A vibrációs jelátalakító egy elektromechanikus eszköz, amelyet arra terveztek, hogy az alacsony feszültségű egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé alakítsa érintkezők átkapcsolásával .
Teljesítmény - és mérőátalakítókra vannak felosztva .
A teljesítmény-rezgés-átalakítókat arra tervezték, hogy az alacsony feszültséget, például az akkumulátorokból váltakozó feszültséggé alakítsák, amelyet azután egy transzformátorhoz táplálnak, amelynek szekunder tekercséhez egy egyenirányító csatlakozik . Korábban nagy egyenfeszültség (100-400 V ) előállítására használták elektronikus eszközök vákuumcsövei anódáramköreinek táplálására. Jelenleg ezeket teljesen felváltják a félvezető konverterek .
A mérőrezgés-átalakítókat a mérőérzékelőkből , például hőelemekből származó kis és ultraalacsony egyenfeszültségek váltakozó feszültséggé alakítására használják, amelyet egy váltakozó feszültségű erősítő kényelmesen felerősít. A váltakozó feszültségű erősítő kimenetén vagy egy fázisérzékeny detektor, vagy egy szinkron érzékelő van bekapcsolva, amely a váltakozó feszültséget egyenárammá alakítja. Egy ilyen szerkezet egy precíziós egyenáramú erősítőt képez , amelynek hőmérséklet -eltolódását csak a rezgésátalakító driftje határozza meg, és egy mikrovolt töredékére redukálható.
Ilyen eszközök egy elektromechanikus önoszcilláló rendszer , amely magában foglal egy elektromágnest mozgó maggal (armatúrával) és több érintkezőt, amelyet a mag helyzete vezérel. Az elektromágnes tekercsére alacsony feszültségű forrásból származó egyenáramot vezetnek. Az elektromágnes ferromágneses armatúrája, amely az elektromágnes ferromágneses magjához vonzódik, kinyitja azokat az érintkezőket, amelyeken keresztül alacsony feszültség jut erre a tekercsre. A horgonyhoz tartozó rugó visszahelyezi a horgonyt eredeti helyzetébe. Így az armatúra több tíz Hz frekvenciával oszcillál . Az armatúrához csatlakoztatott egyéb érintkezők időszakosan átkapcsolják a kisfeszültségű forrást felváltva a fokozó transzformátor primer tekercsének egyik vagy másik felére . Ennek eredményeként váltakozó áram folyik át a primer tekercsen . A transzformátor szekunder tekercséből váltakozó nagyfeszültséget távolítanak el. A váltakozó feszültség nagy egyenfeszültséggé alakításához egy egyenirányítót kell csatlakoztatni a szekunder tekercshez .
Az állandó feszültség eléréséhez a kimeneten egy másik érintkezőcsoport ( mechanikus egyenirányító ), amely az elektromágnes armatúrájához csatlakozik, szinkronosan kapcsolja a transzformátor szekunder tekercsét úgy, hogy a terhelésben lévő áram iránya állandó maradjon (szinkron átalakító) , vagy a szekunder tekercsből váltakozó áramot táplálunk a külső dióda egyenirányítóba (aszinkron konverter).
A mérőátalakítókban az elektromágneses tekercset általában csökkentett hálózati frekvenciájú feszültség táplálja. A mozgatható armatúra természetes mechanikai rezgésének frekvenciája a hálózati frekvenciával (általában 50 Hz) mechanikai rezonanciára van hangolva.
