10.3.3. Усилители и переключатели

Усилители предназначены для увеличения (от вспомогательного источника питания) мощности сигнала на выходе измерительной части системы автоматического управления, так как в большинстве случаев она недостаточна для приведения в действие исполнитель­ных устройств. Назначение и место усилителей в системе авто­матического управления обусловливает и предъявляемые к ним требования. Так, для усилителя в измерительной цепи главным па­раметром является стабильность характеристики, большой частот­ный диапазон и отсутствие искажения сигнала, а для выходного кас­када усиления — КПД и выходная мощность.

Наряду с обычными усилителями в системах автоматического управления используют усилители-преобразователи, осуществляю­щие преобразование постоянного тока в переменный, и операцион­ные усилители, осуществляющие моделирование различных матема­тических операций (суммирование, дифференцирование, интегриро­вание и т. д.).

В электрических системах используют электронные, электромаг­нитные и при больших мощностях электромашинные, а в неэлек­трических — механические, пневматические и гидравлические уси­лители.

Электронные усилители делят на ламповые и полу­проводниковые. В связи с тем, что полупроводниковые усилители не требуют энергию и время на подогрев, имеют меньшие габариты, массу, значительный срок службы и обладают достаточно высокой механической прочностью и надежностью, они практически вытес­нили электровакуумные лампы. К отличительным особенностям полупроводниковых усилителей следует отнести также эконо­мичность, мгновенную готовность к работе, высокий коэффициент усиления и большой диапазон усиливаемых частот, а также вибро- и ударостойкость. По виду усиливаемого сигнала усилители делятся на усилители тока (переменного и постоянного) и напряжения, а по числу каскадов на одно- и многокаскадные. По принципу действия их классифицируют на усилители дискретного (релейного) и анало­

гового действия. При этом в по­следние годы осуществляется интенсивный переход к инте­гральным схемам.

В схемах электронных усили­телей могут использоваться раз­личные виды обратных связей (рис. 10.16). При этом цепь об­ратных связей может охватывать

как отдельные каскады (местная обратная связь — МОС), так и все каскады усилителя (общая обратная связь — ООС).

Некоторые вещества, такие^сак германий, кремний к другие, яв­ляясь одновременно и проводниками, и диэлектриками, называют полупроводниками, на их основе выпускают транзисторы, тиристо­ры, диоды и различные интегральные схемы. Полупроводниковые усилители и преобразователи широко используют в силовых датчиках, самопишущих приборах и т. п.

Рис. 10.16. Обратные связи в усилителях

В общем случае полупроводниковый усилитель состоит из входного устройства ВУ, многокаскадного усилителя напряжения УН, усилителя мощности УМ, источника питания ИП и цепи об­ратной связи ОС (рис. 10.17). При этом усилители переменного то­ка содержат только входной трансформатор Т, а постоянного тока — еще и вибропреобразователь ВП. В процессе работы уси­лителя входной сигнал напряжения постоянного тока U_Bх преобра­зуется с помощью ВП в пульсирующее напряжение и через трансформатор Т подается в пятикаскадный усилитель напряже­ния переменного тока УН. Затем усиленные сигналы поступают в усилитель мощности УМ, а из него U_Bb,x направляется в цепь ис­полнительного органа. Через цепь обратной связи ОС выходной сигнал возвращается на вход третьего каскада усилителя напряже­ния. Источник питания ИП состоит из силового трансформатора и двух выпрямителей, один из которых питает усилитель напряже-

Р и с. 10.17. Структурная схема усилителя

Рис. 10.18. Электромагнитный проницаемости ферромагнитных усилитель материалов в зависимости от

величины постоянного подмаг- ничивающего поля. Простей­шим электромагнитным усилителем (рис. 10.18) является обычный дроссель с подмагничиванием, в котором обмотка управления питается напряжением постоянного тока, а рабочая и'р подключена последовательно с сопротивлением нагрузки R_H к источнику напряжения переменного тока. Эффект усиления при работе электромагнитного усилителя осуществляется следующим образом. При подаче сигнала управления U_y магнитная индукция сердечника магнитного усилителя увеличивается, а магнитная проницаемость уменьшается. При этом изменяется индуктивность катушки и уменьшается индуктивное сопротивление рабочей ка­тушки, что ведет к возрастанию тока нагрузки I».

Электромашинные усилители используют для управления и регулирования частоты вращения в автоматизирован­ных электроприводах постоянного тока. Простейшие усилители представляют собой систему из вспомогательного двигателя и гене­ратора постоянного тока с независимым возбуждением. Управление напряжением генератора осуществляется изменением тока в обмот­ке возбуждения. При этом выходная величина мощности может в 100 раз превышать входную, затрачиваемую на управление работой усилителя. Электромашинные усилители с поперечным магнитным полем, в котором для возбуждения выходного каскада используется магнитный поток поперечной реакции якоря, получили наиболее широкое распространение. Эти усилители позволяют иметь усиле­ние на выходе до 10 тыс. раз.

В качестве переключателей в системах автоматики используют большое количество электромагнитных реле клапанного типа с втяжным или поворотным якорем, работающих как на переменном, так и на постоянном токе.

Пневматические и гидравлические усилители обычно выполняются заодно с исполнительными элементами и рас­смотрены в п.п. 10.3.5.