Măsurarea tensiunilor alternative (periodice) Introducere. Precizarea mărimilor măsurate

Documentos relacionados
Capitolul II CIRCUITE DE CONDIŢIONARE A SEMNALELOR

ϕ este satisfiabilă dacă admite un model. sau contradictorie. ϕ este tautologie dacă orice evaluare este model al lui ϕ.

Arzator pe motorina FIRE

Convertor fibră optică. Ghid de instalare rapidă (1)

Capitolul 2. Surse de curent

Capitolul 1 DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE FOLOSITE ÎN ELECTRONICA DE PUTERE Tranzistorul bipolar de putere

Curent : 0-20 ma; 4-20 ma ; precizie 3,33 % Alimentare : Vcc. Afisaj : bargraf liniar, vertical, 30 LED-uri punctiforme

Substituţia. Propoziţia Fie e : V {0, 1} o evaluare şi v V o variabilă. Pentru orice a {0, 1}, definim evaluarea e v a : V {0, 1} prin

GRUNDFOS INSTRUCTIONS MP 204. Instrucţiuni de instalare şi utilizare

Metode de caracterizare structurala in stiinta nanomaterialelor

supravegherea izolatiei

DIMENSIONAREA SISTEMULUI RUTIER

Manual de utilizare CPS600E-DE

Electrónica II. Jorge Guilherme 2008 #35

ARDEREA COMBUSTIBILILOR

VALENA TM. Metalizat. Standard. Vibrant. Clasic. Inserţii colorate. Aluminiu. Titan. Cărămiziu Argila Brun. Lila Galben intens Azur.

CAPÍTULO V I APLICAÇÕES DOS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

Instrucțiuni conectare videointerfon

INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR

Localizare: In America de Sud, in sud-estul Braziliei, in zona litorala atlantica,cu un relief relativ accidentat, cu arii depresionare si spatii

APLICAÇÕES DOS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

Nivelul accizelor este prevăzut în anexele 1, 2 şi 3 din Legea 571/2003 privind Codul fiscal, cu modificările şi completările ulterioare:

Perfectul simplu este o acţiune terminată, atît în trecutul îndepărtat cît şi în trecutul apropiat. Comer

Posso sacar dinheiro em [país] sem ter que pagar taxas? Perguntar se existem taxas de comissão para sacar dinheiro em um dado país

ŠkodaOctavia Tour RADIO AUTO SYMPHONY SIMPLY CLEVER

Power Protection by ORVALDI

2º Trabalho Prático: Ruído Intrínseco de um amplificador: montagem, caracterização e medição de um amplificador sob a perspectiva do ruído intrínseco.

Manualul Utilizatorului. Easy800 Relee de control

Electrónica de Instrumentação. Jorge Guilherme 2009 #23

VIESMANN VITOLIGNO 300-C Cazan pentru peleţi de lemn

Guia de Laboratório de Electrónica II. Osciladores, Filtros e Conversão A/D (4º trabalho)

Fichas de Português. Bloco V. Português- Romeno. Estruturas Gramaticais. Números cardinais :101 até Numerale cardinale

Décima Lista-Aula - Disciplina : Eletrônica I - PSI 3321

EXERCÍCIOS DE PREPARAÇÃO DE EL - III B2

Eletrônica Aula 07 CIN-UPPE

Fundamentos de Electrónica

METODE INTELIGENTE DE REZOLVARE A PROBLEMELOR REALE. Laura Dioşan Tema 3

Instrumentação Electronica

Terceira Lista-Aula - Disciplina : Eletrônica - PSI 2306

Campus de Guaratinguetá Colégio Técnico Industrial de Guaratinguetá Professor Carlos Augusto Patrício Amorim

Instrumentação e Medidas

Circuitos Electrónicos Básicos

Soluções dos Problemas de Análise de Circuitos

Viajar Circulando. Circulando - Localização. Sem saber onde você está. Perguntando por uma locação específica no mapa

Pontas de prova para instrumentos

INCALZIRE / RACIRE. Energy - recuperator de caldura

Segunda Lista-Aula - Disciplina : Eletrônica - PSI 2306

10 nf até < 100 nf (1 khz) 100 nf a < 1 µf (1 khz) nf* khz) 100 µf a 101 µf (100 Hz e 1. khz) khz)

MÓDULO 8: INTRODUÇÃO AO AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL

Sedona Call Center:

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE)

3 e I x = 0,2I E (considere inicialmente = ). (b) Recalcule I E (somente) para o caso do transistor apresentar = 100.

