2. Магнитные усилители
2.1. Дроссельный магнитный усилитель.
Для предварительного усиления сигналов постоянного тока с одновременным преобразованием их в пропорциональные сигналы переменного тока применяются магнитные усилители.
2.1.1. Принцип работы дроссельного магнитного усилителя.
Рассмотрим принцип работы магнитного усилителя па примере дроссельного магнитного усилителя, схема которого показана на рис. 2.1.1,а. На сердечнике кольцевой или прямоугольной формы из пермаллоя помещены две обмотки.
Одна из них—обмотка у выполняет роль управляющей обмотки. На нее подается входной сигнал ис, подлежащий усилению, следовательно, выводные зажимы управляющей обмотки являются входом усилителя.
Входной сигнал ис намагничивает сердечник усилителя и изменяет его магнитную проницаемость,
Другая обмотка р—рабочая. В ее цель включены источник питания с переменным напряжением и сопротивление нагрузки RН. В связи с этим рабочую обмотку иногда называют обмоткой переменного тока пли нагрузочной обмоткой. Выходной, усиленный по мощности сигнал переменного тока выделяется на сопротивлении нагрузки усилителя.
Очевидно, для того чтобы данная схема обладала усилительными свойствами, необходимо, чтобы постоянный ток, протекающий по управляющей обмотке, управлял переменным током в нагрузочной цепи, а следовательно, и напряжением на выходе схемы.
Рис. 2.1.1. Схема дроссельного магнитного усилителя (а) и его статистическая характеристика (б)
Т
акое
управление основано на известных из
электротехники зависимостях:
L- индуктивность рабочей обмотки;
Р- число витков рабочей обмотки;
SМ-площадь сечения магнитной цени;
lср-средняя длина магнитной це;пи;
а-абсолютная магнитная проницаемость магнитоировода
xL—индуктивное сопротивление рабочей обмотки;
f—частота питающего напряжений.
С изменением небольшого по мощности сигнала на входе усилителя меняются намагниченность сердечника и его магнитная проницаемость, что
приводит к изменению индуктивности и индуктивного сопротивления рабочей обмотки. В этом заключается принцип работы усилителя- Физически это объясняется тем, что с изменением магнитной проницаемости изменяются магнитное сопротивление
магнитный поток рабочей обмотки Фр н индуктируемая этим потоком э.д.с. самоиндукции еL , которая и определяет индуктивное сопротивление рабочей обмотки.
Рассмотрим работу усилителя более подробно.
Первый случай: входной сигнал не подается (ис=0). Сердечник при этом размагничен и имеет наибольшую магнитную проницаемость. Индуктивность и индуктивное сопротивление рабочей обмотки также максимальны, поэтому по сопротивлению нагрузки протекает минимальный ток, называемый начальным. На выходе усилителя создается минимальное напряжение.
Второй случай: ис >0 (полярность показана на схеме). При этом ток и магнитный поток в управляющий обмотке увеличатся, сердечник намагнитится и его магнитная проницаемость уменьшится, что приведет к увеличению магнитного сопротивления магнитной цепи. Следовательно, уменьшатся магнитный поток ФР, э, д. с. самоиндукции еL и индуктивное сопротивление xL рабочей обмотки. При этом возрастут ток в рабочей цепи Iн
и напряжение выхода ивых.
Физические процессы, происходящие в дроссельном магнитном усилителе при увеличении входного сигнала, можно представить в виде цепочки изменения физических величин:
Третий случай: ис <0 (изменилась полярность сигнала). В этом случае физические процессы будут протекать аналогично второму случаю, только изменения физических величин будут обратными. Покажем это в виде цепочки, но уже через математическую связь величин:
