Магнитные усилители с обратной связью

Характеристики магнитного усилителя могут быть значительно улучшены за счет введения дополнительного воздействия, завися­щего от тока или напряжения на выходе усилителя. Такое воздейст­вие, подаваемое с выхода усилителя на его вход, называется обрат­ной связью.

В магнитных усилителях различают положительную и отрицате­льную, внешнюю и внутреннюю, жесткую и гибкую обратную связь.

При положительной обратной связи выходной сигнал, подавае­мый на вход усилителя, складывается (суммируется) с входным управляющим сигналом. При положительной обратной связи повы­шается коэффициент усиления и улучшается быстродействие маг­нитного усилителя.

ВОЛ Достигается это 1) за счет уменьшения числа витков (т. е. индуктивности) обмотки управления усилителя. 2) увеличение частоты питания, Поэтому для магнитных усилителей используют источники питания повышенной частоты (400, 500, 1000 Гц). Для усилителей малой мощности постоянная времени может быть снижена до не­скольких миллисекунд, а для большой мощности — до нескольких десятков миллисекунд.

Ток холостого хода в реа­льном усилителе не равен нулю (из-за конечного значения индуктивности рабочей обмотки). При наличии обратной связи этот ток поступает в обмотку wос и создает дополнительное подмагничивание, смещая характеристику усилителя. Для уменьше­ния тока холостого хода в усилителе с положительной обратной свя­зью применяют специальную обмотку смещения wсм. Напряжен­ность магнитного поля, создаваемого этой обмоткой, должна быть равна напряженности поля, создаваемого обмоткой обратной связи wос при прохождении по ней тока Iнo, противопо­ложна по направлению. В этом случае обмотка смещения будет пол­ностью компенсировать подмагничивающее действие обмотки об­ратной связи при отсутствии управляющего сигнала (/у = 0).

Иногда с помощью обмотки смещения начальную рабочую точ­ку смещают на середину линейного участка (рис. 23.5, в). Такой усилитель можно назвать поляризованным: при положительных значениях 1у ток нагрузки линейно возрастает, при отрицатель­ных уменьшается.

При отрицательной обратной связи выходной сигнал, подаваемый на вход усилителя, вычитается из входного управляющего сигнала. За счет отрицательной обратной связи улучшается стабильность преобразования входного сигнала в выходной, т. е. улучшаются измерительные свойства магнитного усилителя. Однако уменьшается коэффициент усиле­ния.

Поэтому в магнитных усилителях наибольшее распространение получила положительная обратная связь.

Для осуществления внешней обратной связи предусматривается специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сер­дечниках усилителя так же, как и обмотка управления. Существует два вида внешней обратной связи: по току

( в обмотку обратной связи подает­ся выпрямленный ток нагрузки) и по на­пряжению ( в обмотку обратной связи подается выпрямленное напряжение нагрузки). Внешнюю обратную связь применяют в тех маломощных усилителях, где главным требо­ванием является стабильность работы. Сюда относятся, например, магнитные усилители, применяемые в измерительной и вычислительной технике.

При внут­ренней обратной связи никакой дополнительной обмотки обратной связи не требуется. Сигнал обратной связи проходит в виде состав­ляющей через рабочие (выходные) обмотки усилителя. При этом последовательно с рабочими обмотками включаются однополупериодные выпрямители. За счет постоянной (выпрямленной) составля­ющей выходного тока создается магнитный поток обратной связи, изменяющий степень насыщения сердечника усилителя. При поло­жительной обратной связи магнитный поток обратной связи сумми­руется с магнитным потоком обмотки управления и насыщение сер­дечника увеличивается. Постоянное магнитное поле создается за счет постоянной составляющей тока нагрузки, протекающей по рабочим обмоткам усилителя. Усилители с внутренней обратной связью называют еще усилителями с с самонасыщением или самоподмагничиванием.

ВОЛ. Принципа дей­ствия внутренней обратной связи.

Обмотки управления, расположенные на двух сердечниках, включены так, что переменные составляющие ЭДС, трансформируемые из рабочей обмотки, взаимно уничтожаются (обмотки управления включены согласно, а рабочие обмотки — встречно). Усилители с внутренней обратной связью называют еще усилителями с с самонасыщением или самоподмагничиванием.

Потери в рабочей цепи усилителя с самоподмагничиванием меньше, чем с внешней обратной связью, поскольку в каждый полупериод питающего напряжения ток проходит лишь по одной из рабочих обмоток. Следовательно, магнитный усилитель с внутренней обратной свя­зью имеет больший КПД и коэффициент усиления по мощности, что приводит к увеличению добротности. При одинаковых размерах сердечников усилитель с внутренней обратной связью имеет выходную мощность почти в полтора раза больше, чем усилитель с внешней обратной связью. Кроме этих достоинств усилители с внутренней обратной связью имеют меньшее число обмоток, а в некоторых случаях и меньшее число диодов (вентилей). Поэтому в настоящее время преимущественное применение (особенно в мощных усили­телях) получила

При жесткой обратной связи сигнал обратной связи пропорци­онален выходному сигналу. При гибкой обратной связи сигнал об­ратной связи пропорционален скорости изменения выходного сиг­нала. Следовательно, гибкая обратная связь действует лишь в пере­ходном процессе, т. е. при изменении выходного сигнала. Она и предназначена для улучшения динамики работы магнитного усили­теля.

ВОЛ, РЕВЕРСИВНЫЕ МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Р

еверсивные 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.

Рис. 24.1. Статиче­ская характеристика реверсивного магнит­ного усилителя

Реверсив­ный магнитный усилитель состоит из двух однотактных усилителей, то он имеет четыре

сердечника, но разработаны схемы и с умень­шенным числом сердечников.

Изгото­вить два однотактных магнитных усилителя с абсолютно одинако­выми характеристиками практически невозможно, поэтому путем регулировки смещения обеспечивают равенство токов I1 и I2 при Iу = 0. Обычно не удается добиться одновременно равенства и амп­литуды и фаз этих токов, поэтому даже при 1у = 0 по нагрузке проходит ток небаланса .

Обмотки смещения и управления однотактных усилителей МУ1 и МУ2 включены таким образом, что при подаче управляющего сиг­нала 1у в одном усилителе напряженности поля управления и сме­щения складываются, а в другом — вычитаются. В итоге ток од­ного усилителя возрастает, а ток другого усилителя уменьшается и в нагрузке появляется ток равный их разности. При перемене полярности тока управления магнитные усилители как бы меняются местами. Короткозамкнутый 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 К.

Обратная связь в реверсивных магнитных усилителях может быть внешней и внутренней.

При внешней обратной связи ее обмотки могут быть выполне­ны раздельно для каждого из однотактных усилителей, входящих в реверсивную схему. Обмотка обратной связи может включаться и последовательно с нагрузкой через выпрямитель, т. е. быть общей для обоих входя­щих в схему однотактных усилителей.

Усилитель будет нечувствительным при малых сигналах управления. Поэтому необходимо применять смещение (начальное подмагничивание сердечников). Направление тока смещения выбирают таким, чтобы уменьшились значения токов I1, и I2 при Iу = 0. Характеристика 1 при этом смещается вправо, а характеристика /2 =/(/у) — влево.

Рис. 24.9. Реверсивный магнитный усилитель с внутренней обратной связью

Обычно величину смещения выбирают в зависимости от назначения усилителя, обеспечивая его работу в одном из режимов.