Ampèremètre AC avec échelle linéaire. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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En utilisant le redressement CA synchrone, l'auteur a linéarisé l'échelle d'un ampèremètre shunt de type magnétoélectrique sans aucun amplificateur. L'article propose des variantes de circuits à redresseur demi-onde et synchrone en anneau, généralement utilisés dans les modulateurs en anneau.

L'échelle d'un ampèremètre CA construit à l'aide d'un dispositif de pointage magnétoélectrique avec un shunt et un simple redresseur est généralement non linéaire. C'est lié à ça. que lorsque la tension descend en dessous d'un certain seuil (0,2 ... 0,6 V), les propriétés de redressement des diodes au germanium et au silicium se détériorent fortement. En conséquence, il est nécessaire d'augmenter la chute de tension aux bornes du shunt ou d'utiliser des redresseurs linéaires basés sur des amplificateurs de tension alternative. Cependant, une augmentation de la chute de tension aux bornes du shunt entraîne inévitablement des pertes de puissance et une augmentation de l'impédance de sortie de l'alimentation. De plus, cette méthode ne fait que réduire la non-linéarité, mais ne l'élimine pas complètement. Certes, l'utilisation d'amplificateurs permet d'éliminer presque complètement la non-linéarité, mais complique grandement le compteur.

Pendant ce temps, la linéarité de simples redresseurs de mesure à diode semi-conductrice peut être considérablement améliorée sans trop de complications si un redressement synchrone est utilisé.

Sur la fig. La figure 1 représente un schéma d'un redresseur synchrone demi-onde pour ampèremètre à échelle linéarisée.

Fig. 1

Dans le demi-cycle positif de la tension alternative (plus aux extrémités supérieures des enroulements II et III), les diodes VD1 et VD2 s'ouvrent, reliant le microampèremètre au shunt Rsh. Dans l'alternance négative, les diodes sont fermées. À l'état ouvert, les diodes ont une petite résistance différentielle et la non-linéarité de cette résistance est faible, de sorte que l'échelle est presque linéaire.

Lors de l'utilisation de microampèremètres avec une échelle de 50 ... 200 μA avec une chute de tension maximale sur le châssis ne dépassant pas 150 mV, la tension minimale sur l'enroulement III peut être de 1,5 ... 2 V pour le germanium et 2 ... 2,5 V pour les diodes au silicium (à une tension inférieure, son instabilité affecte sensiblement les lectures de l'ampèremètre). La tension maximale est limitée par la tension inverse maximale admissible des diodes utilisées. Le courant minimum des diodes doit être 10 à 20 fois supérieur au courant maximum du microampèremètre. Un enroulement supplémentaire peut être réalisé indépendamment en enroulant plusieurs spires d'un fil mince isolé autour de la bobine du transformateur, si sa conception le permet.

Les résistances R3 et R4 servent à régler le zéro de l'ampèremètre, dont le décalage se produit en raison du courant de la diode VD2. traversant le shunt et la propagation des paramètres de la diode.

La connexion en phase des enroulements II et III est importante à une tension relativement faible de l'enroulement III (moins de 2 V), car lorsque ces enroulements sont mis en marche en antiphase (dans ce cas, la polarité de la connexion du microampèremètre doit être modifiée), l'échelle apparaît non linéaire (la valeur de division à la fin de l'échelle augmente progressivement) ce qui, soit dit en passant, peut parfois être utile. Cependant, lorsque la tension sur l'enroulement III est supérieure à 4 ... 5 V, cette non-linéarité n'est pratiquement pas perceptible et vous pouvez ignorer la phase d'activation des enroulements.

Pour protéger le microampèremètre des surcharges accidentelles en parallèle avec ses sorties, il est utile d'allumer la diode au silicium D220, KD522 ou KD521 dans le sens direct, après s'être assuré qu'elle n'affecte pas les lectures du microampèremètre à la fin de la escalader.

En ajoutant deux diodes supplémentaires et une résistance, le redresseur synchrone peut être converti en redresseur pleine onde (Fig. 2). En tant que source qui ouvre les diodes, l'enroulement de travail du transformateur est utilisé ici.

Fig. 2

L'avantage d'un circuit de redressement pleine onde par rapport à un redresseur simple demi-onde est que. que la chute de tension requise aux bornes de Rsh est environ deux fois inférieure pour le même courant de la déviation complète du microampèremètre.Ainsi, si dans un redresseur demi-onde avec des diodes D220, pour une déviation complète de l'aiguille du microampèremètre de 200 μA (avec une résistance de trame d'environ 670 Ohms), une chute de tension aux bornes de Rsh d'environ 0,4 était nécessaire 0,2 V, puis dans la pleine onde cette tension ne dépassait pas XNUMX V.