O amplificador operacional Parte 2: Factor de rejeição de modo comum (CMRR),taxa de inflexão (slew rate) e tensão de desvio (offset)

INSTITUTO POLITÉCNICO DE SETÚBAL ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

Leonardo da Vinci Program sectorial european de cooperare în domeniul educaţiei şi formării profesionale

O Diodo real na região de ruptura reversa Aula 8

MULTÍMETROS DIGITAIS TRMS

Depozit Legal

(divisor de corrente) (Iaf - corrente máxima do el. motor) (divisor de corrente)

c) Se o valor da amplitude de v I for reduzido em 10%, quais são os novos valores máximo e médio de i B?

MÓDULO 5: RESPOSTA EM FREQÜÊNCIA DO AMPLIFICADOR DE PEQUENOS SINAIS A JFET.

SOMENTE PARA QUEM PERDEU A B1

Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica: Díodos

Sinais e Sistemas - Lista 3

Eletrônica Aula 06 CIN-UPPE

Electrónica II Amplificadores de Potência

Colectânea de Problemas

Prova 2 27 de junho de 2018

MULTÍMETRO DIGITAL MODELO: ET-2940 CARACTERÍSTICAS ET /5 Display Principal: LCD 4 4 / 5

Aula 5 O Modelo para Pequenos Sinais O Diodo real na região de ruptura reversa. Prof. AC.Seabra-PSI/EPUSP

MULTÍMETRO DIGITAL DE BANCADA ITMD -100

INSTITUTO POLITÉCNICO DE SETÚBAL ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

Circuitos Electrónicos Básicos

Guia de laboratório de Electrónica II. Realimentação (2º trabalho)

1ª Eu - eu. 3ª Ele, Ela, Você - el, ea, D-voastră. 2ª Vós D-voastră. 3ª Eles, Elas, Vocês - ei, ele, D-voastră

INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR

Guia de Laboratório de Electrónica II. Amplificadores Operacionais

Ministerul EducaŃiei, Cercetării, Tineretului şi Sportului Centrul NaŃional de Evaluare şi Examinare

O Amplificador Operacional 741. p. 2/2

Gestão de Informação e Conhecimento: caso específico de um projecto de inovação e I&D multidisciplinar

Folha 5 Transístores bipolares.

Cap.2. Sisteme de ecuaţii algebrice liniare. metode directe (I)

Acordul European referitor la transportul rutier international al marfurilor periculoase.

Guia de laboratório de Electrónica II. Osciladores, filtros e conversão AD (3º trabalho)

Atuadores. Exemplos de atuadores: Translação linear com motor de passo. Mecânicos : -Motor elétrico (DC, AC, de passo) -Motor piezoelétrico -Válvulas

Estruturas Analógicas Capítulo V

Física Experimental Aula

Fundamentos de Electrónica Laboratório

1 - Amplificadores operacionais

/LFHQFLDWXUDHP(QJHQKDULDGH 6LVWHPDVH&RPSXWDGRUHV,QVWUXPHQWDomRH0HGLGDV

Prospect: Informaţii pentru utilizator

Instrumentação e Medidas

INSTRUMENTAÇÃO ELECTRÓNICA EXERCÍCIOS FILTROS

Pontes de Medida. Electrónica de Instrumentação. Electrónica de Instrumentação. Ponte de Wheatstone. Medição de resistências. No equilíbrio temos Im=0

COTAREA ÎN DESENUL TEHNIC INDUSTRIAL

Folha 3 Amplificadores operacionais (ampops).

CIRCUITO AUTOPOLARIZAÇÃO Análise do modelo equivalente para o circuito amplificador em autopolarização a JFET.

