Misuratore di fase dell'amplificatore operazionale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Molti misuratori di fase elettronici presentano uno svantaggio molto significativo, ovvero che i loro ingressi sono accoppiati galvanicamente. Questa caratteristica limita l'ambito di applicazione pratica del dispositivo.

Il misuratore di fase proposto è esente da questo inconveniente. Ciò è stato ottenuto sostituendo l'elemento logico di confronto con un fotoaccoppiatore. Il dispositivo fornisce inoltre l'isolamento dei canali di misurazione e dell'alimentazione. Tutto ciò espande la funzionalità del misuratore di fase, avvicinandolo a dispositivi simili del sistema elettrodinamico. Permette di misurare l'angolo di fase non solo tra tensione e corrente, ma anche tra due tensioni o due correnti.

Principali caratteristiche tecniche:

• Tensione Uin1 (Uin2) applicata all'ingresso del canale, V.......0,03...100
• Corrente Iin1 (Iin2) nel circuito di ingresso del canale, À.......0,01...5
• Banda di frequenza dei segnali misurati, kHz.......0,01...100
• Errore di misura, non peggiore, %.......±3
• Consumo energetico, W ....... 1

Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in Fig. 1. Il dispositivo è costituito da due canali di misurazione, simili nella struttura. Il segnale di ingresso in ciascuno di essi è limitato in ampiezza da diodi (VD1-VD4) e i comparatori sull'amplificatore operazionale (DA1, DA2) lo convertono in impulsi rettangolari, antifase rispetto alla tensione di ingresso, la cui ampiezza è costante e vicino alla tensione di alimentazione.

Fig.1 (clicca per ingrandire)

Supponiamo che l'angolo di sfasamento dei segnali di ingresso sia zero (Fig. 2, a). Quindi, durante il semiciclo negativo della tensione di uscita del comparatore DA1, il transistor VT1 si apre e la corrente scorre nel circuito LED del fotoaccoppiatore U1. La tensione di uscita negativa del comparatore DA2 viene applicata al diodo VD5 nella direzione opposta, quindi nel circuito del microamperometro PA1 non scorre corrente.

Ris.2

Quando la tensione all'uscita dei comparatori è positiva, il transistor VT1 è chiuso, il LED è spento, l'accoppiatore ottico U1 è chiuso e non c'è corrente nel circuito del microamperometro PA1. Pertanto, il valore medio della corrente che scorre attraverso il microamperometro nel periodo della tensione di ingresso è zero.

Se i segnali di ingresso vengono spostati l'uno rispetto all'altro di un certo angolo (i punti di variazione del segno della tensione di uscita dei comparatori vengono spostati nel tempo, Fig. 2, b), quindi durante il periodo di tempo da t1 a t2, proporzionale all'angolo di sfasamento tra i segnali di ingresso, il fotoaccoppiatore sarà aperto. Il valore medio della corrente che scorre nel periodo della tensione di ingresso attraverso il microamperometro è proporzionale all'angolo di sfasamento misurato.

I canali di misura del dispositivo sono alimentati da raddrizzatori separati non collegati galvanicamente tra loro. Due diodi zener (VD1, VD14) collegati in serie back-to-back vengono introdotti nel circuito dell'avvolgimento primario del trasformatore di rete T15. Pertanto, l'ampiezza della tensione sull'avvolgimento primario è stabilizzata. La tensione di rete in eccesso viene estinta dal condensatore di zavorra C9 e la resistenza R6 la scarica dopo lo spegnimento del dispositivo.

Dai terminali di ciascuno degli avvolgimenti secondari del trasformatore viene rimossa una tensione quasi rettangolare, che rettifica il ponte a diodi e leviga il filtro capacitivo. Questa progettazione circuitale dell'alimentatore fornisce un livello di ondulazione molto basso e il suo valore medio (componente CC) è molto superiore a quello dei raddrizzatori di tensione sinusoidali. Ciò, a sua volta, riduce i requisiti per i filtri anti-aliasing e aumenta la rigidità delle caratteristiche esterne dell'intero raddrizzatore.

Il dispositivo utilizza resistori MLT e SP3-1B (R5). Invece dell'amplificatore operazionale K140UD1A, sono adatti comparatori di tensione standard, ad esempio K521CA3. Il transistor KT203V può essere sostituito con qualsiasi struttura pnp in silicio con una corrente di collettore consentita di 10...20 mA. I diodi VD1-VD4 sono selezionati in base al valore limite della corrente misurata, ma dovrebbero avere la caduta di tensione diretta più bassa possibile. I diodi Zener VD14, VD15 possono essere sostituiti con altri rispettivamente con tensione di stabilizzazione di 30...100 V e corrente di stabilizzazione di 30...10 mA, ma in questo caso è necessario modificare il numero di spire del avvolgimento primario del trasformatore T1 (a tensioni più elevate il numero di spire aumenta).

Il trasformatore T1 è realizzato su un nucleo magnetico Ш10Х20. L'avvolgimento di rete contiene 600 spire di filo PEV-1 0,21 e ciascun avvolgimento secondario contiene 2X180 spire di filo PEV-1 0,13. Microamperometro RA1 - sistema magnetoelettrico con una corrente di deflessione completa dell'ago 50...100 μA.

Il misuratore di fase elettronico ha una scala uniforme e la sua regolazione consiste nell'impostare il resistore R5 sull'angolo di deflessione massimo dell'ago del microamperometro. In questo caso, l'ingresso del misuratore di fase è collegato a una sorgente di tensione sinusoidale antifase, i cui parametri corrispondono alla tensione di ingresso e alla frequenza del dispositivo.

Quando si utilizza il misuratore di fase, è necessario ricordare che la tensione massima che può essere applicata tra qualsiasi ingresso di un canale di misurazione e il corrispondente ingresso del secondo non deve superare quella consentita per il fotoaccoppiatore (circa 100 V).

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