2.5 Обратные связи в магнитных усилителях.

Обратной связью (ОС) в магнитных усилителях (МУ) называется связь, с помощью которой часть сигнала с выхода усилителя подается на вход и оказывает дополнительное действие на намагниченность сердечника.

Так как выходной сигнал магнитного усилителя снимается с рабочих обмоток в виде неременного тока, то в цепи обратной связи (ОС) обязательно должен быть выпрямитель. При необхо­димости регулировки величины сигнала обратной связи в ее цепи могут быть использованы переменные сопрогпвления R_ос.

Эффективность действия обратной связи характеризуется ко­эффициентом k_ос, который определяется выражением k_ос=I_ос / I_н или k_ос=U_ос / U_вых . Коэффициент обратной связи может изменяться от нуля до единицы.

Но характеру действия сигнала различают положительные об­ратные связи (НОС) и отрицательные обратные связи (ООС).

2.5.1 Магнитный усилитель с положительной обратной связью

Положительная обратная связь — это такая связь, сигнал которой усиливает действие входного сигнала в управляю­щей обмотке. Иначе говоря, если входной сигнал намагничивает сердечник, то сигнал положительной обратной связи должен сум­мироваться с входным и тем самым увеличивать намагниченность сердечника, и наоборот, т. е. U_вых= U_ос+U_c.

Благодаря сигналу положительной обратной связи намагни­ченность сердечника и выходной сигнал дополнительно увеличиваются или уменьшаются при неизменном по величине сигнале на входе. Поэтому положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления магнитного усилителя и повышает его чув­ствительность.

Чсм сильнее положительная обратная связь (чем больше k_ос), тем при меньшем сигнале U_c будет получен один и тот же сигнал на выходе.

В магнитном усилителе с положительной обратной связью для получения нужной намагниченности сердечника требуется меньший входной сигнал в управляющей обмотке, так как некоторая намагниченность создается сигналом обратной связи.

Коэффициент усиления может быть значительным—порядка нескольких тысяч.

Рис. 2.5.1, Магнитный усилитель с внешней об­ратной связью

2.5.2 Магнитный усилитель с отрицательной обратной связью.

Отрицательная обратная связь — это связь, сигнал которой ослабляет действие сигнала U_c в управляющей обмотке, т. е. U_вх= U_с- U_оc, При отрицательной обратной связи коэффици­ент усиления и чувствительность магнитного усилителя умень­шаются, так как для получения необходимой намагниченности и выходного сигнала потребуется больший сигнал на входе. По при отрицательной обратной связи улучшается стабильность работы, т. е. снижается зависимость коэффициента усиления от внешних воздействий и, в первую очередь, от изменения напряжения источника питания.

По способу осуществления различают внешние и внутренние обратные связи.

2.5.3 Магнитный усилитель с внешней обратной связью

Ограничимся рассмотрением внешней обратной связи.

Внешняя обратная связь (рис. 2.5.1)—это связь, сигнал ко­торой действует на намагниченность сердечника через специаль­ную обмотку обратной связи _ос.

В цепи рабочей обмотки _р включены источник питания, со­противление нагрузки R_н и выпрямительный мост ВМ.

По обмотке обратной связи протекает постоянный ток обрат­ной связи I_ос- Сопротивление обратной связи R_ос служит для ре­гулирования величины тока обратной связи. Чем больше R_ос, тем меньше I_ос, и наоборот, Поэтому, изменяя величину R_ос, мож­но регулировать коэффициент обратной связи. Ток I_ос создает магнитный поток Ф_ос всегда одного направления.

При наличии обратной связи магнитный усилитель будет иметь начальное подмагничивание, поэтому отпадает необходимость в специальной обмотке подмагничивания для придания усилителю способности реагировать на полярность входного сигнала.

В зависимости от полярности входного сигнала U_с магнитные потоки обмоток _у и _ос могут действовать согласно или встречно.

Таким образом, входного сигнала U_с с полярностью, при которой потоки Ф_у и Ф_ос складываются, связь положительная.

Для входного сигнала U_с с обратной полярностью—связь от­рицательная.

Характеристика магнитного усилителя с обратной связью по­казана на рис. 2.5.2 сплошной линией. Для сравнения на этом же рисунке штриховой линией показана характеристика магнит­ного усилителя без обратной связи.

Когда сигнал на входе равен нулю U_с =0, сердечник имеет начальное подмагничивание за счет сигнала обратной связи и начальный ток I_н0 несколько больше минимально возможного тока нагрузки (соответствующего точке а).

Рис. 2.5.2

При входном сигнале U_с >0 (положительная обратная связь) магнитные потоки Ф_у и Ф_ос складываются, намагниченность сердечника возрастает, магнитная проницаемость уменьшается, и индуктивность и индуктивное сопротивление также уменьшаются, а ток нагрузки I_н возрастает еще в большей степени благодаря положительной обратной связи.

При входном сигнале U_с <0 обратная связь будет оставаться положительной до точки а. Поясним это утверждение. Входной сигнал U_с направлен на уменьшение тока I_н. Сигнал обратной связи создаст Ф_ос, направленный против Ф_у, значит намагничен­ность уменьшится, магнитная проницаемость увеличится, L и x_L увеличатся, а ток I_н уменьшится, т. е. напряжение обратной связи усиливает входной сигнал.

При дальнейшем увеличении входного сигнала той же поляр­ности (U_с <0) поток Ф_у возрастет и станет больше магнитного потока Ф_ос (участок характеристики влево от точки а).

В этом случае действие входного сигнала направлено на уве­личение тока нагрузки (происходит перемагничивание сердечни­ка), а обратная связь продолжает размагничивающее действие сердечника, т. е уменьшает ток I_н, таким образом, действие обрат­ной связи направлено против действия входного сигнала. Поэтому начиная с точки а (левая ветвь характеристики) обратная связь будет отрицательной.

Но поскольку сигнал отрицательной обратной связи будет про­тиводействовать намагниченности сердечника, то для получения одного и того же тока нагрузки потребуется значительно боль­ший ток I_у, чем в усилителе без обратной связи, т. е. коэффициент усиления уменьшается.

Из этого следует, что левая ветвь характеристики магнитного усилителя с обратной связью пойдет положе, чем без неё.

Сравнивая характеристки, изображенные на рис. 2.5.2, видим, что характеристика магнитного усилителя с обратной связью сдвигается под действием сигнала обратной связи и поворачи­вается на некоторый угол.

Поворот характеристики происходит потому, что крутизна правой ветви характеристики возрастает за счет положительной обратной связи (ПОС), а левой—уменьшается за счет отрицатель­ной обратной связи (ООС).

Чем больше коэффициент обратной связи k_ос, тем больше сдвиг и угол поворота характеристики.

При достаточно сильной положительной обратной связи пра­вая ветвь характеристики проходит почти вертикально, т. е. по­дача небольшого сигнала на вход усилителя вызывает резкий скачок тока нагрузки. Такой режим работы магнитного усилителя называется релейным, а сам усилитель, но существу, превращается в бесконтактное реле. Подобные бесконтактные реле обладают высокой чувствительностью и находят все большее применение в авиационной автоматике.