Le circuit ci-dessus est une modification d'un modulateur en anneau classique. Lorsque la tension à Rsh augmente à 0,4 V (valeur de crête) pour les diodes au germanium et à 1,2 V pour les diodes au silicium, un courant de charge traversant commence à traverser les diodes VD1, VD3 et VD2, VD4. Par conséquent, les résistances R3-R5 ne servent pas seulement à équilibrer le pont. Ils limitent le courant à travers les diodes en cas de surcharge.

Sur la base de ces considérations, il est préférable d'utiliser des diodes au silicium dans un redresseur pleine onde et de calculer l'ampèremètre pour une chute de tension maximale aux bornes de Rsh ne dépassant pas 0,5 ... 0,6 V.

En cas de surcharge ou de K3, des mesures supplémentaires peuvent être prises pour limiter le courant traversant les diodes. Cela peut être une augmentation de la résistance des résistances R3-R5, une résistance d'extinction et des diodes shunt ou des diodes Zener.

Fig. 3

Pour ouvrir les diodes du pont de mesure de l'ampèremètre à échelle linéaire, il n'est pas nécessaire d'utiliser un transformateur. Sur la fig. La figure 3 montre une méthode d'obtention de la tension d'ouverture directement à partir d'un réseau 220 V. La diode Zener VD1 limite et stabilise cette tension. La diode VD2 réduit l'échauffement de la résistance d'extinction R5.Il est également conseillé d'utiliser une telle alimentation dans le cas d'une alimentation par transformateur si sa tension de sortie dépasse plusieurs dizaines de volts. Lors de l'utilisation d'un redresseur pleine onde dans un tel cas, la diode VD2 doit être exclue et un autre compteur (du même type) doit être connecté en série avec la diode zener VD1 ou une diode zener à deux anodes doit être utilisée.

Lors du calcul des éléments d'un redresseur demi-onde et de la prise de mesures, vous devez vous souvenir des caractéristiques de mesure du courant ou de la tension non sinusoïdale, en tenant compte du facteur de forme.

Lors de la fabrication d'un ampèremètre à limites multiples avec des limites de courant mesurées inférieures à 0,2 ... 0,4 A, il est nécessaire de prendre en compte la caractéristique suivante de ces circuits en pont. Le courant qui ouvre la diode VD1 sur la fig. 1 (ou VD1, VD2 sur la Fig. 2), se ferme directement à la source d'alimentation, et le courant de diode VD2 (ou VD3, VD4 sur la Fig. 2) traverse la résistance Rsh et crée une chute de tension sur celle-ci, qui, comme mentionné ci-dessus, compensé en ajustant la résistance R4.

Lorsque la résistance de la résistance Rsh n'est pas supérieure à 0,1 ... 0,2 Ohm, la chute de tension à travers elle à partir du courant de la diode VD2 (1 ... 2 mA) ne dépasse pas 0,1 ... 0,4 mV Au maximum chute de tension aux bornes du shunt 100...200 mV, elle peut être ignorée. Si, à la limite minimale de mesure, la résistance Rsh a une valeur supérieure, alors il est nécessaire de prendre des mesures pour maintenir le zéro lors de la commutation des limites de mesure.

Si le pont est alimenté à partir d'un enroulement supplémentaire, à la limite minimale, il est possible de créer un shunt de deux moitiés et de connecter la sortie de l'enroulement de puissance du pont au point médian du shunt. Il est également possible d'utiliser une section supplémentaire du commutateur de transfert, de sorte que lors de la commutation des limites, le courant dans le circuit de puissance des différentes branches du pont de mesure ne soit pas interrompu.

Lors de la fabrication d'ampèremètres selon les schémas ci-dessus, il est nécessaire de prendre des mesures pour augmenter la stabilité de la température de la lecture de l'instrument, qui est principalement déterminée par l'égalité des températures des diodes du pont de mesure. Pour ce faire, il est conseillé d'utiliser des ensembles de diodes dans un seul boîtier ou de placer les diodes les unes à côté des autres et d'assurer un bon contact thermique en les remplissant d'un composé.

Auteur: V.Andreev, Togliatti, région de Samara

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