Transcrição:

Măsurarea tensiunilor alternative (periodice) Introducere. Precizarea mărimilor măsurate Valoarea instantanee ut ( ) = ut ( + kt) o o +A Valoarea de vârf 0 t U U V V + = A = A A T

Valoarea vârf-vârf. U = U U VV V V + Valoarea medie: dezvoltăm semnalul periodic într-o serie Fourier Ao ut ( ) = + Ancos( nωt+ φn) 2 n= 1 valoarea medie (componenta continuă) este T Ao 1 ut () = Uo = = ut ()dt 2 T valoarea indicată de un instrument magneto-electric dacă frecvenţa f >> f proprie 0

Valoarea medie absolută (valoarea medie a tensiunii redresate). T 1 U m = ur( t) = ur() t dt T 0 - în cazul redresării dublă alternanţă: u() t = ut () - în cazul redresării mono-alternanţă semialternanţa pozitivă: 1 u () () ( ( ) ( ) ) r t = u+ t = u t + u t 2 semialternanţa negativă: 1 ur () t = u t = u t u t 2 ( ) ( ) ( ) r ( )

Valoarea eficace (efectivă) 1 T 2 2 Uef = u t dt = u t T 0 ( ) ( ) Observaţie: În foarte multe cazuri, diverse tipuri de voltmetre ce măsoară în realitate valoarea de vârf sau valoarea medie absolută, sunt gradate în valori eficace, presupunând semnalul măsurat sinusoidal.

Factorul de vârf (creastă): pentru semnal sinusoidal K V = 2 Factorul de formă Uef KF = U m π pentru semnal sinusoidal K F = = 1,11 2 2 K V = U U V ef

Aplicație: Fie tensiunea periodică din figură. Se cere: a) Să se determine valoarea medie, valoarea medie absoluta pentru redresare dublă alternanţă, valoarea efectivǎ, factorul de vârf şi factorul de formă; b) Tensiunea se aplică la intrarea unui voltmetru format dintr-un redresor dublă alternanţă urmat de un voltmetru de curent continuu. Ştiind că voltmetrul este gradat în valori efective pentru semnal sinusoidal, să se determine indicaţia voltmetrului. c) Eroarea relativă pe care o face voltmetrul la măsurarea tensiunii efective 2 u(t) [V] T/2 T t -1

Voltmetre de curent alternativ Convertor c.a. c.c. Amplif. c.a Amplif. c.c Convertor c.a. c.c. Voltmetru c.c Măsoară componenta medie Voltmetru c.c

Convertoare c.a. - c.c. Convertor tensiune de vârf - tensiune continuă (detector de vârf) (memento METC) Detectorul paralel premisă: τ >> T ( ) = ( ) ( ) = + ( ) u t u t u t U u t o o C C o ( ) = + ( ) u t U u t ( ) = ( ), u ( t ) max = 0. u t u t U C C ( ) max = = UC u t U V + o

instrument etalonat în valori eficace pentru semnal sinusoidal uo U mas = 2 Scara instrumentului e neliniară, mai ales la tensiuni mici, cu tendinţa de liniarizare la nivele mari. pentru U CS > 3V, se poate conta pe o scară liniară ( t) Caracteristica ideală ( d =0) I d Caracteristica reală Caracteristica ideală ( d >0) V p U d

Detectoare de vârf liniarizate Când u(t)>0 şi creşte D este deschisă D este blocată C se încarcă pe nu există cădere de tensiune u c pe intrarea inversoare a lui A 1. A 1 va acţiona astfel încât u c =u AO 1 compensează căderea de tensiune pe diodă

Când u începe să scadă: D se blochează se întrerupe bucla de reacţie globală D se deschide AO 1 devine repetor, împiedicând amplificarea excesivă a semialternanţei negative şi intrarea amplificatorului într-un regim neliniar.

