Реверсивный (двухтактный) магнитный усилитель без обратной связи.

При управлении следящим приводом необходимо, чтобы усилитель имел такую характеристику, при которой в случае отсутствия управляющего сигнала (I_у = 0) ток на выходе был равен нулю (I_н = 0), а при изменении полярности управляющего сигнала на входе фаза тока на выходе усилителя изменялась на 180°.

Рассмотренные ранее схемы не отвечают этим требованиям, так как у них при I_У = 0 по нагрузке проходит ток холостого хода, а ток в нагрузке остается неизменным по направлению, изменяясь лишь по величине. Поэтому рассмотренные ранее усилители называются нереверсивными.

В автоматических системах применяются три основные схемы реверсивных усилителей:

• дифференциальная;

• мостовая;

• трансформаторная.

Реверсивные усилители могут быть с выходом переменного или постоянного тока с обратными связями или без них.

Дифференциальная схема реверсивного усилителя без обратной связи

Как видно из рисунка 7 рабочие обмотки двух одинаковых нереверсивных усилителей МУ₁ и МУ₂ при помощи дифференциального трансформатора Т_v образуют дифференциальную схему питания нагрузки Z_н. Нагрузка усилителя включена между средней точкой вторичных обмоток трансформатора и средней точкой рабочих обмоток двух нереверсивных МУ. Токи смещения I’_см и I”_см, которые протекают по обмоткам смещения _см создают в нереверсивных МУ начальное смещение (подмагничивание). Обмотки смещения _cм и управления намотаны так, что при подаче напряжения управления U_у напряженности смещения Н_см и управления H_у складываются в одном усилителе и вычитаются в другом. При отсутствии напряжения управления (U_у=0) сердечники обоих нереверсивных магнитных усилителей будут одинаково намагничены за счет токов смещения. В этом случае ток в нагрузке I_н = I₁ - I₂ = 0, так как выходные токи усилителей I₁ и I₂ равны и направлены навстречу друг другу.

Регулировочный резистор R_рег в цепи смещения служит для балансировки (установки нуля) усилителя при отсутствии сигнала на его выходе. Дело в том, что изготовить два нереверсивных усилителя с совершенно одинаковыми характеристиками затруднительно, поэтому при отсутствии управляющего сигнала (I_у = 0) через нагрузку проходит ток небаланса (I_н  0).

Рисунок 7

При наличии напряжения управления U_у 0 токи I₁ и I₂ имеют разные значения: при одной полярности сигнала I_у возрастает I₁ (так как в этой паре сердечников уменьшается индуктивность) и уменьшается I₂ (в этой паре сердечников индуктивность увеличивается). При другой полярности плечи усилителя меняются ролями. В нагрузке Z_н появляется разность двух токов

I_н = I₁ - I₂ фаза которого изменяется на 180° при изменении полярности сигнала.

Сопротивления R’₁ и R”₁ предназначены для уменьшения инерционности усилителя, т.к. короткозамкнутый контур создаваемый обмоткой смещения способствует увеличению инерционности усилителя.

Трансформаторная схема реверсивного усилителя

Как видно из рисунка 8 трансформаторная схема состоит из двух нереверсивных трансформаторных усилителей.

Рисунок 8

Цепи смещения управления выполнены так же, как и в дифференциальном магнитном усилителе. Две пары первичных рабочих обмоток _P1, соединенных последовательно, подключаются к источнику питания. К зажимам встречновключенных вторичных обмоток _P2 подключена нагрузка Z_н. Поэтому напряжение источника питания равно сумме U₁’ + U₁”, а напряжение на нагрузке равно разности напряжений на вторичных обмотках, т.е. U_Н= K_T(U₁’-U₁), где K_T = _P2/_P1 - коэффициент трансформации.

При отсутствии управляющего сигнала на входе усилителя индуктивные сопротивления всех первичных обмоток _P1, одинаковы и, следовательно, напряжение источника питания U _~ равномерно распределяется между этими обмотками, U₁’=U₁”=U/2, поэтому напряжение на выходе усилителя (на нагрузке) равно нулю. При подаче сигнала увеличивается подмагничивающее поле в одной паре сердечника и уменьшается в другой, так как поле созданное обмоткой _У в одной паре сердечников, совпадает с полем обмотки смещения, а в другой паре направлено навстречу. В соответствии с этим индуктивность одной пары рабочих обмоток _P одного нереверсивного усилителя падает, а другой пары повышается. Падение напряжения U₁’ на одной паре обмоток ₁ уменьшается, а на другой - увеличивается. В результате напряжение питания перераспределяется между первичными обмотками и в нагрузке появляется напряжение. При изменении полярности управляющего сигнала фаза входного напряжения изменяется на 180°.

Мостовая схема реверсивного усилителя.

Существенным недостатком дифференциального и трансформаторного усилителя является наличие трансформатора. От этого недостатка свободен магнитный усилитель, собранный по мостовой схеме (рисунк 9). Обмотки смещения и управления выполняются также, как в дифференциальной схеме.

Указанная схема состоит из четырех сердечников обмотки _P, которые соединяются по мостовой схеме. К двум противоположным вершинам моста подводится напряжение источника питания U_~ , а к двум другим подключается нагрузка Z_н. При отсутствии входного сигнала индуктивные сопротивления всех рабочих обмоток _P одинаковы и мост уравновешен, т.е. ток в цепи нагрузки равен нулю.

Рисунок 9

При подаче управляющего сигнала подмагничивающее поле, созданное этим сигналом в обмотке _у одной пары сердечников, складывается с полем смещения обмотки смещения _cм, а в другой паре сердечников, вычитается из него. Таким образом, индуктивное сопротивление одной пары рабочих обмоток, включенных в противоположные плечи моста, возрастает, а другой падает, в результате чего через нагрузку Z_н включенную в диагональ моста, протекает ток. Изменение полярности сигнала вызывает изменение фазы тока нагрузки на 180°.

Сравнивая три основных схемы реверсивных усилителей можно отметить, что наиболее простой является мостовая схема, которая не имеет трансформатора, как дифференциальная, и обладает меньшими потерями в обмотках по сравнению с трансформаторной схемой. Объясняется это тем, что в трансформаторной схеме переменный ток протекает по всем первичным и вторичным обмоткам усилителя, в то время как в мостовой схеме переменный ток проходит главным образом по обмоткам лишь одной пары сердечников. Однако мостовую схему следует применять только в случае, если максимальное напряжение на нагрузке не превышает 65 - 75% напряжения источника питания.