|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Основной ячейкой всех схем быстродействующих магнитных усилителей является односердечниковая схема, изображенная на рис. 22-5. Сердечник изготовляется из материалов с прямоугольной петлей намагничивания - пермаллоя разных марок. Эти материалы характеризуются большой остаточной индукцией, близкой к индукции насыщения. Поэтому сердечник, будучи предварительно насыщен, сохраняет остаточный поток Ф, и после снятия намагничивающего тока. Это свойство сердечника используется в усилителе Рэйми. На сердечнике расположены рабочая обмотка и обмотка управления. Для простоты будем считать, что числа витков обеих обмоток одинаковы: уу„ = в цепь каждой обмотки 1 «5жжИ ¥1 -PI-I Рис 22-5 Схема (а) и внешний вид (б) усилителя Рэйми включены источники переменной ЭДС и вентили Ду и Др. На- правление вентилей и полярность ЭДС выбраны так, что одну половину периода может проводить только вентиль в цепи управления, а другую половину периода - только вентиль рабочей цепи. Кроме того, в цепь управления включен источник управляющей ЭДС Су, причем встречно с е. Также выполняется условие Су е. Направление намотки рабочей й управляющей обмоток выбрано так, что ток рабочей цепи перемагничивает сердечник в одном направлении, а ток управления - в другом. Для подробного рассмотрения работы усилителя обратимся к диаграммам на рис. 22-6. Пусть в начальный момент времени в Сердечнике был остаточный поток Ф, Под действием разности ЭДС (е. - Су) сердечник будет пере-магничиваться от точки 1 до точки 2 по кривой гистерезиса сердечника. Изменение потока за половину периода пропорционально заштрихованной площади на рис. 22-6 между кривыми е. и и равно АФ = (е - ey)d(ut. (22-8) В течение этого управляющего полупериода в цепи управления протекает небольшой намагничивающий ток Таким образом, к началу рабочего полупериода сердечник оказывается полностью намагниченным. С наступлением рабочего полупериода сердечник начинает перемагничиваться в обратном направлении от точки 5 к точке 4. Но так как теперь к рабочей обмотке приложено только напряжение е, то полное перемагничивание до точки 4 заканчивается раньше конца рабочего полупериода. Длительность этого интервала, названного ранее интервалом возбуждения, обозначена а и может быть определена из уравнения ДФ = (22-9) где АФ - изменение потока, определенное по формуле (22-8). За интервалом возбуждения следует интервал насыщения, когда ток в рабочей цепи резко возрастает до значения, ограниченного соцротивлением нагрузки. Чем больше ву, тем меньше АФ и соответствующий еъАу угол а и тем больше среднее значение тока нагрузки. Из всего сказанного следует, что усилитель Рэйми в рабочий полупериод работает так же, как и рассмотренный ранее усилитель с самоподмагничиванием. Особенностью же усилителя Рэйми является то, что сердечник к началу рабочего полупериода полностью намагничивается в течение всего лишь одного управляющего полупериода, почему этот тип усилителя и назван быстродействующим с фиксированным временем запаздывания. Достоинства магнитных усилителей (простота конструкции, отсутствие движущихся частей и потребности в уходе, большой срок службы, ш-сокий коэффициент усиления, возможность простого суммирования сигналов на входе усилителя) обусловили их широкое распространение в автоматике. Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент магнитных усилителей самого разнообразного назначения. Например, серия УМ-Ш однофазных и серия УМ-ЗП трехфазных усилителей мощностью от 70 Вт до 18 кВт предназначены для работы в качестве источников регулируемого постоянного напряжения для питания разнообразных потребителей постоянного тока. Усилители серии ТУМ (от 2 до 40 Вт - см. рис. 22-5, б) используются в качестве усилительных элементов в системах автоматики. Специальные усилители серии ВУМ служат для усиления маломощных сигналов, получаемых от логических схем, до значений, при которых возможно управлять различными исполнительными электромагнитными устройствами.  Рис. 22-6. Диаграммы напряжений, токов и потока сердечника усилителя Рэйми 22-3. ЭЛЕКТРОННЫЕ И ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Принцип действия электронных усилителей основан на усилительных свойствах электронной лампы с управляющей сеткой. Как известно, изменением потенциала сетки относительно катода можно воздействовать на значение анодного тока лампы. При этом напряжение и мощность сигнала, поданного на сетку лампы, значительно меньше напряжения и мощности в нагрузке. включаемой в анодную цепь. В этом и проявляются усилительные свойства лампы. Электронные усилители применяются для усиления сигналов как переменного, так и постоянного тока. Основные достоинства электронных усилителей - их безынерционность и малое потребление мощности от источника сигнала, что особенно важно при работе от маломощных датчиков. Поэтому электронные усилители применяются в автоматике главным образом для предварительного усиления сигналов маломощных датчиков, т. е. для усиления напряжения термопар в регуляторах температуры печей, усиления сигналов датчиков скорости и частоты в соответствующих регуляторах и т.п. Недостатками электронньк усилителей являются ограниченный срок службы ламп, необходимость в источнике накала, значительное время разогрева ламп при включении усилителя, малая механическая прочность, небольшая выходная мощность из-за большого втреннего сопротивления ламп и, следовательно, больших потерь энергии в самих лампах. Последнее обстоятельство ограничивает область применения электронных усилителей устройствами с небольшой (до нескольких десятков, реже - сотен ватт) выходной мощностью. В последние 20-25 лет широкое применение нашли новые усилительные приборы - полупроводниковые (германиевые и кремниевые) триоды, называемые также транзисторами. В этих приборах удачно сочетаются как усилительные свойства электронных ламп, позволяющие усиливать малые сигналы постоянного и переменного тока, так и способность ионных приборов работать с малым внутренним падением напряжения. Кроме того, полупроводниковые приборы по своей конструкции обладают высокой механической прочностью, большим сроком службы, малыми размерами и массой, способностью работать при низких рабочих напряжениях. Недостатками их являются нестабильность параметров и значительный разброс параметров от образца к образцу, а также низкие предельные рабочие напряжения (30-120 В). Конструктивно транзистор состоит из трехслойного кристалла полупроводника (германия или кремния), заключенного в металлический корпус. Каждый слой обладает особым типом проводимости и имеет вывод во внешнюю цепь. Крайние слои называются коллектором и эмиттером и включаются в схемах соответственно аноду и катоду электронной лампы. Средний слой носит название базы и является, как сетка электронной лампы, управляющим электродом. На рис. 22-7, а изображена схема простейшего усилителя на транзисторе. Сопротивление нагрузки R„ вместе с питающей батареей U„ включены в цепь коллектора К, а управляющее напряжение Uy подается на базу Б. Эмиттер Э является общей точкой как для нагрузочной цепи, так и для цепи управления, поэтому такая схема называется схемой с общим эмиттером. В отличие от электронной лампы, которая управляется напряжением, транзистор управляется током базы. На рис. 22-7, б представлено семейство характеристик транзистора. Каждая кривая является зависимостью тока коллектора 1 (т. е. тока в нагрузке) от напряжения С/-э между коллектором и эмиттером (т. е. падения напряжения на транзисторе) при каком-либо одном значении тока базы I5. Как видно из рисунка, ток коллектора определяется током базы и мало зависит от напряжения на транзисторе. В то же время при работе транзистора в схеме напряжение С/-э на нем зависит от тока коллектора, так как является разностью напряжения питания Ua и падения напряжения на сопротивлении нагрузки: С/, э = С/„ - /Л. (22-10) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 [ 89 ] 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 |