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用于脉冲检测的三种检波电路

广泛应用于万用表交流电压和电流测量电路中间。均值检波法构建的交流直流转换电路对交流信号进行半波或全波整流,然后利用积分电路获得整流输出的脉动直流信号。直流信号的振幅值为被测信号的半波或全波整流平均值,然后利用被测信号的半波整流平均值或全波整流平均值与有效值的关系计算被测信号的有效值。

全波输出为测量信号绝对值的平均值(以下简称整流平均值),半波平均检波电路输出为整流平均值的1/2。

它是指信号的有效值与整流平均值的比率。因此,半波平均检波法交流直流转换电路的测量结果需要乘以两倍的波形因数作为测量信号的有效值。

最简单的1平均检波电路模型

图1是用于交流电流测量的平均检波电路的简单模型。

均值检波电路模型

图1 交流电流平均值检波电路模型

上图为电流交直流转换电路,图中二极管D1和D2构成半波整流电路,二极管D2不需要转换电路本身来保持被测电路电流的连续性。当用于测量电压信号时,二极管D2可以省略。

当输入处于正半周时,二极管D1导通,向电容C充电,微安表得到电容平滑滤波后的直流电,当输入为负半周时,电流从D二极管流过D截止日期,电容电荷通过微安表内阻放电,电容电压下降。

电容器两端的电压波形如图2所示。流过微安表的电流波形与图2的电压波形相同。可以看出,只要输入交流电流范围不变,流过电流表的波形就非常接近直线。充放电电路的时间越大或信号频率越高,输出波形越接近直线。充放电电路的时间常数越大,当输入电流幅值发生变化时,输出响应越慢。因此,均值检波电路更适用于振幅值相对稳定或变化缓慢、频率较高的交流电测量。

图2 均值检波电路输出电压波

电容充放电电路通常用作平均值电路。由于输出为整流平均值,电容充放电时间常数相等。

从图1可以看出,电容器充放电时间的常数取决于微安表的内阻。充电时,微安表内阻越大,电容器越大,流过微安表的电流越小,电容器充电电流越大,充电速度越快;放电时,微安表内阻越大,电容器越大,放电速度越慢。为了使充放电速度相同,只有当微安表内阻与电容器符合特定关系时,才能使充放电速度相同。

对于数字采样仪器,图中的微安表可以用采样电阻代替。在转换之前,电流信号通常会转换为电压信号。半波整流的平均检波电路如图3所示。

图3 交流电压均值检波电路模型

图中R一方面用于分压,另一方面也用于调整电容充电速度,以平等或接近放电速度。

2实用均值检波电路

事实上,无论充放电时间是否相等,上述电路都无法实现严格的整流平均值:

a、实际二极管有压降,用于低压测量时,二极管压降不容忽视;

b、电阻电容串联电路不是严格的平均电路。

考虑到上述因素,第一个问题更容易解决。基于精密整流的绝对值电路可替代二极管半波整流电路。

第二个问题可以用有源积分器代替简单的电阻电路。

图4为实用的均值检波电路,图中只需删除C1.全波精密整流电路在A2在反相加法器上增加积分电容,将其变成反相加法和积分电路。R3=2R4。

图4 实用均值检波电路

注:严格的积分器是R五是无限大,而本电路R用于控制直流分量的增益,不能使用过大的电阻,因此,只能增加电容C在被测交流电频率下,C1的阻抗远远小于R5。

它是常用的交流直流转换电路之一。峰值检波法构建的交流直流转换电路对交流信号进行半波或全波整流,然后利用充电容器保持整流输出的脉动直流信号的峰值,获得温和的直流信号。直流信号的振幅是被测交流信号的峰值,然后利用被测信号的峰值与有效值之间的关系计算被测信号的有效值。

它是指信号的峰值与有效值之比。因此,峰值检波法交流直流转换电路的测量结果需要除以峰值因数作为被测信号的有效值。

峰值检波电路最简单模型1

如图5所示,理论上,基于二极管无源半波整流的交流电压峰值检波电路可与交流电压均值检波电路完全相同。

图5 交流电压峰值检波电路模型

与均值检波电路最大的区别在于:

a、峰值检波电路要求充电时间足够短。窄脉冲测试的峰值检波电路要求电容在短时间内快速充电至峰值。放电时间相对较长,否则输出波形不够光滑。对于正负对称、振幅相对稳定的交流电,只要放电速度远低于充电速度,即使充电速度较慢,输出也可以非常接近峰值。

b、平均检波电路需要相同的充放电时间,否则不是整流平均值,平均检波电路适用于正负对称和相对稳定的交流电量测量。

2实用峰值检波电路

类似于均值检波电路,实用的峰值检波电路应消除二极管压降对较低交流电压测量的影响,如图6所示。

图6 实用的峰值检波电路

当Vi大于Vo时,A输出正电源电压,D1截止,D2.电容C快速充电Vi。

当Vi小于Vo时,A1输出负电源电压,二极管D导通,二极管D2截止日期,电容C通过电阻Rc缓慢放电。

平均值是有效值的代名词,平均值等于有效值。顾名思义,平均值是平方、平均和开方输入信号顺序。上述操作在信号的一个或整个周期内进行。

根检波电路波电路的原理

如图7所示,采用乘法器进行平方运算,采用积分电路实现平均运算,积分电路输出经过开方电路即可得到方均根值。

图7 方均根检波电路原理

两方均为实用电路

方均根检波电路广泛应用于各种真实有效电压表、电流表和万用表,通常用于实际应用实现常用的有效转换芯片AD536、AD637、LTC1966、LTC1967、LTC1968等。

图8显示了效值转换芯片AD637官方推荐电路,图中输入电容主要隔离直流分量。AD绝对值电路、平方电路、开方电路和积分器电路集成在637内。除积分器电路需要外部电容外,几乎不需要任何外围元件, AD如果信号源阻抗较大,建议在信号源和输入电路之间添加一个电压跟随器。

图8 AD637真实有效转换电路

除波形因数外,均值检波电路输出结果等于被测信号的有效值;

峰值检波电路输出结果等于被测信号的有效值乘以峰值因数;

根检波电路输出结果等于被测信号的有效值。

因此,三种检波电路均为交流直流转换电路,可用于交流信号的有效值测量。平均检波电路适用于特定波形因数的交流信号;峰值检波电路适用于特定峰值因数的交流信号;平均根检波电路适用于任何信号的有效值测量。

三种检波电路广泛应用于交流电压表、交流电流表、毫伏表、万用表等交流电测仪器。一般来说,根据正弦波的波形因数和峰值因数平均检波电路和峰值检波电路仪表,这就是为什么平均检波表或峰值检波表不适合非正弦交流电测量的原因。

从原理上看,电容充放电电路存在于三种检波电路中。当电容充放电时间常数远大于输入信号周期时,输出信号趋于平稳。当输入信号周期较大或大于充放电时间常数时,输出为脉动直流信号。当输入发生变化时,电容器充放电时间越长,输出响应越慢。因此,电容器充放电时间应设置在相对合理的时间内。当输入信号频率过低时,输出波动明显,测量精度降低。

掌握上述电路原理对分析各种测量仪器在实际测量中遇到的问题非常有帮助,对于测量产品设计师,更合理的方案是采用交流采样技术,实时跟踪信号频率变化,始终在整个周期内测量信号,可以最大限度地提高交流功率的测量精度。WP4000变频功率分析仪是一种适合任何交流电量测量的新型电量测量仪器。

标签: 抗电流脉冲电阻器

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