Глава 23

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ связью

§ 23.1. Назначение и способы введения обратной связи

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.

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 при отрицательной обратной связи уменьшается коэффициент усиле­ния. Поэтому в магнитных усилителях наибольшее распростране­ние получила положительная обратная связь. Если специально не оговорено, какой вид обратной связи используется, то под словами «магнитный усилитель с обратной связью» обычно понимается имен­но усилитель с положительной обратной связью.

Для осуществления внешней обратной связи предусматривает­ся специальная обмотка обратной связи, которая располагается на сердечниках усилителя так же, как и обмотка управления. 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. Поэтому в литературе усилители с внутренней обратной связью иногда называют усилителями с само­насыщением или самоподмагничиванием. 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.

§ 23.2. Одноактный магнитный усилитель с внешней обратной связью

Типовые схемы магнитных усилителей с внешней обратной связью приведены на рис. 23.1. Эти магнитные усилители кро­ме рабочей. обмотки и обмотки управления имеют специ­альную обмотку обратной связи , в которую подводится сигнал с выхода усилителя.

Существует два вида внешней обратной связи: по току и по на­пряжению. В схеме по рис. 23,1,а в обмотку обратной связи по­дается выпрямленный ток нагрузки . Таким образом, осущест­вляется обратная связь по току. В схеме по рис. 23.1,6 в обмотку обратной связи подается выпрямленное напряжение нагрузки Так осуществляется обратная связь по напряжению. Направление тока в обмотках обратной связи постоянно и определяется по­лярностью подключения их к выпрямителю. Если действие тока в обмотке усиливает действие тока управления _в обмотке , то имеем положительную обратную связь. Магнитодвижущие силы обмоток управления и обратной связи при этом складываются. Перейти от положительной обратной связи к отрицательной мож­но путем изменения полярности (направления) тока управления в обмотке или переменой концов обмотки , подключаемой к выпрямителю. В этом случае магнитодвижущие силы обмоток уп­равления и обратной связи вычитаются.

В схеме (рис. 23.1,а) нагрузка может быть включена как посто­янного, так и переменного тока. Нагрузка постоянного тока включена последовательно с обмоткой обратной связи , т. е. пос­ле выпрямителя. Нагрузка переменного тока включается до вы­прямителя. В этом случае выпрямитель служит только для осущест­вления обратной связи. В некоторых случаях и при нагрузке по­стоянного тока для питания обмотки обратной связи используется отдельный выпрямитель, что повышает стабильность характеристик магнитного усилителя.

Обратная связь по напряжению обычно применяется в мощных магнитных усилителях, т. е. при больших токах нагрузки. В этом случае для выпрямителя в цепи обратной связи по току потребо­вались бы диоды на большие токи, которые имеют большие габа­риты и используются со специальными охладительными радиато­рами. Да и саму обмотку обратной связи потребовалось бы вы­полнять очень толстым проводом.

С точки зрения принципа действия разницы между усилителя­ми с обратной связью по току и по напряжению нет.

Для статической характеристики идеального магнитного уси­лителя (см. § 22.5) при наличии обратной связи уравнение (22.17) будет иметь вид

(23.1)

где знак плюс соответствует положительной обратной связи, а знак

минус — отрицательной.

Поскольку длина путей для постоянного и переменного маг­нитных потоков у большинства магнитных усилителей одинакова, можно записать равенство напряженностей магнитного поля:

где —среднее за полпериода значение напряженности перемен­ного магнитного поля; —напряженность постоянного магнитно­го поля, создаваемого совместными действиями обмоток управле­ния и обратной связи;

Напряженность магнитного поля, создаваемого обмоткой об­ратной связи,

При обратной связи по току полагаем, что весь выпрямленный

ности, можно значительно снизить постоянную времени (например, при = =0,96 в 25 раз), т. е. улучшить быстродействие усилителя. Достигается это за счет уменьшения числа витков (т. е. индуктивности) обмотки управления усилителя. Другим способом уменьшения постоянной времени является увели­чение частоты питания , что также следует из уравнения (23.6). 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.

В случае применения магнитного усилителя с выходным переменным током (без выпрямителя в цепи нагрузки) в уравнения (23.4) —(23.6) необходимо ввести коэффициент формы переменного тока