Värähtelymuunnin on sähkömekaaninen laite, joka on suunniteltu muuttamaan pienjännitetasajännite vaihtojännitteeksi koskettimia vaihtamalla .
Ne on jaettu teho - ja mittausmuuntimiin .
Tehovärähtelyanturit on suunniteltu muuntamaan matalajännite esimerkiksi akuista vaihtojännitteeksi, joka sitten syötetään muuntajaan , jonka toisiokäämiin on kytketty tasasuuntaaja . Aiemmin käytetty korkean tasajännitteen (100-400 V ) saamiseksi elektronisten laitteiden tyhjiöputkien anodipiireihin . Tällä hetkellä ne on korvattu kokonaan puolijohdemuuntimilla .
Mittausvärähtelyantureita käytetään mittausantureista, esimerkiksi lämpöpareista, saatujen pienten ja erittäin pienten tasajännitteiden muuntamiseen vaihtojännitteeksi , jota kätevästi vahvistaa vaihtojännitevahvistin. Vaihtojännitevahvistimen lähdössä kytketään päälle joko vaiheherkkä ilmaisin tai synkroninen ilmaisin, joka muuntaa vaihtojännitteen tasavirraksi. Tällainen rakenne muodostaa tarkkuustasavirtavahvistimen , jonka lämpötilapoikkeaman määrää vain värähtelyanturin ryömintä ja joka voidaan pienentää mikrovoltin murto-osaan.
Tällaisia laitteita ovat sähkömekaaninen itsevärähtelevä järjestelmä , johon kuuluu sähkömagneetti , jossa on liikkuva sydän (ankkuri) ja useita koskettimia, joita ohjataan sydämen sijainnin mukaan. Sähkömagneetin käämiin johdetaan tasavirta pienjännitelähteestä. Sähkömagneetin ferromagneettinen ankkuri vetää puoleensa sähkömagneetin ferromagneettista sydäntä ja avaa koskettimet, joiden kautta tähän käämiin syötetään matala jännite. Ankkurin jousi palauttaa ankkurin alkuperäiseen asentoonsa. Siten ankkuri värähtelee useiden kymmenien hertsien taajuudella . Muut ankkuriin kytketyt koskettimet kytkevät ajoittain pienjännitelähteen vuorotellen porrasmuuntajan ensiökäämin puoleen tai toiseen . Tämän seurauksena ensiökäämin läpi kulkee vaihtovirta . Muuntajan toisiokäämistä poistetaan korkea vaihtojännite. Tämän vaihtojännitteen muuttamiseksi korkeaksi tasajännitteeksi kytketään tasasuuntaaja toisiokäämiin .
Vakiojännitteen saamiseksi lähdössä toinen ryhmä koskettimia ( mekaaninen tasasuuntaaja ), joka on kytketty sähkömagneetin ankkuriin, kytkee synkronisesti muuntajan toisiokäämin niin, että kuorman virran suunta pysyy vakiona (synkroninen muunnin) , tai vaihtovirta syötetään toisiokäämistä ulkoiseen dioditasasuuntaajaan ( asynkroniseen muuntimeen).
Mittausmuuntimissa sähkömagneettikäämi saa yleensä tehonsa alennetulla verkkotaajuudella. Liikkuvan ankkurin luonnollisten mekaanisten värähtelyjen taajuus on viritetty mekaaniseen resonanssiin verkkotaajuuden kanssa (yleensä 50 Hz).
