Комментарии 47
В начале статьи можно было бы пояснить почему с диодами плохо:
Схемы выпрямителей на основе полупроводниковых диодов, как правило, используются
при обработке сигналов, уровни которых значительно превышают прямое падение напряжения на диодах. Только в этом случае влияние диодов на точность выпрямления будет незначительным. Однако точность выпрямленного сигнала падает, когда падение напряжения на диодах превышает приложенное напряжение. Комбинация диодов и операционных усилителей позволяет создавать прецизионные схемы, с высокой точностью выпрямляющие малые сигналы благодаря исключению влияния падения напряжения на диодах.
подробнее здесь:
ИМХО, можно проще обьяснить:
У диодов есть пороговое напряжение, грубо говоря от 0.1 до 0.6 В, а у стандартного измерительного шунта (и наверное стандартного трансформатора тока?) - 75 мВ "на полный ток".
То есть выпрямить диодами 0-75 мВ просто не получится.
Увеличивать "измерительное напряжение" тоже нельзя, потому что тогда растет рассеиваемая мощность и потери.
Увеличивать "измерительное напряжение" тоже нельзя, потому что тогда растет рассеиваемая мощность и потери.
как-то для 75 мВ не очень убедительно.
В схеме без диодов тоже увеличивается напряжение. В чем разница?
Допустим, простейшая схема - ток идет через нагрузку и токоизмерительный шунт.
Измеряем на самом деле падение напряжение на шунте: допустим, у нас 25-амперный шунт, т.е. при 25 А тока - 75мВ.
Это значит на шунте мы теряем 25*0.075 = 1.875 Ватт мощности, причем не просто теряем, а он греется. И эту мощность от него надо отводить, чтобы не перегрелся.
Но для диодов этого мало, нужен шунт, который на 25 амперах даст, ну скажем, 1 вольт.
То есть до 0.5В(12.5 А) у нас измерения вообще нет, диоды не пропускают - а потом есть, от 12.5 до 25.
Но допустим нас это устроит.
Но при этом мы на шунте теряем уже 25 Ватт, он греется как лампа накаливания!
А бывают шунты 100А, 500А...
Вообще оно рассчитано под измерительные стрелочные головки, которые стандартно 75мВ - полная шкала, а что на шкале напечатано - дело другое.
Но если измерять какой-то электроникой - то вот так, простые диоды не пойдут.
Измеряем на самом деле падение напряжение на шунте: допустим, у нас 25-амперный шунт, т.е. при 25 А тока - 75мВ.
Если этого мало, то шунт не надо менять . Надо просто усилить напряжение 75 мB. можно даже взять шунт еще меньше. Например в 10 раз и усилить 7.5 мВ в 100 раз. Что не так?
ну вот автор и усиливает! )
В случае переменного тока - усиливает и выпрямляет - остается подать на интегрирующую цепочку и можно замерять спокойно.
нет, автор не усиливает , а детектирует. Т е он делает вариант диодного моста.
а можно просто усилить переменное напряжение а потом поставит диодный мост.
и нет проблемы. причем усиливать можно хоть до 1000 вольт.
Именно. Я тоже не вижу смысла в детекторе. Если уж и так стоит ОУ, то еще проще загнать синус в микроконтроллер и математикой вычислить все что душе угодно. Правда, в этом случае двух диапазонов измерения не будет. Надо будет подавать с двух ОУ на два разных канала АЦП чтобы не потерять в разрядности.
В данной схеме 4 диода заменены на ОУ. И в чем смысл такой замены?
В простейшем случае 1 диод на ОУ.
усилить переменное напряжение а потом поставит диодный мост
и вы потеряете диапазон полезного сигнала от 0 до 0.6 вольт.
Не, по логике, если усиливать - то эти 0.6 будут где-то на уровне входящих микровольт, т.е. тут проблемы нет.
Другой вопрос, что если использовать входы МК - там вполне может быть рабочий диапазон 0-1В, и вот тогда "просто усиливать" - это получится надо сначала входной сигнал усилить так, чтобы 0.6 можно было пренебречь, а потом после выпрямления - поставить делитель, чтобы не превышать потолок 1В АЦП.
Мало того что лишние потери и сложность, так еще и питание такому усилителю надо отдельно высокое, типовые 3.3В маловато будет.
В общем, всё правильно автор делает, ИМХО.
Чтобы усилить до 1000 вольт - нужно питание 1000 вольт, чтобы амплитуду дать.
А типичное для МК - 3.3, или 5, или вовсе 2.7.
Из которых диоды отрежут себе 1.2 (0.6 * 2 диода в мостовой схеме).
