14. Усилители. Характери­стики, виды.

У силители служат для усиления сигналов датчи­ков, которые обычно имеют очень малую мощность, недостаточную для перемещения регулирующих органов.

Усилители выполняются либо как самостоятельно работающий элемент системы (электронные или магнитные усилители), либо как неотъемлемая часть серводвигателей, наиболее распространенных в гидравлических и пневматических устройствах.

К усилителям предъявляются следующие требо­вания: необходимый коэффициент усиления, доста­точная чувствительность, малая инерционность, линейность характеристики, согласованность выхода усилителя с входом серводвигателя.

Основной характеристикой усилителя является его коэффициент усиления. Для электрических усилителей различают коэффициенты усиления по мощности и по напряжению. В зависимости от вида энергии, применяемой при работе усилителей, они разделяются на механические, пневматические, электрические и др.

Механические усилители. К механическим усилителям относятся различные рычажные системы, а также зубчатые передачи, фрикционные и тормозные устройства.

Механические усилители являются практически безынерционными устройствами и отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. Они имеют сравнительно небольшие коэффициенты усиления. Располагают эти усилители в непосредственной близости от исполнительного механизма. Механические усилители отличаются простотой конструкции, надежностью действия и возможностью легкого перехода от усиле­ния по мощности к усилению по перемещению и наоборот. Недостатки: малый коэффициент усиления, возможность применения только при близком распо­ложении элементов регулятора.

Гидравлические и пневматические усилители: автоматизированные установки газонефтепроводов должны отвечать требованиям взрывобезопасности. Этим требованиям в полной мере отвечают гидравлические и пневма­тические усилители - золотники, усилители типа «сопло-заслонка» и струйные трубки. Гидравлические и пневматические усилители обеспечивают большие коэффициенты усиления (10⁵ и выше). Имеют следующие достоинства: большой коэффици­ент усиления, плавно изменяемый большой диапазон регулирования скоростей, взрывобезопасность и искробезопасность. Типовые конструкции гидравли­ческих и пневматических усилителей следующие: золотник, сопло с заслонкой или иглой, струйные трубки.

Электрические усилители: к электрическим усилителям относятся магнитные, электронные, полупроводниковые.

Усилителями могут быть также реле, которые применяются в релейно-контактных схемах автоматики.

М агнитный усилитель представляет собой ферромагнитное устройство переменного тока, индуктивность которого меняется в ши­роких пределах при подмагничивании дросселя постоянным током. Таким образом, вход - напряжение постоянного тока, выход - напряжение переменного тока, если не предусмотрены выпрямители на выходе.

Этот вид усилителей в качестве источника питания использует источник переменного напряжения. В магнитном усилителе простей­шего типа рабочие обмотки включены последовательно с источником питания и нагрузкой.

Магнитный усилитель можно рассматривать как переменную ин­дуктивность, величина которой определяет величину тока в цепи нагрузки. Величина же индуктивности в свою очередь зависит от величины подмагничивающего тока, который протекает в специаль­ных обмотках и является управляющим током усилителя.

Магнитный усилитель в релейном режиме представляет собой бесконтактное магнитное реле. Его работа отличается от работы кон­тактного реле тем, что цепь нагрузки физически не размыкается, но индуктивное сопротивление (при отсутствии насыщения в сердечни­ках) настолько возрастает, что ток в нагрузке становятся близким к нулю и практически прерывается. В таком режиме магнитный уси­литель может применяться как выходной усилитель к логическим элементам. Однако из-за высокого коэффициента обратной связи работа его менее стабильна, чем работа усилителя с линейной харак­теристикой.

Быстродействие магнитных усилителей невелико. Инерционность магнитных усилителей за­висит главным образом от коэффициента усиления и величины обратной связи. Магнитные, достоинства: простота и надежность конструкции, легкость эксплуатации, возможность значительной перегрузки, высокий КПД.

Электронные усилители основаны на принципе изменения вели­чины потока электронов путем воздействия на этот поток электриче­скими полями. Электронные усилители, основное достоинство – возможность получения больших усилений при чрезвычайно малых входных сигналах, недостатки: относительно малая выходная мощность.

Наиболее широкое применение в качестве усиливающего эле­мента получила электронная лампа с сеткой (триод).

В последнее время начали применяться усилители, в которых усилительным элементом служит полупроводник.