Convertorul tensiune vârf-vârf - tensiune continuă (detector vârf-vârf) Când u(t)>0 şi creşte: D 1 deschisă C 1 se încarcă rapid prin D 1 până când u(t)= U Când u(t) începe să scadă: ud 1() t = ut () uc1() t < 0 D 1 se blochează se deschide D 2 şi se încarcă C 2 repede prin D 2 u () t = ut () U ut () U C2 C1

când u(t) = -U u () 2 C 2 t = U U = U când u(t) începe iarăşi să crească D 2 se blochează C 2 se descarcă încet prin 2 Dacă τ 2 = C2 >> T, condensatorul C 2 rămâne practic încărcat la -2U redresor cu dublare de tensiune

Convertoare valoare medie absolută - tensiune continuă (detectoare de valorii medii absolute) Pot fi utilizate detectoare mono sau dublă alternanţă. Fie redresorul monoalternanţă:

Principala problemă legată de neliniaritatea diodelor, caracterizate prin relaţia q id = IS exp ud 1 mkt q În conducţie, u D >0 şi rapid exp ud >> 1 mkt q id IS exp ud mkt i q q = u = u i I mkt mkt ( ) ln D D D S

Tensiunea la ieşirea redresorului este dată de u t = i = u u ( ) m D D mkt i mkt u um t u u q I q I ( ) = ln D = ln m mkt q mkt q um( t) = u ln um + ln I q mkt q mkt S S S Vom presupune că um mkt >> (semnal mare) q

uq m uq m uq m >> 1 >> ln mkt mkt mkt mkt uq ln m um q mkt << ( ) mkt q um t = u + ln IS = u + Vo q mkt Caracteristica se poate deci aproxima cu una liniară, care nu trece totuşi prin origine (apare un fenomen de prag ). V 0 este negativ pentru valori normale ale lui De exemplu, pentru o diodă cu germaniu: 7 kt IS = 2 10 A, = 1k Ω, m= 1, = 26mV, Vo = 256mV q Pentru o diodă cu siliciu: 12 I = 2 10 A, m= 2, V = 550 mv. S o

valoarea obţinută la ieşire este o funcţie neliniară de U, cu tendinţă de liniarizare la U mare.

Procedee de liniarizare Există diverse variante de realizare a unor detectoare de valori medii absolute cu caracteristică liniară. funcţionarea rămâne în esenţă neliniară, dar pragul de la care începe să apară comportarea aproximativ liniară este mult coborât coborârea acestui prag se realizează prin introducerea unor elemente amplificatoare

Varianta 1 introducerea redresorului în bucla de reacţie unui AO + D 1 i(t) u(t) _ D 3 D 4 m u (t) u o (t) D 2 pentru o amplificare foarte mare a AO: u () t = ut ()

Pe semialternanţa pozitivă, u>0, D 1 şi D 2 sunt deschise şi curentul prin instrument este: ( ) it ( ) () u t ut = = Pe semialternanţa negativă, u<0 D3 şi D4 sunt deschise şi ( ) it ( ) () u t ut = = în general, i = u

i se elimină neliniarităţile şi efectul de prag. se elimină efectul variaţiei parametrilor diodelor cu temperatura. u

Varianta 2 i _ 2 1 D 1 /2 i 1 D 2 + u o 1 _ u 1 Sumator u +

Pe semialternanţa pozitivă, u(t)>0 D 1 - deschisă, D 2 - blocată u t = u t 1 ( ) ( ) u 2u uo t 2 i i1 2 u t 1 2 ( ) = ( + ) = + = ( ) Pe semialternanţa negativă, u(t)<0, D 2 - deschisă, iar D 1 - blocată Primul amplificator operaţional funcţionează ca repetor Curentul prin 1 + este i 1 =0 2 ( ) () 2 uo t = it 2 = u( t) 2 Deci, în general: uo ( t) = u( t) Dezavantaj: rezistenţa de intrare redusă ( 1 )

Varianta 3 1 C D 2 D 1 A i B _ 2 1 i 1 _ + u o (t) + u

semialternanţa pozitivă, u(t) > 0 1 A i D 2 - deschisă, iar D 1 - C D 2 D 1 B blocată 1 i 1 _ uc() t = u() t = ub() t + ucb = 0 i = 0 uo = u u semialternanţa negativă u(t) < 0 D 1 - deschisă, iar D 2 - blocată, u i1 =, ua = u+ i 1 1 = 2 u, uab = 2u u= u 1 u i =, uo = u 2i = u Deci u() t = ut () o Schema asigură o rezistență de intrare mare _ 2 + u o (t)

