD2 の電流によって発生します。シャントを流れる電流、およびダイオードパラメータの広がり。

巻線 II と III の同相接続は、巻線 III の電圧が比較的低い (2 V 未満) 場合に重要です。これは、これらの巻線が逆相でオンになるとき (この場合、マイクロアンメータ接続の極性は一致する必要があるため) です。変更される可能性があります)、スケールは非線形に表示されます (スケールの端の除算値が徐々に増加します)。ちなみに、これが役立つ場合があります。ただし、巻線 III の電圧が 4 ～ 5 V より高い場合、この非直線性は実際には目立たず、巻線のターンオン位相は無視できます。

出力と並列した偶発的な過負荷から微小電流計を保護するには、シリコンダイオード D220、KD522、または KD521 を順方向にオンにして、電源投入後の微小電流計の読み取り値に影響を与えないことを確認すると便利です。規模。

さらに 2 つのダイオードと XNUMX つの抵抗を追加すると、同期整流器を全波整流器に変換できます (図 XNUMX)。ここでは、ダイオードを開く電源として、変圧器の動作巻線が使用されます。

線形目盛付きAC電流計
図。 2

単一の半波整流器に対する全波整流回路の利点は、次のとおりです。 Rsh 両端の必要な電圧降下は、微小電流計の全振れの同じ電流に対して約 220 倍小さくなります。したがって、D200 ダイオードを備えた半波整流器の場合、微小電流計の針の全振れに対して 670 μA (フレーム抵抗が約 0,4 オームである場合、Rsh 両端の電圧降下は約 0,2 V 必要でしたが、全波ではこの電圧は XNUMX V を超えませんでした。

上記の回路は従来のリング変調器を改良したものです。 Rsh の電圧がゲルマニウムの場合は 0,4 V (ピーク値)、シリコンダイオードの場合は 1,2 V まで増加すると、貫通負荷電流がダイオード VD1、VD3 および VD2、VD4 を流れ始めます。したがって、抵抗 R3 ～ R5 はブリッジのバランスを取るだけではありません。過負荷時にダイオードを流れる電流を制限します。

これらの考慮事項に基づいて、全波整流器でシリコンダイオードを使用し、Rsh 両端の最大電圧降下が 0,5 ～ 0,6 V 以下になるように電流計を計算する方がよいでしょう。

過負荷または K3 の場合は、ダイオードを流れる電流を制限する追加の措置を講じることができます。これは、抵抗器 R3 ～ R5、クエンチング抵抗器、シャントダイオードまたはツェナーダイオードの抵抗値の増加である可能性があります。

線形目盛付きAC電流計
図。 3

リニアスケールを使用して電流計の測定ブリッジのダイオードを開くには、変圧器を使用する必要はありません。図上。図 3 は、220 V ネットワークから直接開放電圧を取得する方法を示しており、ツェナーダイオード VD1 がこの電圧を制限し、安定させます。ダイオード VD2 はクエンチング抵抗 R5 の発熱を軽減しますので、トランスから電源を供給する場合、出力電圧が数十 V を超える場合には、このような電源を使用することをお勧めします。このような場合に全波整流器を使用する場合は、VD2 ダイオードを除外し、もう 1 つのカウンタ (同じタイプ) を VDXNUMX ツェナーダイオードと直列に接続するか、XNUMX アノードツェナーダイオードを使用する必要があります。

半波整流器の要素を計算して測定するときは、形状係数を考慮して、非正弦波の電流または電圧を測定する機能について覚えておく必要があります。

測定電流制限が 0,2 ... 0,4 A 未満のマルチリミット電流計を製造する場合は、これらのブリッジ回路の次の特徴を考慮する必要があります。図の VD1 ダイオードを開く電流は次のとおりです。 1 (または図 1 の VD2、VD2) は電源に直接接続され、ダイオード電流 VD2 (または図 3 の VD4、VD2) が抵抗 Rsh を通過し、それに電圧降下が生じます。前述したように、抵抗 R4 を調整することで補償されます。

抵抗器 Rsh の抵抗値が 0,1 ～ 0,2 オーム以下の場合、VD2 ダイオードの電流 (1 ～ 2 mA) からの抵抗器両端の電圧降下は最大で 0,1 ～ 0,4 mV を超えません。シャント両端の電圧降下 100...200 mV は無視できます。最小測定限界で抵抗 Rsh の値が大きい場合は、測定限界を切り替えるときにゼロを維持するための措置を講じる必要があります。

ブリッジが追加の巻線から電力を供給される場合、最小限でも XNUMX つの半分からなるシャントを作成し、ブリッジ電力巻線の出力をシャントの中間点に接続することが可能です。転送スイッチの追加セクションを使用して、リミットを切り替えるときに、測定ブリッジの個々の脚の電源回路内の電流が中断されないようにすることもできます。

上記の方式による電流計の製造では、機器の読み取り値の温度安定性を高めるための措置を講じる必要があり、これは主に測定ブリッジダイオードの温度の均一性によって決まります。これを行うには、ダイオードアセンブリを XNUMX つのパッケージで使用するか、ダイオードを隣り合って配置し、化合物を充填して良好な熱接触を確保することをお勧めします。

著者: V.アンドレーエフ、トリアッティ、サマラ地方

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