Varhaisissa itsestään piippaavissa eroissa ( tallentimet ), jotka ovat nyt vanhentuneita, käytettiin seuraavaa järjestelmää. Värähtelyanturin ankkuriin on kytketty liikkuva kosketin, joka vuorotellen sulkeutuu kahdella sivuttaisella kiinteällä koskettimella. Yhdelle sivukoskettimelle syötetään tulosignaali ja toiseen palautesignaali, joka on otettu reokordista ( potentiometristä ), jonka liukusäädin (liukukosketin) on kytketty mekaanisesti tallentimen kynään. Jos sivukoskettimissa on erilaisia vakiojännitteitä, niin keskuskoskettimeen syntyy aaltoilua, jonka amplitudi on verrannollinen tulojännitteiden eroon ja vaihe heijastaa tämän eron merkkiä. Jos mitattu jännite on suurempi kuin takaisinkytkentäjännite, värähtelyanturin keski- (vaihto)koskettimeen ilmestyy värähtelyjä yhdessä vaiheessa sähkömagneettia syöttävän jännitteen kanssa. Nämä aaltoilut vahvistetaan 90 asteen vaihesiirrolla AC-jännitevahvistimella. Vahvistettu vaihtojännite syötetään kaksivaiheisen asynkronisen sähkömoottorin toiseen käämiin , toiseen syötetään aina vakio vaihtojännite yhdessä vaiheessa syöttövärähtelyanturin kanssa. Sähkömoottori on suunniteltu siten, että näiden kahden käämin magneettikentät ovat keskenään kohtisuorassa. Kun vahvistimeen liitettyyn käämiin ilmestyy jännite, moottorin roottori alkaa pyöriä ja siirtää kaapeli- ja hihnapyöräjärjestelmän avulla potentiometrin liukukosketinta ja tallentimen siihen liittyvää kynää, kunnes vakiojännite poistuu. potentiometrin moottorista tulee sama kuin mitattu. Jos mitattu jännite tulee pienemmäksi kuin takaisinkytkentäjännite, niin moottori pyörii vastakkaiseen suuntaan, koska sen käämien jännitevaiheet eivät siirry 90 astetta, vaan −90. Siten tämä servo-sähkömekaaninen järjestelmä kompensoi tulosignaalin ja takaisinkytkentäsignaalin välisen virhesignaalin. Tämän periaatteen mukaan toimii esimerkiksi KSP-4-tallennin.
Tällaiset piiriratkaisut mahdollistavat DC-vahvistimien rakentamisen käytännössä ilman nollaryömitystä.
Tärinäantureita käytettiin laajalti 1950-luvun alkuun asti. kannettavien ja sisäisten lamppulaitteiden - kannettavien ja autoradioiden , radioasemien jne. virransyöttö akuista ja galvaanisista kennoista. Sitten monissa tapauksissa se osoittautui yksinkertaisemmaksi, kompaktimmaksi ja kustannustehokkaammaksi kuin korkeajännitteisellä anodiakulla toimiva . Valmistettiin värähtelyantureita, joiden lähtöjännite oli enintään 400 V ja kuormavirta jopa 90 mA . Tehokkuus oli 40-80 %.
Tehovärähtelyanturien haittoja ovat niiden tuottaman sähköisen impulssikohinan korkea taso, akustinen kohina, kosketinten alhainen luotettavuus ja jälkimmäisten pomppiminen. Värähtelyanturi vaati huolellista suojausta, tehokasta lähtöjännitteen suodatusta, laitteen mekaanisen osan - tärinän ja koskettimien - tiivistämistä. Värähtelyanturin resurssit eivät yleensä ylittäneet 1000 tuntia jatkuvaa käyttöä koskettimien kulumisen vuoksi. Siksi tärinäantureita ei käytännössä käytetty kriittisten elektronisten laitteiden, esimerkiksi armeijan tai ilmailun, virtalähteenä, vaan näissä sovelluksissa suositeltiin sähköisiä koneantureita - umformereita .
Puolijohdelaitteiden kehityksen myötä värähtelymuuntimet korvattiin lähes kokonaan transistorijännitemuuntimilla , jotka ovat paljon taloudellisempia, kestävämpiä ja melkein äänettömiä.
Toinen tärinäantureiden käyttöalue on mittauslaitteet. Niiden avulla rakennettiin automaattisia kompensointijärjestelmiä, tallentimia (esim. KSP-4), pH-mittareita , tasavirran milli- ja mikrovolttimittareita . Myöhemmin alettiin käyttää muuntajia, joissa oli dynaaminen kondensaattori. Nykyään myös näiltä käyttöalueilta värähtelymuuntimet on korvattu lähes kokonaan puolijohdelaitteilla - ultratarkoilla operaatiovahvistimilla (esimerkit - K140UD24, K140UD13), jotka toimivat samalla periaatteella (modulaattori - AC jännitevahvistin - demodulaattori), mutta käyttämällä kosketuksettomat koskettimet avaimina mekaanisten koskettimien sijaan kytkee MOSFETit päälle .
| Sähkövirran tasasuuntaajat | ||
|---|---|---|
| liikkuvilla osilla | ||
| Nestemäinen |
| |
| kaasupurkaus | ||
| Sähkötyhjiö | ||
| Puolijohde | ||