книги из ГПНТБ / Полонников Д.Е. Электронные усилители автоматических компенсаторов

задачей, особенно если ставится цель определить оптималь­ ные значения его параметров. Под оптимальным значением параметра будем понимать такое значение, при котором имеет место максимальный запас устойчивости по коэффициенту усиления.

Задача решается значительно проще экспериментальным путем. Для исследования устойчивости целесообразно произ­ вести эквивалентную замену источников питания и усилить экранировку, чтобы уменьшить уровень помех. Кроме того, полезно воспользоваться вспомогательным усилителем посто­ янного тока, включив его в рассечку между усилителем на­ пряжения и усилителем мощности. Вспомогательный усили­ тель должен иметь полосу пропускания много больше полосы пропускания исследуемого усилителя. Кроме того, вспомога­ тельный усилитель должен иметь ббльшую область линей­ ности и регулировку коэффициента усиления в широких пределах.

Эксперимент может производиться следующим образом: устанавливается одно из значений интересующего нас г-го параметра (Я,) и путем регулировки коэффициента усиления вспомогательного усилителя система подводится к границе устойчивости, т. е. к точке возникновения генерации. Затем вспомогательный усилитель выключается и производится изме­ рение коэффициента усиления обоих усилителей. Произведение полученных коэффициентов усиления определяет величину кри­ тического коэффициента усиления усилителя (Ккр) при данном значении параметра (Я,). Так получается одна точка границы области устойчивости. Определяя для разных значений параметра зависимость Ккр (Я,-), тем самым находим желаемый участок области устойчивости. Реальные параметры схемы (сопротив­ ления, емкости и коэффициенты усиления) имеют только

§ 9J ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ 8 9

последовательных приближений. Вначале следует найти оп­ тимальное значение первого параметра при произвольных значениях остальных, затем первый параметр устанавливается на оптимальном значении и ищется оптимум по второму па­ раметру и так далее для всех интересующих параметров. Операция повторяется вновь сначала для первого параметра, но при оптимальных значениях остальных, полученных в пер­ вом цикле подбора. После нескольких циклов, в случае если процесс сходится, значения стремятся к определенным пре­ делам, которые и являются в действительности оптимальными значениями. В тех случаях, когда зависимость Д"кр (Я;) изме­

ГЛАВА IV

ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

§ 10. Требования, предъявляемые к входным устройствам

Под входным устройством усилителя понимается цепь, начинающаяся от входного зажима и кончающаяся первым каскадом усилителя. Входное устройство в значительной мере определяет ряд важных характеристик усилителя: входное сопротивление, уровень помех, динамические и избирательные свойства. Правильный выбор схемы входной цепи и ее па­ раметров является поэтому одной из основных задач при проектировании усилителя.

Назначение входного устройства и требования, предъяв­ ляемые к нему, зависят от типа усилителя и измерительной схемы.

Остановимся на основных требованиях, которым должно удовлетворять входное устройство в случае сигнала перемен­ ного тока.

1. Входное устройство должно иметь возможно больший коэффициент передачи для полезного сигнала, что позволяет уменьшить коэффициент усиления последующей части уси­ лителя, а иногда сократить число усилительных каскадов. Следует, однако, иметь в виду, что увеличение коэффициента передачи целесообразно только в том случае,_если при этом удается обеспечить требуемую величину входного сопротив­ ления и допустимое отношение сигнала к помехам. Часто по­ этому приходится выбирать компромиссное решение.

2. Величина входного сопротивления в большинстве слу­ чаев должна быть примерно на порядок выше выходного сопротивления измерительной схемы (см. § 7). Однако в не­ которых случаях, как будет показано ниже, целесообразно

§ П | ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ СХЕМЫ 91

выбирать входное сопротивление, близкое но величине к вы­ ходному сопротивлению измерительной схемы.

3. Величина помех, вносимых входным устройством, должна быть возможно ниже, поскольку уровень помех практически определяет порог чувствительности усилителя и его по­ грешность как нуль-органа. Следует иметь в виду, что до­ пустимый уровень помехи на входе зависит от ее характера. Если частота напряжения помехи совпадает с частотой по­ лезного сигнала (50 гц), ее уровень не должен превышать зоны нечувствительности. Помехи других частот и флюктуа-

4. На выходе измерительной схемы, кроме полезного

увеличивало отношение полезного сигнала к помехе.

5. Входное устройство должно обладать такими дина­ мическими 'свойствами, чтобы не увеличивать инерционности усилителя за допустимые пределы. (В случае быстродейст­ вующих автокомпенсаторов постоянная времени не должна превышать 3 -т- 4 периодов несущей частоты.)

