Выпрямители. Исследование фазочувствительного выпрямителя

ВВЕДЕНИЕ

Выпрямительные устройства (ВУ) служат для преобразования переменного  тока в постоянный, и применяются для питания аппаратуры связи и заряда аккумуляторов.

Выпрямительное устройство, предназначенное для 

преобразования переменного тока в постоянный, состоит из следующих

основных элементов: силового трансформатора, выпрямительных элементов  и сглаживающего фильтра. К входным клеммам выпрямительного

устройства подводится энергия  от источника переменного тока, а к выходным - подключается потребитель постоянного тока - аппаратура связи (нагрузка). В соответствии с этим, переменный ток и напряжение на входе выпрямительного устройства называют входным током и входным напряжением или током и напряжением питания, а напряжение на выходе  — выходным или выпрямленным током и напряжением.

Выпрямительные элементы, осуществляющие основную функцию преобразования переменного тока в постоянный, состоят из полупроводниковых вентилей, соединенных в определенную схему выпрямления. Сглаживающий фильтр, состоящий из индуктивностей и емкостей, соединенных по определенной схеме, предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, т. е. уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения. Для получения регулируемого и стабилизированного по величине выпрямленного напряжения и тока выпрямительное устройство дополнительно снабжается регулирующим элементом и следящей системой, автоматически поддерживающей стабилизацию выпрямленных напряжения и тока. Защита выпрямительного устройства от повреждений в аварийных режимах, его автоматическое и ручное включение и выключение, контроль выпрямленных напряжений и тока обеспечиваются дополнительными устройствами защиты, коммутации, сигнализации, автоматики, измерительными приборами. Для уменьшения уровня радиопомех на входе и выходе выпрямительных устройств устанавливаются фильтры радиопомех, состоящие из элементов индуктивности и конденсаторов.

Любое выпрямительное устройство обладает качественными и эксплуатационными  показателями  работы, составляющими его технико-экономические характеристики (входные, выходные и общие параметры, эксплуатационные показатели).

К входным параметрам относятся: мощность, потребляемая от сети переменного тока при номинальных токе нагрузки и напряжении на выходе устройства; номинальное напряжение и частота питающей сети; число фаз питающей сети; пределы изменения напряжения и частоты питающей сети.

Выходные параметры  —  это номинальная или максимальная мощность, т. е. полезная мощность, отдаваемая в нагрузку; номинальное, максимальное и минимальное выпрямленное напряжения; номинальный максимальный и минимальный выпрямленный ток (ток нагрузки); пределы устанавливаемого стабилизированного выпрямленного напряжения или тока; точность стабилизации выпрямленного напряжения или тока; величина пульсаций выпрямленного напряжения.

Общие параметры составляют коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент мощности, габаритные размеры, масса, надежность (наработка на отказ), стоимость.

К эксплуатационным показателям  относятся: способ установки и монтажа  устройства на месте эксплуатации; обслуживание (включение и регулировка, доступность осмотра, удобство ремонта, ухода, контроля за режимом работы); эксплуатационные расходы (стоимость электроэнергии, зарплата обслуживающего персонала).

В настоящее время на предприятиях связи эксплуатируются следующие выпрямительные устройства: ВУ, ВУЛС, ВУК, ВУЛС-2, ВУЛС-3,  ЭВУ,  блоки ВБ, ВБ-2, ВБ-3, ВУТ, КВК.

Выпрямительные устройства устанавливаются для эксплуатации в закрытых сухих вентилируемых  помещениях с температурой окружающей среды 5... 35° С (для устройств типа ВУ, ВУЛС, ЭВУ и выпрямительных блоков типа ВБ) и 5...40° С (для ВБ-2, ВБ-3, ВУК, ВУЛС-3, ВУТ и КВК) и относительной влажностью до 80% при температуре 25° С. 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для  преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при  изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать  как один из типов инверторов напряжения. Обобщенная структурная схема выпрямителя  приведена на рис.1.

