книги из ГПНТБ / Полонников Д.Е. Электронные усилители автоматических компенсаторов
.pdf3 8 |
КРАТКИЙ ОЁЗОР |
СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ |
[Г Л. It |
создающих |
сдвига нуля и, |
следовательно, не |
вносящих до |
полнительной погрешности. Поэтому допустим сравнительно высокий уровень паразитного переменного напряжения, кото рый ограничивается только областью линейности усилителя.
Входное сопротивление усилителя невелико. В зависи мости от параметров входного трансформатора его величина
колеблется |
от |
нескольких |
сот |
ом до |
нескольких десятков |
||
килоом |
(§ |
16). |
|
|
|
|
|
Почти |
все |
соображения |
о |
достоинствах |
и недостатках |
||
схемы |
рис. |
5 |
относятся в равной мере |
и к |
рассматриваемой |
Тр
6 6
Рис. 12. Блок-схема усилителя постоянного тока.
схеме. К недостаткам схемы следует отнести отсутствие из бирательных свойств в усилителе напряжения, применение
однополупериодного |
выпрямителя и |
его ненадежность, дли |
тельный переходный |
процесс после перегрузок, неполное |
|
разделение входных |
цепей, высокий |
уровень внутренних по |
мех, применение в выходном каскаде двух колб. Однако
схема |
усилителя весьма |
проста |
и обеспечивает |
сравнитель |
|||||
но |
высокую |
|
чувствительность |
(напряжение трогаиия по |
|||||
рядка 3 -г- 5 мкв), что |
послужило |
основной причиной ши |
|||||||
рокого |
распространения данной схемы в отечественных и ино |
||||||||
странных приборах. |
|
|
|
|
|
||||
|
В большинстве случаев усилитель постоянного тока (рис. 12) |
||||||||
выполняется |
конструктивно |
так, что путем простого переклю |
|||||||
чения |
входа |
и удаления вибропреобразователя можно перейти |
|||||||
к усилителю |
переменного |
тока (рис. 5). |
|
||||||
|
На рис. 13 приведена |
|
схема |
малогабаритного |
усилителя, |
||||
разработанного |
в Академии |
наук |
СССР (см. [10]). На вхо |
||||||
де |
усилителя |
применен |
контактный |
вибропреобразователь, |
Ч
^сеть
|
|
Рис. 13. Схема малогабаритного усилителя постоянного тока. |
|
|
||||||||||||||||||
Ri —3 ком, Ro = 3,9 Мом, |
R3 —1,8 Мом, |
Ro = |
1,8 Мом, |
R$ |
= 820 ком, |
R0 |
— 430 ком. |
|||||||||||||||
R7 |
= 560 ком, |
A’s =51 |
ком, |
Ru |
= |
2 Мом, |
Rio = 2,2 |
Мом, |
/?и |
= 1,8 Мом, |
|
= |
1 Мом, |
|||||||||
Rio |
— 2 |
Мом, |
Rio |
= 2 |
Мом, |
Rio |
=51 |
ом, |
Rm = |
62 ом, |
R n = |
560 ом; |
Сt = |
2200 пф. |
||||||||
Со |
—0.5 |
мкф, |
Са |
= |
3300 |
пф, |
Со = |
150 |
пф. |
Со = |
100пф. |
Со |
= |
0,5 мкф, |
С7 |
= |
0,5 мкф. |
|||||
Со |
= 3300 пф. |
Со = |
0.5 |
мкф. |
Сщ = |
0,01 |
мкф; |
|
= 6Н2П, |
Ла —6Н2П, |
Л 3— 6П 1П, |
<//>
сл
ТОКА ПОСТОЯННОГО УСИЛИТЕЛИ
с о
со
4 0 КРАТКИЙ ОБЗОР СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ [РЛ. II
включенный по двухполупериодной схеме с трансформатором.
Малогабаритный вибропреобразователь |
снабжен специальной |
|
экранировкой и коаксиальным разъемом |
для цепи |
возбужде |
ния, что обеспечивает весьма низкий |
уровень |
внутренних |
помех. Во входном трансформаторе применена двойная система электростатической экранировки, которая устраняет помехи при разделении входных цепей. Трансформатор помещен в тройной пермаллоевый экран, ослабляющий наводки от внеш них магнитных полей примерно в 30 тысяч раз. Внешнее 50-периодное магнитное поле напряженностью 5 эрстед вы зывает наводку, приведенную ко входу, менее 1 мкв.