Convertoare valoare eficace - tensiune continuă Metode de realizare prin calculul efectiv al expresiei ( ) t u 2 ; pe baza efectului termic, încălzirea fiind proporţională cu puterea activă, deci cu pătratul valorii eficace; cu unele instrumente electro-mecanice (electromagnetice, electrodinamice, ferodinamice, electrostatice). cu voltmetre de valori pseudoefective

Conversie prin calcul efectiv al mediei pătratice u(t) x y x xy u 2 ( t) - + u 2 ( t) U o 2 u 2 ( t) - + 2 U o xy x x y rol important: realizarea unor înmulţitoare analogice performante circuite integrate, precizie de 0.5-1%, frecvenţe max. sute de khz- MHz mediere cu integrator: U 2 o ( t) 2 u = 0 = ( ) 2 Uo u t U o

Conversie pe baza efectului termic bazată de regulă pe utilizarea unor termocupluri TK 1 şi TK 2, încălzite de rezistoarele 1 şi 2 _ C D u 1 TK 1 TK 2 + U o 1 2 - sistem cu reglare automată, cu reacţie negativă - tinde să minimizeze tensiunea de eroare, ce apare între intrările AO

- i(t) prin 1 proporţional cu u(t) - i(t) creşte tensiune pe borna + a AO apare o tensiune U o la ieşirea AO, care încălzeşte 2 - Procesul continuă până la echilibrare, când u 1 TK 1 TK 2 1 2 T = T 1 2 _ + C D U o - Dacă 1 = 2 U = u () t U = u () t 2 2 2 o o - C previne apariţia unor oscilaţii - La decuplarea lui u(t), apare din nou un dezechilibru, generând o tensiune cu polaritate opusă la ieşirea amplificatorului - Aceasta ar putea conduce iar la încălzirea lui 2, accentuând şi mai mult dezechilibrul

- Dioda D previne această situaţie, împiedicând reîncălzirea lui 2 Principele surse de erori: - diferenţa între 1 şi 2, - diferenţa între caracteristicile TK 1 şi TK 2 În general, aceste erori pot fi reduse la circa 0,1% U CS. Timpul de stabilire a indicaţiei este de câteva secunde.

în locul termocuplurilor se pot utiliza joncţiuni semiconductoare tensiunile v BE ale celor doi tranzistori fiind aceleaşi q IC = IS exp vbe 1 kt echilibrul IC = I 1 C, se realizează când T 2 1 = T 2 1 şi senzorii se realizează în câte o capsulă, rezultând un control riguros al propagării căldurii şi un timp de stabilire mult mai mic V + u 1 2 2 _ + C D U o 1 1 V -

Instrumente de valori pseudoeficace valoarea eficace numai pentru anumite tipuri de semnale pentru o formă de undă dată: U = ku + ku ef 1 v 2 ma U U U = k + k k = kk k + k U U U ef v ef 1 2 F 1 F v 2 ma ef ma unde k 1 şi k 2 depind de tipul semnalului. Pentru un semnal dat se cunosc k F şi k V, deci ecuaţia nu determină în mod unic k 1 şi k 2. k 1 şi k 2 în mod unic pentru o pereche de semnale, dintr-un sistem de forma k = kk k + k F1 1 F1 V1 2 k = kk k + k F2 1 F2 V2 2

Det. vârf U V 1 i Det. val. ma 2 U ma + U o o k = ; k = 1 2 Uv U ma 1 2 = = + 1 2 1 = ; 2 = k1 k2 U i

Milivoltmetre electronice de curent alternativ Cu amplificare în curent continuu detecţia precede amplificarea şi este realizată cu un detector de vârf, plasat într-un cap de probă (sondă de măsura) D.V. Atenuator ACC. Cap de proba Principalele caracteristici ale instrumentelor realizate pe această cale sunt: - milivoltmetre de bandă foarte largă (până GHz); - rezistenţa internă de zeci-sute kω (relativ mică); - capacitate de intrare foarte mică (câţiva pf);

