Глава V

Усилительные устройства

1. Электронные усилители. 2. Магнитные усилители. 3. Электромашинные усилители. 4. Гидравлические усилители. 5. Пневмати­ческие усилители. 6. Сравнительные характеристики различных усилителей.

Сигналы, получаемые от чувствительных элементов или датчиков, в большинстве случаев имеют недостаточную мощность, чтобы непосред­ственно привести в движение регулирующий орган. Выходная мощность датчика в основном составляет величину порядка 10~⁴—10"⁶ Вт, тогда как мощность, необходимая для движения исполнительного механизма, может быть равна нескольким киловаттам. В связи с этим необходимо применение усилителей. В ряде случаев усилители наряду с функцией усиления мощ­ности выполняют функцию преобразования выходного сигнала чувствитель­ного элемента в другой вид, более удобный для работы системы автоматиче­ского регулирования.

Усилительные элементы по виду используемой энергии можно разделить на электрические, гидравлические и пневматические. Электрические уси­лители обычно выполняют в виде самостоятельных элементов, а гидравли­ческие и пневматические либо как самостоятельные элементы, либо как составную часть исполнительных механизмов (сервомоторов).

К усилителям, используемым в системах автоматического регулирова­ния, предъявляют следующие основные требования:

усилитель должен иметь требуемый коэффициент усиления по мощности и другим параметрам, если он является одновременно преобразователем;

характеристика усилителя должна быть в большинстве случаев воз­можно ближе к линейной;

зона нечувствительности усилителя не должна превышать допустимой величины;

постоянная времени усилителя должна быть минимальна и не превы­шать заданных пределов.

Основным показателем усилителя является его коэффициент усиления по мощности, представляющий отношение мощности на выходе усилителя к мощности на его входе. Выходная мощность усилителей, используемых в системах автоматического регулирования, может составлять от долей ватта до десятка и более киловатт. Если выходная мощность усилителя не должна превышать 100 Вт, то обычно применяют электронные усилители с различными схемами включения. При требованиях большей мощности на выходе находят применение все другие виды усилителей. Большое усиле­ние мощности можно получить от золотниковых усилителей, а также от усилителей дроссельного типа. Коэффициент усиления по мощности в за­висимости от принципа действия и конструкции усилителя может составлять от 10 до 10⁷. Помимо усиления мощности, усилители часто выполняют функ­ции усиления других входных параметров (перемещения, скорости и т. п.).

Для систем автоматического регулирования и вычислительных устройств, в которых используются различного вида электрические усилители, одним из основных показателей является статический коэффициент усиления по на­пряжению, представляющий собой отношение приращения выходного напря­жения ∆e_вых к соответствующему приращению входного напряжения ∆e_вх.

или

В общем виде ¹ обозначим входную величину через х, а выходную че­рез у. Характеристики усилителей, выражающие зависимость между выходной у и входной х величинами при установившемся режиме, могут быть весьма разнообразными. Основные виды этих характеристик представлены на рис. V. 1. Характеристика линейного усилителя, у которого выходная величина пропорциональна входной на всем интервале регулирования, показана на рис. V. 1, а. На рис. 1, б дана характеристика нелинейного усилителя, у которого в пределах рабочей зоны регулирования не соблю­дается пропорциональность между входной и выходной величинами. К ха­рактеристикам этого типа можно отнести также характеристики усилителя релейного типа (рис. V.1, в) и усилителя с различными значениями тока срабатывания и возврата (рис. V.1, г). Последняя характеристика имеет форму петли гистерезиса. Кроме того, в системах автоматического регули­рования довольно часто встречаются усилители с зоной нечувствительности и насыщением (рис. V.1, д) и с зоной нечувствительности, насыщением и петлей гистерезиса (рис. V. 1, е). Перейдем теперь к рассмотрению различных типов усилителей.

Рис. V.I. Виды статиче­ских характеристик уси­лителей