Благодаря высокой добротности резонансного контура, образованного конденсатором Ct и обмоткой трансформатора, входное устройство обладает высокими избирательными свой ствами. Схема допускает, чтобы паразитное переменное на пряжение на входе усилителя превышало порог чувствитель ности в 100 раз.
Усилитель напряжения трехкаскадный, на лампах типа 6Н2П. Благодаря применению фиксированного смещения на управляющие сетки и входному трансформатору с высоким коэффициентом трансформации, чувствительность усилителя увеличена по сравнению со схемой рис. 12 в несколько раз (порог чувствительности около 1 мкв).
Для уменьшения помех питание цепи накала производится от двухполупериодного выпрямителя (Di). Первая гармоника суммарной помехи усилителя, приведенной ко входу, не пре
вышает 1 мкв при входном сопротивлении |
15 ком. |
||
Выходной |
каскад усилителя |
аналогичен |
схеме усилите |
ля рис. 7. |
|
|
|
В цепях |
управляющих сеток |
У72, У73 включены большие |
сопротивления для ограничения сеточных токов и сокращения переходного процесса после перегрузок входным сигналом.
Выбранные параметры развязывающих фильтров обеспечи вают устойчивость усилителя, несмотря на малую величину суммарной емкости (2 мкф) всех конденсаторов. Для обес печения устойчивости на низкой частоте существенную роль играет значительное снижение емкости конденсаторов связи С3, С8, СюОтрицательная обратная связь через С4, С5 по вышает устойчивость усилителя в области высоких частот.
Усилитель имеет габариты 125 X 120 X 92 мм3 и предна значен главным образом для работы в малогабаритных приборах
§ 5 | |
|
|
УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА |
|
41 |
|||||
при |
измерениях, |
требующих |
применения |
усилителя |
постоян |
|||||
ного тока с зоной нечувствительности |
1 ч - 50 мне. Дрейф |
|||||||||
нуля в течение |
длительного времени не превышает |
1 мне, по |
||||||||
этому |
усилитель |
может применяться в приборах со шкалой по |
||||||||
рядка |
1 мв |
(предполагается |
зона |
нечувствительности |
0,2% |
|||||
от |
всей шкалы). При введении стабилизирующей обратной свя |
|||||||||
зи |
усилитель |
может |
быть использован в быстродействующих |
|||||||
приборах с временем |
прохождения |
всей |
шкалы 1 ч - 1,5 |
сек. |
||||||
|
На |
рис. 14 |
приведена схема высокочувствительного |
уси |
лителя постоянного тока, предназначенного для измерений с платиновым термометром сопротивления (см. А. I. Williams
[60]). Усилитель |
состоит из входного |
устройства, в |
которое |
входят фильтр |
R u Ci, R 2 , С2, R 3 , С3, |
контактный |
вибро |
преобразователь и входной трансформатор, а также усилителя напряжения (Л 1г Л%), усилителя мощности (У73) и источника питания (Трь Л ь D).
Усилитель напряжения и часть входного устройства от делены медным экраном, который служит для ослабления влияния высокочастотных и импульсных помех. Все соедине ния экранированной части схемы с остальными узлами произ водятся через проходные конденсаторы, образующие совместно с сопротивлениями (/?*, R 6, /?23, R u ) высокочастотные фильтры. Такая конструкция усилителя оказывается необходимой вследствие высокой чувствительности, близкой к уровню флюктуационных шумов.
