Глава 3. Усилители и стабилизаторы

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ

Выходные сигналы первичных преобразователей и сигналы рассогласования регуляторов в большинстве случаев обладают небольшой мощностью и не могут быть непосредственно измерены или привести в действие исполнительный механизм. Поэтому сигнал усиливают до значения, которое позволяет либо ее измерить (в системах контроля), либо приводить в действие исполнительный механизм (в системах регулирования).

Рис. 12. Классификация усилителей

Усиление сигнала осуществляется устройством, называемым усилителем, путем изменения потока вспомогательной энергии, поступающей от источника к измерительному прибору или исполнительному механизму в соответствии со знаком и амплитудой сигнала. В некоторых случаях одновременно с усилением сигнала происходит его качественное преобразование. В связи с этим усилители можно разделить на четыре группы (рис. 12): с механическим перемещением на входе и выходе; с электрическим сигналом на входе и выходе; с механическим перемещением на входе и пневматическим или гидравлическим сигналом в виде изменения давления на выходе; с механическим перемещением на входе и электрическим сигналом на выходе.

Элементы, усиливающие механические перемещения, выполняют в виде рычажных устройств, механических регуляторов или механических и гидравлических муфт. Они имеют относительно небольшой коэффициент усиления.

Усилители электрических сигналов выполняют в виде электромеханических (реле), электромашинных, магнитных и электронных устройств.

Усилители, имеющие механическое перемещение на входе и пневматический или гидравлический сигнал в виде изменения давления на выходе, представляют собой вентиль, золотник или устройство типа сопло-заслонка (дроссельная заслонка).

Усилители, имеющие механическое перемещение на входе и электрический сигнал на выходе, представляют собой переменный резистор, автотрансформатор или замыкающиеся и размыкающиеся контакты реле.

В зависимости от вида применяемой вспомогательной энергии различают пневматические, гидравлические, электрические (электромеханические, магнитные), диэлектрические, электронные (полупроводниковые и тиристорные) и комбинированные усилители. В системах автоматики наибольшее распространение получили электрические усилители.

К основным характеристикам усилителей относятся выходная мощность, коэффициент усиления и форма статической характеристики. Выходная мощность усилителя определяется потребной мощностью исполнительного механизма и изменяется в весьма широких пределах (от долей ватт до десятков киловатт).

Коэффициент усиления является одной из основных характеристик усилителя. В электрических усилителях различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности. Коэффициентом усиления по напряжению K_н называют отношение напряжения выходного сигнала U_вых к входному U_вх, т. е. K_н = U_вых/U_вх. Коэффициент усиления ПО току K_т определяет отношение тока выходного сигнала I_вых к входному току I_вх усилителя, т. е. K_т = I_вых/I_вх. Коэффициент усиления по мощности К_м характеризует отношение выходной мощности Р_вых к мощности на входе Р_вх, т. е. К_м = Р_вых/Р_вх.

Статическая характеристика усилителя отражает зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме и может быть линейной и нелинейной. Наиболее предпочтительна линейная характеристика.