- este un aparat de valori de vârf etalonat de obicei în valori eficace pentru semnal sinusoidal; - sensibilitate relativ redusă; - dacă nu se iau măsuri speciale, scara ar fi neliniară. - gradări diferite pentru fiecare scară (în special pentru scările cu sensibilitate mare); căutare a unor soluţii care să rezolve problema neliniarităţii detectorului

Exemplu: milivoltmetrul BM 495 Tesla 1/k u i DV 1 + _ DV 2 u osc /k Atenuator calibrat D.M. u d A.c.c OACT uosc - DV 1 - detector de vârf ce detectează tensiunea u i ; - DV 2 - detector de vârf ce detectează tensiunea de frecvenţă fixă (de circa 100 khz) generată de un oscilator OACT. - DV 2 identic cu DV 1 dar cu dioda conectată invers - OACT - oscilator de frecvenţă fixă (circa 100 khz) cu amplitudinea comandată în tensiune.

- Tensiunea ce comandă această amplitudine se obţine prin amplificare, cu amplificatorul A, a diferenţei semnalelor de la ieşirile celor două detectoare. - sistem cu reglare automată minimizează tensiunea de eroare de la intrarea amplif. - Dacă A este foarte mare, bucla de reacţie va regla amplitudinea U osc astfel încât la intrarea amplificatorului să avem o tensiune aproape nulă, ceea ce implică: osc Ui = U Uosc = kui k - uosc () t, de nivel relativ mare, cu o frecvenţă fixă ce nu ridică probleme, este aplicată DM - Datorită nivelului mare, detectorul poate lucra practic liniar important ca diodele să aibă caracteristici cât mai apropiate şi deci să afle la aceeaşi temperatură ambele diode în capul de probă.

scări de măsură: 10mV - 10V scări comutate prin k, practic liniare, cu gradare unică domeniul de lucru: 10 khz - 1,2GHz limitare la frecvenţe joase datorită C mic ( τ >> T nu se îndeplinește)

Cu amplificare în curent alternativ Atenuator c.a. Detector Principalele caracteristici ale acestei variante sunt: lărgime de bandă mai mică (amplificarea se realizează la frecvenţa semnalului) De exemplu: 10Hz-10MHz (varianta utilizată pentru milivoltmetrele de audiofrecvenţă); sensibilitate mare (zeci de µ V); rezistenţă de intrare mare (10 MΩ); C in mare, datorată în primul rând cablului ecranat prin care se măsoară semnalul;

utilizează un detector de valori MA problema neliniarităţii se rezolvă prin introducerea detectoarelor în bucla de reacţie ; atenuatorul calibrat trebuie compensat, pentru a prezenta o atenuare constantă în toată banda;

Exemplu: milivoltmetrul E 0402 permite măsurarea tensiunilor în domeniul 10µ V- 300V, la frecvenţe cuprinse între 10Hz şi 10MHz in =10MΩ şi C in =18pF III I,II ATC 1 10 M Ω epetor TEC ATC 2 II,III I Max 1mV toate gamele A 1 A v =10 B=100 khz A 2 A v =100 B=10 MHz 10kΩ Detector Iesire AC 100 mv

14 scări de măsură grupate în trei categorii: I II III 0,1;0,3 mv 1;3;10;30;100;30 0 mv 1;3;10;30;100 ;300 V Pe scările 0,1 şi 0,3mV (grupul I), bandă mai îngustă (100kHz) reducere a zgomotului ATC1 cu o atenuare de 1/1000, introdus numai pentru scările din grupul III ATC2 introdus după un repetor, astfel încât lucrează pe rezistenţe mici (600 ohmi) şi nu mai necesită măsuri speciale de compensare. El are 6 trepte, cu atenuările 1/1, 1/3, 1/10, 1/30, 1/100, 1/300.

A 1 cu amplificarea 10, introdus în circuit numai pentru scările din grupul I. Acesta are lărgimea de bandă de 100 khz. După A 1, scările de 0,1, 0,3mV sunt aduse peste cele din grupul II, rezultând astfel o tensiune de maximum 1mV pentru toate gamele. A 2, cu amplificarea 100, este comun pentru toate scările