Входное устройство усилителя обладает весьма высокими избирательными свойствами по отношению к паразитному входному сигналу как за счет применения фильтра, ослабля ющего переменную составляющую, так и за счет двухполупериодного преобразования. В усилителе применен вибропре образователь, имеющий отдельный вывод цепи возбуждения
через верхнюю часть кожуха, что |
способствует снижению |
||
внутренних помех. |
|
|
|
Четырехкаскадный усилитель напряжения на двух лампах |
|||
12SL7 |
обеспечивает |
коэффициент |
усиления порядка 106. |
В первом и третьем |
каскадах усилителя применено автомати |
||
ческое |
смещение за |
счет катодных |
сопротивлений (R s, /?1В). |
Во втором каскаде смещение создается только сеточными
токами, |
протекающими через |
R 13. Смещение четвертого |
кас |
||
када и |
усилителя |
мощности — фиксированное, |
для чего |
ис |
|
пользуется цепь |
питания |
накала. Усилитель |
напряжения |
УСИЛИТЕЛЕЙ СХЕМ ОБЗОР КРАТКИЙ
R l |
= |
2 |
ком, R« = 2 |
ком, R 3 |
= |
2 кол, |
/?* |
= |
100 ол , |
Лг, |
= |
|
50 ом, |
R a — 100 о.к, |
|||||||||||
R i |
= |
50 ом, |
R s = |
10 |
ком, R ii |
= 1 |
Мом, |
ЛТо = |
250 |
кол. |
Л и |
= |
1 |
1 |
М ол, |
R l3 = |
250 ком, |
||||||||
Rio |
— |
1 |
Мом, R l3 = |
1 |
М ол, Л15 = |
10 |
ком, |
Л ю — 1 М ол, |
Л 17 = |
|
М ол, |
Лю = |
1 |
М ол, |
|||||||||||
Rio |
= |
16 |
М ол, Л»о = |
1 |
М ол, Л21 = |
50 |
ом, |
Л 23 = |
33 |
ом, |
Л 23 = |
= |
1ком, |
Л24 = 100 |
ком. |
||||||||||
Но5 = 1 |
М ол, |
Лзо — 100 |
кол, |
Лз7 = |
1,5 |
кол; Cj — 8 |
мкф, |
с» |
|
8 |
лкдб, |
Сз = 8 мкф, |
|||||||||||||
С3 |
= 5 0 |
лкг/i, |
Сз = 2 5 0 |
мкф. |
Со = |
4 |
лк^>, |
С7 |
= |
4 мкф), |
Сз = |
0,02 мкф , |
Со = 0 ,0 5 |
мкф, |
|||||||||||
Сjo = |
4 мкф, |
С ц = 50 мкф). |
Сis = |
250 мкф). |
Сю = |
0,05 мкф, |
С 14 = |
250 |
мкф, |
Сю = |
0,05 мкф), |
||||||||||||||
С]о = |
4 |
мкф), С п = 4 м к ф , |
C j s = 4 |
мкф, |
|
Сю |
= |
1 |
мкф, |
С20 = |
0,5 |
лкл5; |
JJ, |
— |
12SL7, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
.'/о — 12SL7, |
Л 3 — 6L6, |
Л 4 — 6X5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 5 ] УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 4 3
обладает сравнительно широкой полосой пропускания (поряд ка 1 кгц) и, следовательно, низкими избирательными свойствами. Вследствие этого питание цепи накала оказалось необходимым производить от выпрямителя (D ) с трехзвенным фильтром (Roit Сц , /?2 1, Cia, нить накала Л ъ С5). В цепи сетки четвертого каскада поставлено большое сопротивление для ограничения сеточных токов (/?17).
Выходной каскад собран на лампе 6L6 (Л3) с питанием анодной цепи постоянным током. Питание усилителя произво дится от общего выпрямителя с кенотроном 6X5. Для обес печения устойчивости усилителя и соответствующего сниже ния пульсаций выпрямленного напряжения в анодных цепях применены развязывающие фильтры /?27, С17, R %с, С13, R%i, С10, Ru, Съ R ю, Сс с суммарной емкостью всех конденсаторов 2Амкф.
Усилитель имеет низкий уровень внутренних помех, лишь немного превышающих флюктуационные шумы входной цепи. Благодаря высокому коэффициенту усиления флюктуационные шумы на выходе усилителя имеют значительную величину и вызывают непрерывное хаотическое качание электродвигателя, тем самым резко уменьшая зону нечувствительности прибора, обусловленную трением подвижной системы. При этом кача ния двигателя достаточно малы и не вызывают заметного ко лебания стрелки прибора.
Чувствительность усилителя весьма высока. Дрейф нуля много меньше одного микровольта за восемь часов. Прибор позволяет чувствовать изменение сопротивления термометра на 0,001 ома.
К недостаткам рассмотренной схемы следует отнести отсутствие избирательных свойств в усилителе напряжения, что вызывает необходимость применять излишне большие емкости в развязывающих фильтрах и фильтре питания цепи накала. Кроме того, в сеточной цепи выходного каскада нет сопротивления для ограничения сеточных токов, из-за чего ухудшаются динамические свойства усилителя при пере грузках входным сигналом.
