Детектор среднеквадратического значения

Детектор среднеквадратического значения (СКЗ) – это измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, пропорциональное квадрату СКЗ переменного напряжения. Измерение СКЗ напряжения связано с выполнением квадрирования, усреднения и извлечением квадратного корня [см. формулу]. Первые операции осуществляются детектором, а операция извлечения корня должна осуществляться градуировкой аналогового измерительного прибора, подключаемого к выходу детектора СКЗ. Таким образом, детектор СКЗ должен иметь квадратичную функцию преобразования, а сам нелинейный элемент квадратичную вольтамперную характеристику.

В качестве нелинейного элемента детектора, имеющего квадратичную вольтамперную характеристику (ΒΑΧ), можно, например, использовать начальный участок ΒΑΧ полупроводникового диода. Однако этот участок имеет очень малую протяженность. Полупроводниковые диоды имеют большой разброс параметров на этом участке характеристики. Поэтому большее распространение получили детекторы на основе диодной цепочки. Такая цепочка позволяет получить квадратичную ΒΑΧ в результате кусочно-линейной аппроксимации параболической кривой. Схема квадратичного преобразователя с диодной цепочкой показана на рис. 4.9.

Входное напряжение u_ВХ подводится к широкополосному трансформатору Т1. С помощью диодов VD1 и VD2 во вторичной обмотке осуществляется двухполупериодное выпрямление.

Выпрямленное напряжение действует на цепь, состоящую из диодной цепочки VD3...VD8, R3...R14 и резистора нагрузки R15. Падение напряжения на нагрузке через фильтр нижних частот Ζ1 подается на выход преобразователя.

Выходное напряжение пропорционально среднему значению тока диодной ячейки. Диодная цепочка имеет близкую к параболической вольтамперную характеристику. Поэтому среднее значение выходного напряжения оказывается пропорциональным квадрату среднеквадратического значения входного напряжения.

Рассмотрим как обеспечивается квадратичная вольтамперная характеристика. Делители напряжения R3...R14 подключены к общему стабилизированному источнику напряжения Е. Делители подобраны так, что смещения U_i, подаваемые на диоды, удовлетворяют соотношению U₁<U₂<…<U₆. Пока входное напряжение цепочки U не достигает U₁ (см. график), все диоды закрыты и начальная часть ΒΑΧ является прямой линией с наклоном, зависящим от сопротивлений резисторов R1, R2 и R15. Когда напряжение U превысит U₁, откроется диод VD3 и параллельно R2 подключится делитель R3, R9. Крутизна ΒΑΧ на участке от U₁ до U₂ возрастает, ток в цепи станет i_∑=i₀+i₁ (рис. 4.10). Когда выполнится условие U>U₂, в цепи преобразователя будет протекать ток i_∑=i₀+i₁+i₂. Крутизна ΒΑΧ будет увеличиваться с ростом U. Выбирая соответствующим образом сопротивления делителей, можно получить ΒΑΧ в виде ломаной линии, приближающейся к квадратичной параболе. Таким образом, квадратичная характеристика синтезируется из начальных участков характеристик ряда диодных ячеек, что показано на рис.

Коэффициент преобразования детектора по току К_д=I/U², где I–среднее значение тока на выходе преобразователя; U–СКЗ входного напряжения.

Погрешность преобразования таких преобразователей определяется нестабильностью ΒΑΧ диодов, непостоянством сопротивлений резисторов и она составляет 3...5%. Частотный диапазон определяется свойствами трансформатора – индуктивностью (снизу) и паразитными параметрами диодной цепочки (сверху) и составляет интервал от нескольких герц до 1 МГц.