6. В тех случаях, когда по каким-либо причинам недо­ пустимо заземление входа усилителя при заземленной изме­ рительной схеме (или наоборот), входное устройство должно обеспечивать разделение входных цепей.

Естественно, что приведенные здесь требования к вход­ ным устройствам могут пополняться и частично изменяться в зависимости от конкретных технических условий на конст­ руирование усилителя.

§ 11. Общие соображения по выбору схемы входного устройства

В настоящее время в усилителях переменного тока широко применяются два типа схем: с входным трансформатором и бестрансформаторные. Каждая из них может иметь ряд

9 2 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [ГЛ. IV

модификаций в зависимости от конкретных требований, предъ­ являемых к входной цепи.

На рис. 32 приведены бестрансформаторные схемы. Наибо­ лее просты первые две, представляющие обычные усилитель­ ные каскады: а — с автоматическим смешением, б — с фикси­ рованным. Применение схем а и б наиболее целесообразно

Рис. 32. Бестрансформаторные входные цепи усилителей переменного тока.

в тех случаях, когда не требуется разделения входных це­ пей, обеспечения избирательных свойств, высокой чувстви­ тельности или очень высокого Z BX.

Большее распространение получила схема с автомати­ ческим смещением, однако следует иметь в виду, что, когда нежелательно применение электролитических конденсаторов,

схема б обладает несколько меньшим уровнем помех из цепи макала по сравнению со схемой а.

показано ниже, при правильно выбранных параметрах всего усилителя такая связь может оказать даже стабилизирующее воздействие.

Элементы схем а и б выбираются из ’следующих сооб­ ражений: R\ -— определяет величину входного сопротивления, которое в бестрансформаторной схеме всегда желательно иметь много больше выходного сопротивления измерительной схемы.

ношение сигнала к помехе практически не зависит от величины

Величина Cj выбирается из условий пропускания частоты по­ лезного сигнала. При частоте 50 гц вполне достаточна постоянная времени 0,02 -г- 0,04 сек. Постоянная времени С2/?2 в схеме б определяется допустимым уровнем пульсаций на сетке первого каскада и соображениями устойчивости всего усилителя. Величина смещения на сетке должна вы­ бираться из условий обеспечения максимального коэффициента

рактеристики и широкой полосы пропускания в усилителях

саторов, так как лучшие результаты дает применение разде­ лительного трансформатора (см. § 12).

Сравнительно редко в усилителях переменного тока не­ обходимо очень высокое входное сопротивление (выше 107 ом).

контакт вибропреобразователя), фильтра (R^Ci) н модулятора (Rz — правый контакт вибропреобразователя), что придает ей фазочувствптельные свойства. Схема пропускает только актив­ ную (относительно фазы переключения контактов) составля­ ющую входного сигнала. Рассмотрению схем, обеспечиваю­ щих избирательные свойства, посвящен § 14. Применение

Рис. 33. Входные цепи усилителей переменного тока с исполь­ зованием трансформатора.

схемы е целесообразно при большом уровне паразитного ре­ активного напряжения на входе, например при работе с не­ которыми типами индуктивных датчиков.

Как видно из рассмотрения приведенных схем, бестрансформаторные входные цепи усилителей переменного тока весьма просты и мало отличаются от соответствующих цепей усили­ телей низкой частоты других типов. Наиболее важно при вы­ боре входного устройства обеспечить избирательные свойства и достаточно низкий уровень помех. Этим вопросам посвя­ щены § 12, 14.

На рис. 33 приведены две схемы входного устройства

тельно выбора усилительного каскада и его элементов оста­ ются в силе соображения, приведенные выше. Применение входного трансформатора позволяет полностью разделить

9 6 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [ГЛ. IV

[ входных цепей, либо источников помех. Величина помехи 1пропорциональна не только напряженности электрического 'l поля, но и величине полного сопротивления входных цепей относительно земли. Интересно, что отношение сигнала к по- |мехе не зависит от входного сопротивления усилителя. Источник помехи имеет чрезвычайно большое внутреннее сопротивление, определяемое паразитной емкостью монтажа,

поэтому его можно пред­ ставить в виде эквивалент­ ного генератора тока / п (рис. 34).

Если входные цепи образуют петлю, которую пронизы­ вает переменное магнитное поле, в ней наводится э. д. с., пропорциональная напряженности нормальной составляющей магнитного поля и площади петли (рис. 35).

§ 1 2 ] ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ II МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ 9 7