Рис. 1. Обобщенная структурная схема выпрямителя

 

В состав выпрямителя могут  входить: силовой трансформатор  СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее  устройство ФУ и стабилизатор напряжения СН. Трансформатор СТ выполняет следующие  функции: преобразует значение напряжения сети, обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети, преобразует  количество фаз силовой сети. В  импульсных источниках питания трансформатор  обычно отсутствует, так кака его  функции выполняет высокочастотный  инвертор.

Вентильный блок ВБ является основным звеном выпрямителя, обеспечивая  однонаправленное протекание тока в  нагрузке. В качестве вентилей могут  использоваться электровакуумные, газоразрядные  или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы  и др. Идеальный вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных прежде всего  тем, что они пропускают некоторый  ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.

Фильтрующее устройство ФУ используется для ослабления пульсаций  выходного напряжения. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижних частот (ФНЧ), выполненные  на пассивных R, L, C элементах или, иногда, с применением активных элементов – транзисторов, операционных усилителей и пр. Качество ФУ оценивают по его способности увеличивать коэффициент фильтрации q, равный отношению коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра.

Стабилизатор напряжения СН предназначен для уменьшения влияния  внешних воздействий: изменения  напряжения питающей сети, температуры  окружающей среды, изменения нагрузки и др., - на выходное напряжение выпрямителя. Стабилизатор напряжения можно установить не только на выходе выпрямителя, но и  на его входе. Если к стабильности выходного напряжения не предъявляется  особых требований, то стабилизатор может  быть или совсем исключен или его  функции переданы другим узлам. Например, в импульсных источниках питания  функции стабилизатора может  выполнять регулируемый инвертор (РИ) или регулируемый вентильный блок.

Кроме основных узлов, в состав выпрямителя могут входить различные  вспомогательные элементы и узлы, предназначенные для повышения  его надежности: узлы контроля и  автоматики, узлы защиты и др., например, узлы автоматического переключения напряжения питающей сети 110-220 В.

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

 

Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжение, число фаз силовой  сети, схему вентильного блока, тип  сглаживающего фильтра, наличие  трансформатора и др.

По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные  и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжения с отличными друг от друга начальными фазами. Так, например, если для работы выпрямителя требуется одно-единственное питающее напряжение, то такой выпрямитель будет однофазным. Если же для работы выпрямителя требуются два питающих напряжения, сдвинутых друг относительно друга на какой-либо угол (чаще всего на 180^О), то такой выпрямитель называют двухфазным. Аналогично, если для работы выпрямителя требуются три питающих напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 120^О, то такой выпрямитель называют трехфазным. Шестифазные выпрямители состоят из двух групп трехфазных выпрямителей, питаемых противофазными напряжениями трехфазной сети.

По схеме вентильного  блока различают выпрямители  с параллельным, последовательным и  мостовым включением однофазных выпрямителей. Схемы таких выпрямителей приведены на рис. 2.

 

Рис. 2. Схемы выпрямителей, питаемых от однофазной сети: однополупериодный (а), двухфазный двухполупериодный (б), однофазный мостовой (в) и однофазный с последовательным включением (схема удвоения) (г)

 

1. ОДНОФАЗНЫЙ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

 

Однофазный однополупериодный  выпрямитель, схема которого приведена на рис. 2.(а), является простейшим. Такой выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения, как показано на рис. 2.1.(а). Такие выпрямители находят ограниченное применение в маломощных устройствах, так как они характеризуются плохим использованием трансформатора и сглаживающего фильтра.

 

 

 

 

2. ДВУХФАЗНЫЙ ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

 

Двухфазный двухполупериодный  выпрямитель, приведенный на рис.2.(б), представляет собой параллельное соединение двух однофазных выпрямителей, питаемых от двух половин вторичной обмотки W₂ и W₂¹. С помощью этих полуобмоток создаются два противофазных питающих выпрямители напряжения. Форма выходного напряжение такого выпрямителя приведена на рис. 2.1.(б). Этот выпрямитель характеризуется лучшим использованием трансформатора и фильтра. Его часто называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансоформатора.