A korai önsípoló elválásoknál ( felvevők ), mára elavult, a következő sémát alkalmazták. A rezgésátalakító armatúrájához egy mozgatható érintkező csatlakozik, amely felváltva két oldalsó rögzített érintkezővel zár. Az egyik oldalérintkezőre bemeneti jel, a másodikra pedig visszacsatolójel kerül, amelyet a reokkordról ( potenciométer ) veszünk, amelynek csúszkája (csúsztatóérintkezője) mechanikusan kapcsolódik a felvevő tollához. Ha az oldalsó érintkezőkön különböző állandó feszültségek vannak, akkor a központi érintkezőn hullámzások jelennek meg, amelyek amplitúdója arányos a bemeneti feszültségek különbségével, és a fázis ennek a különbségnek az előjelét tükrözi. Ha a mért feszültség nagyobb, mint a visszacsatoló feszültség, akkor a rezgésátalakító központi (váltó) érintkezőjén hullámzások jelennek meg egy fázisban az elektromágnest tápláló feszültséggel. Ezeket a hullámosságokat 90 fokos fáziseltolással erősíti fel egy AC feszültségerősítő. Egy kétfázisú aszinkron villanymotor egyik tekercsére erősített váltakozó feszültséget , a másikat pedig mindig állandó váltakozó feszültséggel látjuk el az egyik fázisban a táprezgés-átalakítóval. Az elektromos motort úgy tervezték, hogy e két tekercs mágneses mezei egymásra merőlegesek legyenek. Amikor az erősítőhöz csatlakoztatott tekercselésen feszültség jelenik meg, a motor forgórésze forogni kezd, és egy kábel- és tárcsarendszer segítségével addig mozgatja a potenciométer csúszóérintkezőjét és a rögzítő tollat, amíg az állandó feszültség megszűnik. a potenciométer motorjából egyenlővé válik a mért. Ha a mért feszültség kisebb lesz, mint a visszacsatoló feszültség, akkor a motor az ellenkező irányba fog forogni, mivel a tekercseinek feszültségfázisai nem 90 fokkal, hanem -90 fokkal tolódnak el. Így ez a szervo elektromechanikus rendszer kompenzálja a bemeneti jel és a visszacsatoló jel közötti hibajelet. Ennek az elvnek megfelelően működik például a KSP-4 felvevő.
Az ilyen áramköri megoldások lehetővé teszik egyenáramú erősítők építését gyakorlatilag nulla eltolódás nélkül.
A rezgésátalakítókat az 1950-es évek elejéig széles körben használták. hordozható és fedélzeti lámpaberendezések táplálására - hordozható és autórádiók , rádióállomások stb. akkumulátorokról és galvánelemekről. Aztán sok esetben egyszerűbbnek, kompaktabbnak és költséghatékonyabbnak bizonyult, mint a nagyfeszültségű anód akkumulátorokkal . Legfeljebb 400 V kimeneti feszültséggel, 90 mA terhelési árammal rendelkező rezgésátalakítókat gyártottak . A hatásfok elérte a 40-80%-ot.
A teljesítményrezgés-átalakítók hátrányai az általuk keltett nagy elektromos impulzuszaj, az akusztikus zaj, az érintkezők alacsony megbízhatósága és az utóbbiak visszapattanása. A rezgésátalakító gondos árnyékolást, a kimeneti feszültség hatékony szűrését, a készülék mechanikus részének - a vibrátor és az érintkezők - tömítését igényelte. A rezgésátalakító erőforrása az érintkezők kopása miatt általában nem haladta meg az 1000 órás folyamatos működést. Ezért a rezgésátalakítókat gyakorlatilag nem használták kritikus elektronikai eszközök, például katonai vagy légi közlekedési eszközök táplálására; ezekben az alkalmazásokban az elektromos gépi jelátalakítókat - umformereket részesítették előnyben .
A félvezető eszközök fejlődésével a rezgésátalakítókat szinte teljesen felváltották a tranzisztoros feszültségátalakítók, amelyek sokkal gazdaságosabbak, tartósabbak és szinte hangtalanabbak.
A rezgésátalakítók másik alkalmazási területe a mérőműszerek. Alkalmazásukkal automata kompenzációs rendszerek, rögzítők (például KSP-4), pH-mérők , egyenáram milli- és mikrovoltméterek épültek. Később elkezdték használni a dinamikus kondenzátoros átalakítókat. Mára már ezekről az alkalmazási területekről is szinte teljesen felváltották a rezgésátalakítókat félvezető eszközök - ultraprecíziós műveleti erősítők (példák - K140UD24, K140UD13), amelyek ugyanazon az elven működnek (modulátor - AC feszültségerősítő - demodulátor), de felhasználásával. érintésmentes érintkezők gombként, nem pedig mechanikus érintkezőkként bekapcsolja a MOSFET -eket .
| Elektromos áram egyenirányítók | ||
|---|---|---|
| mozgó részekkel | ||
| Folyékony |
| |
| gázkisülés |
| |
| Elektrovákuum | ||
| Félvezető | ||