Функциональная схема преобразователей средневыпрямленных значений (ПСЗ) состоит из устройства выделения модуля и усредняющего устройства. Устройства усреднения представляют собой фильтры нижних частот. Следует отметить, что роль фильтра часто выполняет измерительный механизм отсчетного устройства.
Преобразователи средневыпрямленных значений разделяются на активные и пассивные; однополупериодные и двухполупериодные.
На рис. 2.9 представлены схемы и временные диаграммы работы пассивных ПСЗ.
Схема однополупериодного ПСЗ, изображенного на рис. 2,9,а, находит применение в основном в выпрямительных приборах, реже в электронных. Частным случаем является вариант схемы при R2 = ∞. В этой схеме на выход проходит только одна (прямая) полуволна (рис. 2.9,д) входного напряжения (рис. 2.9,г), а обратная пропускается через диод VD1 и резистор R1. Цепь из диода VD2 и резистора R2 (R1 = R2) в этой схеме используется для выравнивания сопротивления выпрямительной схемы в обе половины периода, а также защищает от пробоя диод VD1.
а) б) в)
Рис. 2.9
Возможны два режима работы ПСЗ: в режиме заданного напряжения (R0 = 0) и заданного тока. Для однополупериодного ПСЗ в режиме заданного напряжения выходное напряжение
, (2.23)
где 
(RПР1 и RОБР1 – прямые и обратные сопротивления диода).
В режиме заданного тока выходное напряжение
, (2.24)
где 
.
Двухполупериодный ПСЗ, представленный на рис. 2.9,б применяется в выпрямительных приборах и является основной схемой для электронных приборов, в которых усиление предшествует выпрямлению.
Схема двухполупериодного ПСЗ, показанная на рис. 2.9,в, применяется ограниченно в структурах электронных приборов.
В двухполупериодных ПСЗ на выход проходят обе половины периода входного напряжения (рис. 2.9,е), и, следовательно чувствительность этих схем выше, чем у однополупериодных.
Выпрямительные свойства диодов в ПЗС характеризуются коэффициентом выпрямления
, (2.25)
где IПР и IОБР - прямой и обратный ток диода; RПР и RОБР - прямое и обратное сопротивление диода.
Значение КВ зависит от приложенного к диоду напряжения, частоты, протекающего тока и температуры. Коэффициент выпрямления в мостовых схемах (рис. 2.9,б) ниже, чем в схеме однополупериодного ПСЗ. Поэтому для измерения малых напряжений применяют однополупериодную схему выпрямления.
Для двухполупериодного ПСЗ (рис. 2.9,б) выходное напряжение в режиме заданного напряжения
, (2.26)
где 
.
Погрешность ПСЗ определяется нелинейностью, нестабильностью и зависимостью от температуры прямых и обратных сопротивлений диодов.
Из 2.23 и 2.24 следует, что с точки зрения влияния диодов на погрешность ПСЗ в режиме заданного напряжения однополупериодные и двухполупериодные схемы равноценны.
В режиме заданного тока погрешность из-за нелинейности меньше аналогичной погрешности в режиме заданного напряжения.
При работе ПСЗ на повышенных частотах проявляется погрешность, обусловленная шунтирующим действием паразитных емкости диода. Для уменьшения этой погрешности используются включение компенсирующих реактивных сопротивлений и различные схемные решения.
С помощью пассивных ПСЗ можно обеспечить погрешность нелинейности на уровне 0,5 ÷ 2% при пороговом значении входного напряжения порядка 0,1 В.
Сочетание выпрямительных элементов с усилительными элементами и схемами позволяет существенно улучшить характеристики ПСЗ.
На рис. 2.10 показаны простые схемы однополупериодного (рис. 2.10,а) и двухполупериодного (рис. 2.10,б) активного ПАЗ.
Схема (рис. 2.10,а) представляет собой инвертируемый усилитель с диодами в цепи обратной связи. При положительной полярности входного напряжения открыт диод VD1 и на выход ПСЗ через резистор R2 подается напряжение с инвертирующего входа. В этом случае можно считать, что напряжение на инвертирующем входе и выходное напряжение равны нулю. При отрицательной полярности входного напряжения открывается диод VD2 и выходное напряжение становится равным UВЫХ = -UВХ R2/R1.
а) б)
Рис. 2.10
На рис. 2.10,б показана схема двухполупериодного ПСЗ с заземленной нагрузкой. При UВХ < 0 выходное напряжение будет равно
UВЫХ = - UВХ R3 /R1. (2.27)
Выходное сопротивление RВЫХ ≈ 0. Если же UВХ > 0, то
UВЫХ = UВХ R2 /(R1 +R2), (2.28)
а RВЫХ = R3 + R1·R2/(R1 +R2).
Использование второго ОУ позволяет получить близкое к нулю выходное сопротивление при любой полярности входного сигнала. Примером подобной схемы является схема представленная на рис. 2.11.
Погрешности активных ПСЗ вызываются неидеальностью ОУ и диодов.
Возможно создание ПСЗ с погрешностью 0,005 – 0,1%, значением нелинейности 0,1% и пороговым напряжением порядка 1 мВ.
Рис. 2.11
Вольтметры с ПСЗ реагируют на среднее значение напряжения, но чаще всего они градуируются в действующих значениях напряжения при синусоидальной форме кривой. Такая градуировка равносильна умножению показаний прибора на коэффициент формы синусоиды (
. При изменении формы кривой показания отсчетного устройства остаются равными среднему значению приложенного напряжения, но соотношения между средним и действующим напряжениями (коэффициент формы) изменяется и становится равным КФ0. Градуировка, выполненная при КФ0= 1,11, новому коэффициенту формы 
не соответствует, что приводит к появлению погрешности
. (2.29)
При напряжениях заостренной формы (
) погрешность от формы кривой отрицательна, при напряжениях уплощенной формы
– положительна.