 

Рис. 2.1. Формы напряжений на входе и выходе выпрямителей, питаемых от однофазной сети, при резистивной  нагрузке без фильтра: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)

 

3. ОДНОФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 2.(в)) является двухполупериодным выпрямителем, питаемым от однофазной сети. В отличие от предыдущей схемы его можно использовать для выпрямления напряжения сети и без трансформатора. К его недостаткам относится удвоенное число выпрямительных диодов, однако трансформатор в таком выпрямителе используется наиболее полно, так как нет подмагничивания магнитопровода постоянным током и ток во вторичной обмотке протекает в течение обоих полупериодов. Из-за увеличенного падения напряжения на выпрямительных диодах такие выпрямители редко используются при выпрямлении низких напряжения (меньше 5В).

 

 

4. ОДНОФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ С УДВОЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Такой выпрямитель представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных  выпрямителей (рис. 2.(г)). В первом полупериоде  при положительном напряжении на аноде диода VD1 заряжается конденсатор С₁, а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор С₂ заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы С₁ и С₂ могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. Эту схему можно получить из мостовой схемы, изображенной на рис. 2.(в), если заменить диоды VD3 и VD4 конденсаторами С₁ и С₂. В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым. К достоинствам схемы можно отнести уменьшение вдвое выходного напряжения трансформатора, а к недостаткам – наличие двух конденсаторов С₁ и С₂.

5. ТРЕХФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

 

Схемы трехфазных выпрямителей, получивших наиболее широкое распространение  в ИВЭП, приведены на рис. 2.2. Первичные  обмотки трансформаторов Тр могут включаться по схеме звезды или треугольника, а вторичные обмотки включены по схеме звезды. На рис. 2.2.(а) приведена схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки 0^/ вторичных обмоток. На рис. 2.3.(а) приведены временные диаграммы напряжений и токов для этой схемы при резистивной нагрузке без фильтра. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения составляет K_П=25%, в то время как для двухполупериодного однофазного выпрямителя он составляет 67%, при этом частота пульсаций в три раза выше частоты питающей сети. Все это значительно облегчает фильтрацию выпрямленного напряжения, а в ряде случаев позволяет вообще обойтись без фильтра.

К недостаткам такой схемы  следует отнести плохое использование  трансформатора, который работает с  подмагничиванием постоянным током, и  повышенное обратное напряжение на выпрямительных диодах.

Рис. 2.2. Схема трехфазного  выпрямителя с отводом от нулевой  точки (а) и мостового трехфазного  выпрямителя (б)

 

6. МОСТОВАЯ СХЕМА ТРЕХФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ. СХЕМА ЛАРИОНОВА

Мостовая схема трехфазного  выпрямителя или иначе схема  Ларионова приведена на рис. 2.2.(б). В этой схеме включены 6 диодов. Которые выпрямляют как положительные, так и отрицательные полуволны трехфазного напряжения. При этом в любой произвольный момент времени ток проводят два диода, у которых на аноде наиболее положительное напряжение, а на катоже – наиболее отрицательное. Графики токов и напряжения для трехфазной мостовой схемы приведены на рис. 2.3.(б).

К достоинствам схемы Ларионова  относятся: отсутствие подмагничивания  сердечника трансформатора постоянным током, вдвое меньшее (по сравнению  с предыдущей схемой) обратное напряжение, малый коэффициент пульсаций (равный 5,7%) и вдвое увеличенная частота  пульсаций f_П=6f_C. Все это позволяет во многих случаях не использовать выходной фильтр.

 

 

Для сравнения рассмотренных  схем выпрямителей в табл. 2.1. приведены  их основные параметры при работе на резистивную нагрузку без фильтра. В этой таблице приняты следующие  обозначения основных характристик: n=U₁/U₂=w₁/w₂ – коэффициент трансформации, U₁ – действующее значение напряжения на первичной обмотке, U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке, w₁ и w₂ – число витков первичной и вторичной обмоток соответственно, U_H=n_ДU_ПР+U_В – расчетное значение напряжения на нагрузке, n_Д – число последовательно включенных диодов, U_В - среднее значение выпрямленного напряжения; U_ПР - прямое падение напряжения на диоде, f_C - частота питающей сети, K_П=Uп_m/U_H - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, Uп_m - амплитуда напряжения с частотой пульсаций на выходе выпрямителя.

