1. Зачем в магнитных усилителях используется обратная связь?

2. В чем разница между внешней и внутренней обратной связью?

3. Как регулируется коэффициент обратной связи?

Глава 24

РЕВЕРСИВНЫЕ МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

§ 24.1. Статическая характеристика реверсивного (двухтактного) магнитного усилителя

Реверсивные магнитные усилители отличаются тем, что при изме­нении полярности входного сигнала (тока управления) изменяется полярность выходного сигнала (тока нагрузки). Реверсивные маг­нитные усилители могут питать нагрузку постоянного или перемен­ного тока. В последнем случае в зависимости от полярности тока управления изменяется на 180° фаза выходного напряжения. Стати­ческая характеристика реверсивного магнитного усилителя показана на рис. 24.1. Она представ­ляет собой симметричную кривую, проходящую через начало координат. Таким образом, при от­сутствии управляющего сигнала (/_у = 0) ток в на­грузке /_н также равен нулю. Напомним, что в нереверсивных (однотактных) магнитных усили­телях при /у = О через нагрузку проходит ток хо­лостого хода /„о, для уменьшения которого ис­пользуют, например, смещение.

Соответствующую статическую характери­стику реверсивного магнитного усилителя мож­но получить, если соединить два одинаковых

нереверсивных усилителя таким образом, что­бы они действовали на общую нагрузку встреч­но при общем управляющем сигнале. На рис! 24.2 показаны две характеристики {1 и 2) однотактных магнитных усилителей со смеще­нием и без обратной связи. При встречном включении таких усилителей их результирую­щая статическая характеристика получается графически сложением кривых / и 2. Для того чтобы ток нагрузки при /_у = 0 был равен нулю, необходима идентичность характеристик маг­нитных усилителей, составляющих реверсив­ный магнитный усилитель. Однотактные маг­нитные усилители, на основе которых выпол­няется реверсивный магнитный усилитель, могут быть включены по дифференциальной или мостовой схеме. Напомним, что аналогич­ным способом обеспечивалась реверсивная характеристика в раз­личных преобразователях, рассмотренных в разделе II. Различают реверсивные магнитные усилители с выходным постоянным и пере­менным током, с обратными связями и без них. Так как реверсив­ный магнитный усилитель состоит из двух однотактных усилителей, то он имеет четыре сердечника, но разработаны схемы и с умень­шенным числом сердечников.

§ 24.2. Усилители с выходным переменным током

Дифференциальная схема реверсивного магнитного усилителя без обратной связи показана на рис. 24.3. Два одинаковых однотактных усилителя МУ1 и МУ2 с последовательно соединенными рабочими обмотками питаются от вторичной обмотки дифференциального трансформатора Тр. Нагрузка Z_H включена между средними точками вторичной обмотки трансформатора Тр и рабочих обмоток усилите­лей МУ1 и МУ2. Применяя принцип наложения, можно рассматри­вать ток через нагрузку как разность двух токов: /, и /₂. При отсутст­вии входного сигнала (/_у = 0) токи /, и /₂ должны быть равны. Они определяются смещением, т. е. начальным подмагничиванием за счет постоянного тока, протекающего по обмоткам смещения ш_сы: Для балансировки (установки нуля) реверсивного усилителя при /у = О служит регулировочный резистор R^_T. Дело в том, что изгото­вить два однотактных магнитных усилителя с абсолютно одинако­выми характеристиками практически невозможно, поэтому путем

регулировки смещения обеспечивают равенство токов /, и /₂ при /_у = 0. Обычно не удается добиться одновременно равенства и амп­литуды и фаз этих токов, поэтому даже при /_у = 0 по нагрузке про­ходит ток небаланса (/„ * 0).

Обмотки смещения и управления однотактных усилителей МУ1 и МУ2 включены таким образом, что при подаче управляющего сиг­нала /_у в одном усилителе напряженности поля управления и сме­щения складываются, а в другом — вычитаются. В итоге ток /, од­ного усилителя возрастает, а ток /₂ другого усилителя уменьшается и в нагрузке появляется ток /_н - /,'- /₂. При перемене полярности тока управления магнитные усилители как бы меняются местами: /, уме­ньшается, а /₂ возрастает. В итоге фаза выходного тока /_н = /, - /₂ из­меняется на 180°. Следует обратить внимание на то, что, поскольку речь идет о переменных токах, ток нагрузки фактически представ­ляет собой не алгебраическую, а геометрическую (векторную) раз­ность.

Заметим, что короткозамкнущй контур, создаваемый обмотка­ми смещения (как и любой другой обмоткой), увеличивает инерци­онность усилителя, т. е. затягивает продолжительность переходного процесса. Для того чтобы уменьшить это вредное влияние, сопро­тивление контура увеличивают за счет дополнительных постоянных сопротивлений R.

Существенным недостатком дифференциальной схемы ревер­сивного усилителя по рис. 24:3 является наличие трансформатора

Тр. От этого недостатка свободна мостовая схема реверсивного уси­лителя.

Данная схема также содержит четыре сердечника, причем об-Мотки управления и смещения выполняются так же, как и в диффе­ренциальной схеме, а рабочие обмотки ш_р соединяются в схему мос­та, как показано на рис. 24.4. В одну диагональ моста (между точка­ми с и б) подводится напряжение источника питания U~, а в другую диагональ моста (между точками виг) включается нагрузка Z_H. При отсутствии тока управления (7_у = 0) индуктивные сопротивления всех рабочих обмоток w_p одинаковы и мост уравновешен, т. е. ток в цепи нагрузки отсутствует (/„ = 0). Так же как и в дифференциаль­ной схеме, при подаче управляющего сигнала (/_у * 0) подмагничива-ющее поле обмоток управления складывается с полем обмоток сме­щения в одной паре сердечников, а в другой паре — вычитается из него. Таким образом, индуктивное сопротивление одной пары рабо­чих обмоток, включенных в противоположные плечи моста, умень­шается, а индуктивные сопротивления другой пары рабочих обмо­ток соответственно в других противоположных плечах моста увели­чиваются. В результате баланс моста нарушается и через нагрузку Z_H протекает ток. Направление тока нагрузки определяется полярно­стью тока управления, т. е. при изменении полярности сигнала фаза тока нагрузки меняется на 180°. Поэтому статическая характеристи­ка мостовой схемы, так же как и дифференциальной, имеет вид, по­казанной на рис. 24.1.

Не требуется отдельного трансформатора и в так называемой трансформаторной схеме реверсивного магнитного усилителя. Эта схема работает аналогично дифференциальной, но отличается удво­енным количеством рабочих обмоток. Половина этих обмоток вы­полняет функции первичных обмоток трансформатора и включается на напряжение питания U-. Другая половина этих обмоток выпол­няет функции вторичных обмоток трансформатора и питает нагруз­ку. Таким образом, сердечники магнитного усилителя одновремен­но являются и сердечниками трансформатора.

Сопоставление дифференциальной, мостовой и трансформатор­ной схем показывает, что с точки зрения коэффициента усиления и отдаваемой мощности они примерно одинаковы. Но наиболее про­стой является мостовая схема, которая и находит наибольшее при­менение. Однако применять ее можно лишь тогда, когда напряже­ние питания на 20—30 % превышает требуемое максимальное на­пряжение на нагрузке. В других случаях применяют трансформаторную или дифференциальную схему реверсивного магнитного усилителя.