можно просто усилить переменное напряжение а потом поставит диодный мост.
Емнип у Хоровица с Хиллом был вариант с диодом в цепи обратной связи ОУ.
если проблема только в отсечке диодами, то можно добавить напряжение смещения равным или больше падениею на диоде. Или просто один конец трансформатора посадить на U\2 делитель
Можно, вот только это напряжение гуляет как хочет от тока, от температуры, а еще и от экземпляра к экземпляру.
Или просто один конец трансформатора посадить на U\2 делитель
Можно , и так делаю на ардуино платах. Только в этом случае динамический диапазон АЦП контроллера сразу снижается в 2 раза. По сути выпадает один бит АЦП
и наверное стандартного трансформатора тока
Именно, что наверно. Трансформатор тока по принципу своей работы может сгенерировать любое напряжение на выходе, ограниченное только пробоем изоляции. Соответственно, можно подобрать такой резистор шунта, что вклад диодов в погрешность станет несущественным.
может сгенерировать любое напряжение на выходе....... можно подобрать такой резистор шунта,
Можно подобрать резистор шунта, но с увеличением сопротивления шунта растет нелинейность характеристики трансформатора. В статье приведены характеристики трансформатора и там есть зависимость от сопротивления шунта.
Да , идея отсюда.
Но там предлагают усиливать положительную и отрицательную волну одинаково.
А у меня разный коэффициент усиления для того чтобы получить два диапазона измерения.
В первой статье в моем комментарии говорится о высокоточном измерении. это понятно.
А Вы вроде бы измеряете с погрешностью 5%. Тогда непонятно зачем городить огород. можно просто усилить напряжение, при этом никакие потери не увеличиваются так как ток измерения мал и нет проблем усилить 75 мВ например в 10 раз. Что не так?
Как помню, ОУ в схемах выпрямителей с диодами усиливает слабый сигнал до состояние, когда диоды переходят в режим, когда диод оказывается в открытом состоянии. Например такие схемы применяются в детекторах ПЧ радипроиемников, где уровень сигнала на входе не превышает единиц-десятка мв. Поэтому отсечка на диодах для этих схем непринципиальна, что является их достоинством.
Смотрим на шкалу типичной пассивной Цшки Ц4360 и понимаем суть описанного в статье:
И это в ней применены германиевые диоды.
А вот в Ц43101 применяются ОУ и шкала становится ровной:
В дополнение ко всей этой ветке комментариев - надо отметить, что источником сигнала выступает, как уже отметили, трансформатор тока. Таким образом - падение напряжения на диодах никак не повлияет на работоспособность, если выход диодного моста нагрузить на трансимпедансный усилитель (преобразователь тока в напряжение).
Единственный видимый недостаток такой схемы - увеличение подмагничивания ТТ, т.к. напряжение на выходной обмотке будет достигать удвоенного падения напряжения на диоде. Для применённого автором трансформатора, впрочем, это несущественно. По той подслеповатой картинке получается, что напряжение на вторичной обмотке может достигать 10(?) В без значимого падения линейности.
75 мВ - относятся к измерениям с шунтом, а не с ТТ.
спасибо за идею. Если не сложно, то пжлст опишите кратко, что далее вы делаете с этим сигналом? Оцифровываете? Насколько сложен алгоритм определения нужной полуволны?
На осциллограммах первый (верхний желтый) канал это сигнал с выхода оптопары, которая подключена к выходной обмотке трансформатора питания. По этому сигналу и определяем с какой полуволной работаем.
Т.е. оптопара выдает переходы по напряжению? А если фаза сместится? Вроде бы есть потребители (индукционные), которые сдвигают фазу тока.
а не рассматривали вариант определения нужной полуволны при помощи еще одного входа ацп, на который подать сигнал с выхода первого ОУ (Aout)? Затем разностными вычислениями с Bout находить нужную фазу сигнала. Это даст экономию на оптопаре и решит проблему со сдвигом фазы ток\напряжение.
При малых токах на Aout будет очень маленький сигнал , поэтому там ничего толком не измерить и не определить. Поэтому проще делать по прерываниям с оптопары и прерываниям таймера, чтоб делать замеры в нужное время. если сделать несколько замеров то можно определить сдвиг фазы.
Но это особо не требуется. Для разного рода показателей у нас есть электросчетчик. И не забываем о цели доработки , и то что это многоканальный измеритель , и то что проц и так нагружен ВЕБом и другим функционалом.
что далее вы делаете с этим сигналом?
Оцифровываем микроконтроллером. В МК в наличии достаточно входов с АЦП, так что не нужны дополнительные микросхемы в виде внешнего АЦП и мультиплексоров.
Моё почтение, тема нужная и интересная.
До кучи...
Всем известно , что диод - это р-п(п-р) переход
Транзистор - это два перехода.
Таким образом, транзистор - это фактически два встречно включенных диода.,
ОУ - это десятки транзисторов, т е десятки диодов.
Получается, что в данной схеме явный мост из четырех диодов предлагается заменить десятками диодов внутри ОУ.
Что не так?
Всё так. Куча "диодов" в ОУ работают при наличии смещения питания. По сути, при двухполярном питании чувствительность некоторых ОУ микровольты, там ограничение чисто по шумам первого каскада. На транзисторах (активный элемент) можно построить тоже схему для работы с микровольтами. Например, усилитель воспроизведения магнитофона вполне линейный и с приличным усилением. А вот чисто на диодах (пассивный элемент) такое провернуть не возможно. Однако, вы удивитесь, как применяют нынче транзисторы в режиме выпрямления. Гуглите "синхронный выпрямитель".
Я это знаю.
Суть моих комментарий к данной статьи в том, что автор некорректно сравнивает диод с ОУ. Никто не заставляет детектировать диодным мостом мВ и уж тем более повышать напряжение увеличением сопротивления шунта.
Можно просто увеличить напряжение до выпрямителя, например , используя трансформатор напряжения после трансформатора тока,либо поставить усилитель переменного напряжения на одном транзисторе.
Ранее привел две статьи. В первой подобное решение используется для повышения точности измерения (без микропроцессоров). Вполне понятно.
Но в данном случае нет никакого логического обоснования зачем усложнять схему и зачем сравнивать пассивный диодный выпрямитель с активным выпрямителем на двух OУ?
Это две большие разницы. Что не так?
Допустим на мосте упадет 1,2В, на протяжении которых у нас будет крайне нелинейный кусок (смотрим на шкалу стрелочного мультиметра в комментариях, тут этот участок переменного напряжения и тока до 10 даже не размечен (10- из-за делителя напряжения)) и который у нас будет условной зоной нечувствительности.
ОУ уже штука крайне линейная, так как все что надо, там уже работает в линейной области (заранее находится в приоткрытом состоянии).
Можно взять диод Шоттки, падение напряжение на нем 0.3 вольта. Будет не 10 делений, 3.
Какая будет погрешность при такой зоне нечувствительности? От чего будет зависеть? От формы, частоты, амплитуды. Как ее компенсировать -непонятно. Если в измерилке можно избежать дополнительной погрешности- почему бы и нет?
Правда представленная сравнительно низкочастотная. Но для 50Гц пойдет.
Схема в статье не для мостового измерителя.
Раньше уже говорил. Можно поставить усилитель на одном транзисторе с коэффициентом 100 и пороговое значение будет не 0.3 В, а 3 мВ. Можно поставить один инструментальный ОУ c коэффициентом 1000 и пороговое значение будет 0.3 мВ.
В любом случае схема с диодами будет проще и возможно точнее. Из статьи не видно преимущества данного решения по сравнению со схемой с диодами.
Зачем так сложно то. Двумя резисторами смещаем ноль сигнала на середину питания и измеряем. Выпрямитель на ОУ для слабых сигналов имеет смысл
Двумя резисторами смещаем ноль сигнала на середину питания и измеряем
Знаю , так на ардуино все делают....
При этом динамический диапазон уменьшается в два раза. это равносильно потере одного бита разрядности АЦП процессора
Выпрямитель на ОУ для слабых сигналов имеет смысл
Так в том и фишка чтоб получить два диапазона измерения , с полной разрядностью АЦП
Странно слышать про динамический диапазон с учетом линейности ацп в начале шкалы (до 10LSB можно вообще не рассматривать) и того что ОУ до 50мВ (ну пусть будет 20мВ для очень хороших ОУ) от земли вообще не линеен. Вы на самом деле сужаете динамический диапазон гораздо больше - у вас 2% именно начала шкалы вообще нефункциональным получается, т.е. малые токи будут с гораздо бОльшими ошибками, чем если они будут находиться в середине шкалы. Ну и всерьез считать важным сужение разрешения с 12 до 11 бит при измерении тока трансформаторами вообще странно. У вас суммарная погрешность тракта измерения не лучше 2% (а скорее 3-5%), а вы про разницу разрешения между 4095 и 2047 ступенями, т.е. с 0,025 до 0,05%. PS: я когда в свое время после института узнал про эту схему тоже проникся, жаль подсказать некому было более простой вариант.
Применение двухполупериодного активного выпрямителя в схеме многоканального измерителя тока