 

Рис. 2.3. Формы напряжений и токов в трехфазном выпрямителе  с нулевой точкой (а) и в трехфазном мостовом выпрямителе (б)

 

Таблица 2.1. Основные характеристики схем выпрямителей при работе на резистивную  нагрузку

 

Характеристика	Тип выпрямителя
	Однофазный со средней  точкой	Однофазный мостовой	Трехфазный с нулевой  точкой	Трехфазный мостовой
Действующее напряжение вторичной  обмотки (фазное) U2	2х1,11 UH	1,11 UH	0,855 UH	0,43 UH
Действующий ток вторичной  обмотки I2	0,785 IH	1,11 IH	0,58 IH	0,82 IH
Действующий ток первичной  обмотки I1	1,11 IH ln	1,11 IH ln	0,48 IH ln	0,82 IH ln
Расчетная мощность трансформатора PTP	1,48 PH	1,23 PH	1,35 PH	1,045 PH
Продолжение таблицы 2.1.
Обратное напряжение на диоде  UОБР	3,14 UH	1,57 UH	2,1 UH	1,05 UH
Среднее значение тока диода  IД.СР	0,5 IH	0,5 IH	0,33 IH	0,33 IH
Действующее значение тока диода IД	0,785 IH	0,785 IH	0,587 IH	0,58 IH
Амплитудное значение тока диода IДm	1,57 IH	1,57 IH	1,21 IH	1,05 IH
Частота основной гармоники  пульсации	2 fC	2 fC	3 fC	6 fC
Коэффициент пульсаций выходного напряжения KП	0,67	0,67	0,25	0,057

 

7. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Регулирование выходного  напряжения выпрямителя может выполняться  различными способами:  с помощью  регулируемого трансформатора, с  помощью резистивных или емкостных  делителей напряжения и с помощью  управляемых вентилей. Ниже рассмотрим только способ регулирования выходного  напряжения выпрямителя при помощи управляемых вентилей – тиристоров.

Структурная схема регулируемого  выпрямителя приведена на рис.2.4.(а). Принципиальным отличием этой схемы, приведенной  на рис. 1, является включение в нее регулируемого вентильного блока РВБ и устройства управления, управляемого напряжением сети. Простейшая схема регулируемого выпрямителя на одном тиристоре VS приведена на рис.2.4.(б). Для включения тиристора необходимо выполнить два условия: напряжение на аноде тиристора должно быть положительным (но меньше U_ПР.ВКЛ.) и к управляющему электроду должно быть приложено положительное напряжение, соответствующее отпирающему току. Первое условие выполняется для положительных полуволн напряжения сети U_C, а для выполнения второго условия к управляющему электроду тиристора подводится отпирающий импульс U_Y.

После включения тиристора  управляющий электрод теряет управляющие  свойства, поэтому выключение тиристора  произойдет, когда напряжение на его  аноде станет равным нулю. Форма  импульсов напряжения на резистивной  нагрузке R_H без фильтра приведена на рис.2.4.(в). Очевидно, что момент включения тиристора можно регулировать в пределах положительной полуволны напряжения сети, т.е. При этом если тиристор включается при то среднее выпрямленное напряжение на нагрузке U_СВ будет максимальным, а если  ⁰, то напряжение U_СВ=0. Такой способ управления тиристором называется фазоимпульсным.

 

Рис.2.4. Структурная схема  регулируемого выпрямителя (а), схема  простейшего регулируемого вентильного  блока (б) и графики напряжения на входе и выходе (в)

 

 

В приведенной простейшей схеме регулируемого выпрямителя  пульсации напряжения на нагрузке достаточно большие, поэтому для снижения их необходимо включать сглаживающий фильтр (не показанный на схеме рис.2.4.(б). Следует  отметить, что в приведенной схеме  использоваться для сглаживания  пульсаций емкостной фильтр нельзя, так как заряд конденсатора через  открывшийся тиристор может сопровождаться таким большим током, который  выведет тиристор из строя. Поэтому  в тиристорных регулируемых выпрямителях используют фильтры, начинающиеся с  индуктивности.