На рис. 15 приведена схема усилителя постоянного тока, отличающаяся двухполупериодным бестрансформаторным вход ным устройством. Паразитное переменное напряжение частоты преобразования поступает через контакты вибропреобразова
теля |
и С2 на сетку входной |
лампы, |
а через R y и Ci на ка |
тод. |
При соответствующем |
выборе |
параметров в анодной |
УСИЛИТЕЛЕЙ СХЕМ ОБЗОР КРАТКИЙ
|
Рис. 15. |
Схема усилителя |
постоянного |
тока |
с |
бестрансформаторным |
входом. |
|
|
||||||||||||||||
i? i’ = 1 5 |
коя, |
|
Да = 3 9 |
|
ом, |
R3 = |
240 |
ком, |
Д4 |
= 1 5 |
1,5 |
ком, |
Д в = 9 1 |
0 |
ком, |
Д 0 = 3 6 0 |
ком, |
|
|||||||
Д 7] = |
9|0 |
ком, |
R 8 = |
220 |
ком, |
Да |
= 1 .6 |
М оя, |
Rio = |
М оя, |
Д п = |
|
680 |
ом, |
R 13 = |
240 |
ом, |
|
|||||||
R iз = |
560 |
ком, Д ю = 9 1 0 |
ком, |
Д 15 = |
6S0 |
ком, |
Дю = |
680 |
ком, |
Д |7 = |
330 |
ком, |
Д ,8 = |
120 |
ком, |
|
|||||||||
Дю = |
330 |
ком, |
Кзо = |
2 |
Мом, |
Rai = |
1.6 |
М оя, |
Дза = |
560 |
ком, |
Даз = |
|
2 Л1ож, |
Rat = |
2 Л1ож, |
^ |
||||||||
Да 5 = |
56 |
ож, |
Дао = 56 |
ож; |
Ci = 0 ,7 |
ж к$, |
Сз = 0 ,0 5 |
мкф, |
Са = 0 ,5 |
мкф,С4 |
= 2 |
4700 |
мкф, |
||||||||||||
С5 = |
2 ж/сдб, |
Со = |
2 |
ж к#, |
С7 = |
0,02 |
жкдб, |
С$ = 0,02 |
жк<£, |
С8 = |
4700 я $ , |
Сю = |
л * . |
ta |
|||||||||||
Си = |
0,01 |
мкф, |
|
С18 = |
2 |
мкф, |
Сю = |
0,02 |
мкф, С ц = 0 ,0 5 |
мкф, |
Сю = |
1 |
мкф, |
Сю = |
3300 |
пф. |
= |
||||||||
|
|
|
|
С17 = |
3300 пф; |
Лг — 6Н9С, Ла — 6Н9С, |
Л, — 6П6, |
ЛА — 6П6. |
|
|
|
§ 5] УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 4 5
цепи первого каскада паразитное напряжение частоты преоб разования не создает первой гармоники, а следовательно, и погрешности. Работа схемы и ее свойства пояснены в § 17.
Благодаря |
отсутствию |
входного трансформатора входное |
|
устройство |
оказывается |
нечувствительным к |
внешним маг |
нитным полям и вместе |
с тем значительно |
дешевле транс |
форматорного устройства. Кроме того, оно обеспечивает сравнительно высокое входное сопротивление (около 500 ком).
Четырехкаскадный усилитель напряжения собран на двух лампах типа 6Н9С. В первом каскаде применено автоматическое смещение без шунтирующего конденсатора, что необходимо для построения двухполупериодной схемы входной цепи. Сме щение во втором каскаде осуществляется только за счет сеточных токов. Питание цепи накала первой лампы произво дится от двухполупериодного выпрямителя (Du Да) без фильтра, что допустимо благодаря узкой полосе пропускания последующих каскадов. Начиная с сетки третьего каскада,
схема |
усилителя и ее параметры являются повторением уси |
лителя |
рис. 10. |
Усилитель обладает порогом чувствительности порядка |
|
2 мкв |
и может применяться в высокочувствительных прибо |
рах. Наиболее целесообразно использовать рассматриваемую схему в тех случаях, когда важно повысить входное сопро тивление до нескольких сот килоом и вместе с тем сохра нить высокие избирательные свойства. Преимущества усили теля особенно заметны при работе прибора в районе сильных переменных магнитных полей.
Серьезным недостатком усилителя является необходи мость заземления входа, т. е. отсутствие разделения вход ных цепей, что значительно ограничивает область его при менения.
На рис. 16 приведена схема усилителя, применяемого в авто компенсаторах фирмы «Сименс» (см. R.Heimann [43]). Все каскады усилителя построены на пентодах с автоматическим смещением. Порог чувствительности усилителя около 10 мкв. Усилитель на
пряжения двухкаскадный на лампах |
типа СЗш с боль |
|
шим сроком службы. Для повышения |
избирательных свойств |
|
в нем применено два |
фильтра. Один — двойной Т-образный |
|
(С9, Riu, С10, R u , Съ Rs) |
настроен на |
двойную частоту пре |
образования (100 гц) и включен в основной канал усиления. Благодаря этому вторая гармоника, возникающая вследствие
4 6 |
КРАТКИЙ ОБЗОР СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ |
[гл. II |
преобразования входным устройством паразитного сигнала, не пропускается на сетку второго каскада. Второй фильтр С12, Ru, Сп, включенный в цепь отрицательной обратной связи между анодом и сеткой второго каскада, ослабляет высшие гармоники.
