в) Электронные усилители постоянного тока

Усилителями постоянного тока называются устройства, способные усиливать сигнал сколь угодно низкой Частоты. Из рассмотренных устройств к усилителям постоянного тока можно отнести магнитные, электромашинныё и релейные усилители.

Все эти устройства, за исключением высокочастотных магнитных усилителей, обладают полосой пропускания, не превышающей нескольких десятков, реже сотен герц. Между тем в измерительной технике, технике моделирования и некоторых системах автоматического регулирования имеется потребность в широкополосных усилителях постоянного тока. Эта потребность вызвала разработку и применение электронных усилителей постоянного тока.

Однокаскадный двухтактный усилитель постоянного тока (рис. 4-49) имеет простую схему. Основным недостатком усилителя является значительный уход (дрейф) нуля. Уходом нуля усилителя называется изменение выходного напряжения, вызванное изменением тока эмиссии, изменением сопротивлений и другими подобными факторами. Уход нуля измеряется в единицах напряжения за единицу времени при типовых условиях работы усилителя. Уход нуля имеет место в усилителях всех типов, однако в электронных усилителях постоянного тока он особенно существенен.

Для уменьшения ухода нуля лампы электронных усилителей постоянного тока часто подвергаются предварительному старению и отбраковке и питаются от стабилизированных источников. Помимо этого, применяется отрицательная обратная связь с большим коэффициентом усиления («глубокая» обратная связь).

В многокаскадных электронных усилителях постоянного тока к условиям малого ухода нуля добавляются условия развязки цепей по постоянным напряжениям питания.

Необходимость нескольких источников питания с весьма высокой стабильностью напряжения, жесткие условия в отношении стабильности параметров ламп и деталей не дают возможности широко применять многокаскадные усилители постоянного тока.

В системах автоматического управления часто применяются усилители с преобразованием сигнала постоянного тока в переменный, усилением на переменном токе и последующим обратным преобразованием. Для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока могут применяться модуляторы на электронных лампах. Однако такие модуляторы дают значительный уход нуля, как и все устройства постоянного тока с электронными лампами. Это вынуждает в ряде случаев применять контактные электромеханические преобразователи, в частности вибропреобразователи. Наличие контактов, влияние вибраций и ускорений являются недостатками вибропреобразователей.

Рис. 4-49. Схема однокаскадного двухтактного усилителя постоянного тока.

Рис. 4-50. Схема триггера.

Рассмотрим еще релейные электронные усилители постоянного тока.

Релейными электронными усилителями называют усилители с электронными лампами, в которых за счет глубокой положительной обратной связи обеспечивается релейный режим работы. Такие усилители подобно обычным реле имеют разрывные характеристики. Указанные усилители называют еще триггерами или спусковыми схемами.

На рис. 4-50 представлена одна из схем релейного электронного усилителя. Входное напряжение подается на сетку левого триода, выгодное напряжение снимается с анода этого триода. Правый триод включен в цепь обратной связи. Эту цепь образуют сопротивления правый триод и сопротивления

На сетки триодов подается отрицательное смещение такой величины, что при отсутствии входного сигнала возможно положение, когда левый триод заперт, а через правый триод протекает максимальный ток. Если, при таком положении на вход усилителя подается напряжение, повышающее потенциал сетки 1, то ток в анодном сопротивлении левого триода увеличивается.

Потенциалы точек 3 и 2 при этом снижаются и анодный ток правого триода уменьшается. Уменьшение тока вызывает увеличение потенциала точки 4, а стало быть, и сетки 1. За этим следует новое увеличение тока и потенциала сетки 1. Процесс нарастания тока имеет скачкообразный характер, причем ограничение нарастания наступает за счет нелинейности характеристик ламп. Так срабатывает электронное реле. Процесс опускания, возникающий при подаче отрицательного входного напряжения, протекает аналогично и переводит усилитель в исходное положение.

Определение статической характеристики электронного релейного усилителя может быть произведено в основном так же, как для магнитного усилителя с глубокой положительной обратной связью (бесконтактное реле)! Однако имеется та особенность, что обратная связь содержит нелинейный элемент (правый триод). Построение статической характеристики электронного релейного усилителя можно осуществить следующим образом. Анодный ток является функцией напряжения на сетке

График функции при наличии отрицательного смещения представлен на рис. 4-51.

Напряжение на сетке 1 равно:

где напряжение обратной связи является функцией тока

График этой функции также изображен на рис. 4-51.

Рис. 4-51, К построению характеристики триггера.

Рис. 4-52. Характеристика триггера.

Значение тока в положениях равновесия релейного усилителя определяется как решение уравнений

Это решение дают точки пересечения кривых рис. 4-51, где пунктирные линии получаются перемещением кривой вдоль оси абсцисс на величину

В диапазоне существуют три точки пересечения и, стало быть, три положения равновесия. Однако устойчивы лишь два крайних положения. При имеется одна верхняя точка пересечения. При кривые пересекаются также в одной точке, соответствующей

Откладывая по оси абсцисс значения а по оси ординат значения соответствующие крайним точкам пересечения (устойчивым положениям равновесия), получим характеристику релейного электронного усилителя. Эта характеристика изображена на рис. 4-52. Учитывая, что — -напряжение анодного источника питания, по полученной характеристике легко найти зависимость

Существует большое число других схем электронных релейных усилителей, принцип действия которых аналогичен рассмотренному.

Время срабатывания электронных релейных усилителей в основном определяется межэлектродными емкостям и ламп, емкостями и сопротивлениями деталей схемы. Это время в сравнении с электромагнитными реле весьма мало и составляет от 0,1 до 10 мксек.

Напряжение срабатывания при тщательно подобранных параметрах схемы и высокой стабильности параметров лампы может быть снижено до 0,1 в, обычно же составляет несколько вольт. Необходимая мощность входного сигнала имеет порядок

Отсутствие контактов, весьма малое время срабатывания и малая мощность на входе обусловили широкое применение релейных электронных усилителей в системах телеуправления, регулирования, счетных устройствах и импульсной технике вообще. Особенно широко применяются триггеры в цифровых вычислительных машинах.

Поскольку выходная мощность релейных электронных усилителей обычно невелика (не превышает они иногда применяются в сочетании с обычными реле. Сопротивления (рис. 4-50) в этих случаях заменяют обмотками поляризованного или электромагнитных реле.