Мостовые схемы регулируемых вентильных блоков приведены на рис.2.5. В схеме на рис.2.5.(а)  тиристоры  VS1 и VS2 включаются через угод, равный π. При включении тиристора VS1 одновременно включается диод D2, а при включении тиристора VS2 включается диод D1. Блокировочный диод D_БЛ выполняет те же функции, что и в двухфазном вентильном блоке.

В схеме на рис.2.5.(б) при включении тиристора VS1 одновременно включается диод D2, а при включении тиристора VS2 включается диод D1. Блокировочный диод в этой схеме не нужен, так как его функции выполняют диоды D1 и D2.

 

Рис.2.5. Мостовые схемы регулируемых вентильных блоков: с блокировочным  диодом (а) и без него (б)

 

8. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

 

В случае с работой высокочастотных  выпрямителей с транзисторными преобразователями  имеются некоторые особенности  их работы: напряжение на входе выпрямителя  негармоническое, а имеет одну из форм, приведенных на рис.2.6.(а). При  питании выпрямителей напряжением  повышенной частоты очень заметными  становятся инерционные свойства диодом. При резком изменении напряжения на входе выпрямителя диоды теряют вентильные свойства на некоторое время, зависящее от скорости их включения  или выключения. Все это приводит к изменению характеристик выпрямителей, что должно учитываться при их проектировании и эксплуатации.

На рис. 2.6.(а) приведена  схема простейшего однофазного  выпрямителя с емкостным фильтром, используемая в однотактных импульсных преобразователях. Если на входе такого выпрямителя действует прямоугольное  импульсное напряжение с длительностью  фронтом t_Ф, то в установившемся режиме форма тока в диоде будет иметь вид, показанный на рис.2.5.(в).  Диод VD отпирается, когда входное напряжение становится равным напряжению U_H на нагрузке. Ток в диоде нарастает почти линейно и имеет выброс, связанный с зарядом емкости С_Ф. После этого ток в диоде равен току нагрузки, а на конденсаторе С_Ф поддерживается практически постоянное напряжение U_H. В момент времени t₃ входное напряжение U_ВХ начинает снижаться, одновременно начинает снижаться и ток диода ί_Д. Когда напряжение на вхоже становится равным напряжению на нагрузке, ток диода становится равным нулю. После этого полярность напряжения на диоде меняется на противоположную и начинается процесс рассасывания заряда, накопленного в p-n переходе диода. При этом ток в диоде меняет направление. Когда процесс рассасывания накопленного заряда закончится, ток в диоде становится равным нулю. Длительность интервала рассасывания и амплитуда обратного тока диода зависят от инерционных свойств диода. Амплитуду обратного тока диода можно оценить по приближенной формуле

,

 

где - ток нагрузки, - прямое напряжение на диоде, - время рассасывания, - длительность фронта выходного напряжение, - размах импульсов напряжения на входе.

 

Рис. 2.6. Формы напряжений на входе высокочастотных импульсных выпрямителей (а), схема простейшего  однофазного выпрямителя с емкостным  фильтром (б) и формы напряжения и  токов в нем (в)

 

Для применения в таких  выпрямителях пригодны только диоды, имеющие  малое время восстановления (малое  время рассасывания), такие, как КД226 или КД213. Использование в таких  выпрямителях диодов с большим временем восстановления может привести к  тому, что диод вообще потеряет свои вентильные свойства.

 

 

3. ПРИМЕРЫ СХЕМ ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

 

Фазочувствительные выпрямители  ФЧВ используются для определения знака измеряемой величины. Такой выпрямитель имеет два входа: сигнальный и управляющий (коммутирующий). Если на сигнальный вход подано гармоническое переменное напряжение U_ВХ, а на управляющий – напряжение той же частоты U_V, то напряжение на выходе выпрямителя определяется соотношением:

,

Где а – постоянный коэффициент, - фазовый сдвиг между напряжениями и .

Выпрямитель по схеме на рис.2.7. имеет входы U₁ и U₂. Большее из поданных на эти входы напряжения является управляющим и от него зависит знак . Модуль определяется меньшим входным напряжением. Целесообразно, чтобы R₂>>R₁.

 

Рис.2.7. Схема фазочувствительного  выпрямителя

 

Схема однополупериодного ФЧВ (рис.2.8.(а)) может быть реализована  на базе измерительного выпрямителя  при установке электронных ключей вместо диодов.

Электронные ключи управляются  парафазными напряжениями U_УПР1 и U_УПР2. Когда в схеме на рис.2.7.(а) замкнут ключ1 (К1)  (разомкнут ключ2(К2)), напряжением U_ВХ передается на выход ФЧВ с коэффициентом «минус» 1. Когда К1 разомкнут (замкнут К2), на выходе ФЧВ будет U_ВЫХ≈0.

Двухполупериодный ФЧВ (рис.2.7.(б)) построен на базе двухходового усилителя. При замкнутом К2 (разомкнутом  К1) U_ВЫХ= - U_ВХ, а при разомкнутом К2 (замкнутом К1) U_ВЫХ=U_ВХ.

 

Рис.2.7. Фазочувствительный однополупериодный выпрямитель (а) и двухполупериодный выпрямитель (б)

 

В измерительных схемах импульсные напряжения U_УПР1 и U_УПР2  часто формируются от синусоидального сигнала , называемого опорным, j – начальный фазовый сдвиг опорного сигнала относительно входного сигнала ФЧВ.

Зависимость среднего значения Uср выходного напряжения двухполупериодного ФЧВ Uвых.фчв(t) при синусоидальном входном сигнале имеет вид:

где  

Для однополупериодного ФЧВ формула расчетного среднего значения выходного напряжения отличается тем, что осреднение подынтегрального выражения выполняется не за Т/2, а за весь период Т.

 

4. ИССЛЕДОВАНИЕ  ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 

Данный ФЧВ, схема которого приведена на рис.2.8., выполнен на одном операционном усилителе  ОУ, в качестве источника опорной частоты использован генератор синусоидальных колебаний U_ON, на выходе которого включено электромеханическое ключевое устройство К с порогом срабатывания 0,1 В. Низкий порог срабатывания, при сравнительно большой амплитуде входного сигнала, обеспечивает замыкание и размыкание контакта, практически, при прохождении сигнала через ноль.

 

Рис.2.8. Данный фазочувствительный выпрямитель

 

Исследование ФЧВ будем  проводить в программе для  моделирования электронных схем NI Multisim 10.1.1.

Рассмотрим схему ФЧВ, показанную на рис.2.9, где частота  опорного сигнала F_ON=5 Гц. Получили осциллограмму сигналов при указанных на схеме параметрах генераторов и заданной частоте опорного сигнала (рис.2.10). На полученной осциллограмме, а также при дальнейших исследованиях, выходной сигнал будет отображен полуволной зеленого цвета. Таким образом, мы видим, что выходной сигнал выпрямленного напряжения имеет вид чередующихся положительных и отрицательных полуволн, следующих с периодом повторения .

 

Рис.2.9. Схема ФЧВ при  заданной частоте опорного сигнала  F_ON=5 Гц

 

Рис.2.10. Осциллограмма выходного  сигнала в случае F_ON=5 Гц

 

Далее пронаблюдаем видоизменение  осциллограмм при разных вариациях  фаз опорного источника.

На рис.2.11 приведена осциллограмма  входного и выходного сигналов при  фазе опорного источника 90^о. Мы видим, что выходной сигнал состоит из периодической смены отрицательных и положительных полуволн. Причем эта смена происходит при , начиная с отрицательных полуволн.

 

Рис. 2.11. Осциллограмма входного и выходного сигналов при фазе опорного источника 90^о

 

При фазе опорного источника 180^о, чередование отрицательных и положительных полуволн выходного сигнала повторяется с периодом повторения . Осциллограмма приведена на рис. 2.12.