В усилителе применено несколько необычное включение двигателя. Сетевая обмотка (W2) включается без фазосдви гающей емкости непосредственно в сеть. Необходимый сдвиг фазы осуществляется в управляющей обмотке (И^) с помощью С17. При таком включении не происходит подмагничивания
Рис.Пб. Схема усилителя постоянного тока фирмы «Сименс».
двигателя |
постоянной |
составляющей |
тока выходного каскада. |
|||||||||
Управляющая |
обмотка |
совместно с |
дросселем Др и сопро |
|||||||||
тивлением |
/?2о |
образует |
мостовую |
схему, |
в диагональ |
ко |
||||||
торой включен разделительный трансформатор Тр*,. При |
за |
|||||||||||
торможенном |
двигателе |
мост |
уравновешивается с помощью |
|||||||||
R i0 |
и на выходе |
трансформатора первая |
гармоника равна нулю. |
|||||||||
При |
вращении |
|
двигателя |
на трансформаторе появляется на |
||||||||
пряжение, |
пропорциональное |
скорости |
вращения двигателя, |
|||||||||
которое |
как |
отрицательная |
обратная |
связь |
подается через |
|||||||
R n |
на |
сетку |
|
второго каскада. Обратная связь по скорости |
||||||||
повышает |
устойчивость |
автокомпенсатора и позволяет полу |
чить апериодический переходный процесс при большом пере даточном коэффициенте разомкнутой цепи, т. е. при малой зоне нечувствительности.
Остальные элементы схемы выполняют обычные функции, как и в рассмотренных выше усилителях. Питание усилителя осуществляется от двухполупериодного выпрямителя, кото рый на рисунке не показан.
§ 6 ] УСИЛИТЕЛИ С ВЫСОКИМ ВХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ |
4 7 |
§6. Усилители постоянного тока с высоким входным
сопротивлением
При измерениях э. д. с. источников с большим внутренним сопротивлением (например, в р/У-метрии) или малых токов (ме нее 10~9а) усилитель автокомпеисатора должен обладать весьма высоким входным сопротивлением: от 107 до 1012 ом. Схемы усилителей с высоким входным сопротивлением весьма разно образны. Однако в автокомпенсаторах наиболее существенная часть усилителя — входное устройство имеет в основном две модификации: одна — с контактным вибропреобразователем, другая — с динамическим конденсатором.
На рис. 17 показана схема малогабаритного усилителя с контактным вибропреобразователем, разработанного в Акаде мии наук СССР (см. [10]).
На входе усилителя применен фильтр (R ^ Cj), ослабля ющий паразитную переменную составляющую входного сиг
нала. Кроме того, конденсатор |
С) уменьшает сопротивление |
|||
в сеточной |
цепи первой лампы для переменной составляющей |
|||
и тем самым уменьшает помехи. |
В качестве модулятора ис |
|||
пользуется |
специальный |
контактный |
вибропреобразователь |
|
с весьма |
низким уровнем |
внутренних |
помех. Якорь вибро |
преобразователя связан с сеткой входной лампы через фильтр С2, Ri, C-i, Ri, который пропускает сигнал частоты преобра зования, но сильно ослабляет медленно меняющееся напря жение, возникающее на /?4 под действием дрейфа сеточного тока лампы Ли препятствуя его модуляции.
В качестве входного каскада применен катодный повто ритель на лампе типа 6Н2П. Применение катодного повтори теля позволяет снизить входную емкость каскада, что повы
шает |
входное |
сопротивление, |
и |
применить |
сопротивления |
|
в сеточной цепи порядка |
109 cuf. Последующие каскады уси |
|||||
лителя |
напряжения и усилитель |
мощности аналогичны схеме |
||||
усилителя рис. |
13. |
|
|
|
|
|
Напряжение |
питания |
усилителя |
напряжения |
снимается со |
стабиловольта типа СГ-1П, который подключается к отдель ному выпрямителю, служащему одновременно для питания измерительной схемы (на рисунке не показан). Питание от отдельного стабилизированного выпрямителя уменьшает дрейф сеточного тока входной лампы и практически устраняет по грешность, вызываемую этой причиной, а также повышает