2.4 Дифференциальный магнитный усилитель
Cостоит из двух трех-стержневых магнитных усилителей с двусторонним управлением рис. 2.3.2).
Управляющие обмотки, в которых действует усиливаемый сигнал Uс, могут быть соединены последовательно или параллельно. Но в любом случае при наличии входного сигнала они должны создать в своих сердечниках магнитные потоки, одинаковые по величине и противоположные по направлению.
Обмотки подмагничивания питаются от выпрямителя В. При наличии постороннего источника постоянного тока выпрямитель не потребуется. Соединение обмоток подмагничнвания между собой также может быть произвольным, но потоки подмагничивания в сердечниках должны быть одинаковой величины и одного направления.
Рабочие обмотки получают питание от источника переменного напряжения через трансформатор со средней точкой (рабочие обмотки каждого однотактного усилителя питаются от своей половины вторичной обмотки трансформатора), а нагрузка, с коюрой снимается усиленный сигнал, включается в цепи рабочих обмоток.
Поэтому токи Iр1 и Iр2 рабочих обмоток в цепи нагрузки противоположны по направлению. Ток нагрузки Iн равен разности токов рабочих обмоток Iн = Iр1 – Iр2, а схема в целом называется дифференциальной.
Рассмотрим характерные случаи работы схемы.
Первый случай. Входной сигнал Uс=0. Сердечники намагничены в равной степени со стороны обмоток подмагничивания, поэтому;
Следовательно, Iн = Iр1 – Iр2 = 0 , что и доказывает первый признак двухтактности схемы. На рис. 2.3.3,а показан график мгновенных значений токов в цепи рабочих обмоток для первого случая, из которого также видно, что ток нагрузки в любой момент времени равен нулю.
Второй случай. На вход усилителя подан сигнал для усиления и имеет такую полярность, что в первом сердечнике потоки Фу и Фп складываются, а во втором — вычитаются.
С
ердечник
первого усилителя намагнитится сильнее,
а второго несколько размагнитится.
Поэтому:
и появится выходной сигнал Iн. Из рис. 2.3.3,б видно, что ток нагрузки имеет фазу большего тока.
С увеличением сигнала на входе данной полярности ток Iр1 растет, а ток Iр2 уменьшается, в результате чего ток нагрузки выходной сигнал растут.
Рис. 2.3.3- К пояснению работы дифференцналыюго магнитного усилителя.
Графики токов для различных режимов работы
Третий случай. Входной сигнал имеет другую полярность по сравнению со вторым случаем. При этом потоки управляющих обмоток изменят направление на обратное, тогда:
Ток нагрузки н выходной сигнал имеют фазу большего тока (рис. 2.3.3,в).
Таким образом, с изменением полярности входного сигнала выходной сигнал изменяет фазу на 180°, что доказывает другой признак двухтактности схемы.
Рис.
2.3.4
Статическая характеристика дифференциальной схемы магнитного усилителя (рис. 2.3.4) представляет собой зависимость тока нагрузки от тока управляющей обмотки.
Графически она строится из характеристик Iр1 = f(Iу) и Iр2 = f(Iу) однотактных магнитных усилителей, входящих в схему.
Сдвиг характеристик однотактных магнитных усилителей в разные направления объясняется тем, что при одной и той же полярности входного сигнала в одном однотактном усилителе потоки управляющей и подмагничивающей обмоток складываются, а в другом вычитаются.
Величина тока нагрузки Iн на графике находится как разность токов Iр1 и Iр2 для каждого значения тока сигнала Iy управляющих обмотках.
Рабочий диапазон выбирается на участке а—б характеристики, величину которого можно изменять начальным подмагничиванием. Так, если подмагничивание увеличить, то сдвиг характеристик одпотактных усилителей станет большим и рабочий диапазон станет шире, но при этом крутизна характеристики уменьшится и уменьшится коэффициент усиления магнитного усилителя.
Достоинства дифференциальной схемы:
обладает признаками двухтактности;
имеет больший коэффициент усиления и чувствительность, так как при одном и том же изменении сигнала на входе выходной сигнал дифференциальной схемы изменяется вдвое больше, чем у каждой однотактной схемы.
Недостаток дифференциальной схемы состоит в сложности конструкции и повышении инерционности усилителя.