4-20. Основные сведения об усилителях

В автоматических потенциометрах применяются усилители переменного тока, снабжаемые входным устройством для преобразования напряжения небаланса постоянного тока, поступающего с измерительной схемы прибора на вход его, в напряжение переменного тока частотой 50 Гц. Входное устройство таких усилителей состоит из вибропреобразователя и входного трансформатора,

Усилители переменного тока, применяемые в автоматических уравновешенных мостах снабжаются только входным трансформатором.

Входное устройство усилителей служит одновременно для согласования с помощью входного трансформатора сопротивления измерительной схемы прибора с сопротивлением усилителя напряжения и в некоторых случаях для гальванической развязки измерительной схемы от «земли».

Рис. 4-20-1. Структурная схема усилителя.

Такие важные показатели усилителя, как помехоустойчивость и уровень внутренних шумов, в основном определяется входным устройством.

В автоматических потенциометрах и других вторичных приборах прежних разработок, применяющихся в различных отраслях промышленности, использовались электронные ламповые усилители типа (или УЭ) и (или УМ). В приборах новых разработок типа и других, выпускаемых в настоящее время, применяют полупроводниковые усилители типа а в некоторых модификациях этих приборов используются электронные ламповые усилители

На рис. 4-20-1 показана структурная схема усилителя, состоящего из следующих элементов: 1 — входного устройства; 2 — усилителя напряжения; 3 — усилителя мощности; 4 — реверсивного двигателя (нагрузка усилителя); 5 — силового трансформатора; 6 — выпрямителя; устройства отрицательной обратной связи. Обратная связь в усилителе позволяет обеспечить заданные динамические свойства прибора.

Входное устройство усилителей с входным напряжением постоянного тока. Входное устройство этого типа, служащее для преобразования нескомпенсированного напряжения постоянного тока, возникающего вследствие разбаланса измерительной схемы прибора, в напряжение переменного тока частотой 50 Гц, состоит из вибрационного преобразователя входного трансформатора и конденсатора

Вибрационный преобразователь являющийся типовым для всех усилителей (рис. 4-20-3), представляет собой однополюсный поляризованный переключатель на два положения. Он состоит из постоянного магнита 6; обмотки (катушки) возбуждения 7, питаемой переменным током частотой 50 Гц, напряжением 6,3 В от вторичной обмотки силового трансформатора усилителя; якоря из магнитомягкой стали 5, который прикреплен к верхнему концу плоской бронзовой пластины 3.

Рис. 4-20-2. Входное устройство усилителя с входным напряжением постоянного тока.

Рис. 4-20-3. Вибрационный преобразователь типа

Катушка возбуждения закрыта экраном 4. Нижний конец плоской пластины закреплен в скобе 10, а верхний ее конец с якорем, проходящим внутри катушки возбуждения, находится над полюсами постоянного магнита. При прохождении тока через катушку возбуждения якорь пластины вибрирует с частотой тока питания. При этом расположенные в нижней части пластины якоря плоские платиноиридиевые контакты 1 касаются поочередно неподвижных платиноиридиевых игольчатых контактов 2, укрепленных на пружинных держателях. Для регулировки режима работы и расстояния между каждым из игольчатых контактов и плоскими контактами пластины якоря служат винты 8.

Для подведения питания к катушке возбуждения, а также для соединения пластины якоря и игольчатых контактов со схемой

служат пять токоподводящих штырей. Шестой штырь вибрационного преобразователя служит для соединения с корпусом прибора стойки 9. Кроме того, имеется центральный штырь — ключ 12, который служит для правильной ориентировки при установке вибрационного преобразователя. Все штыри, впрессованы в пластмассовый цоколь 11. Вибрационный преобразователь закрывается кожухом из магнитомягкой стали (на рис. 4-20-3 кожух не показан).

Напряжение небаланса с измерительной схемы прибора подводится через зажим 1 к пластине якоря ВП и через зажим 2 к средней точке первичной обмотки входного трансформатора (рис. 4-20-2). Если компенсирующее напряжение измерительной схемы прибора больше измеряемой термо-э. д. с. термометра, то ток во входном устройстве (рис. 4-20-2) пойдет в направлении, указанном сплошной стрелкой, в течение полупериода, когда замкнуты контакты 4 и 5 и пунктирной в течение полупериода, когда замкнуты контакты 4 и 6. Если полярность сигнала изменится на обратную то направление тока тоже изменится на обратное, и токи в первичной обмотке входного трансформатора потекут от средней точки к краям обмотки. При наличии напряжения небаланса в измерительной схеме прибора через первичную обмотку входного трансформатора попеременно проходит ток то в одном, то в другом направлении, создавая в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле, которое индуцирует во вторичной его обмотке переменное напряжение с частотой тока питания обмотки возбуждения Фаза вторичного напряжения трансформатора либо совпадает с фазой напряжения питания, либо противоположна ей, в зависимости от знака напряжения небаланса.

Для защиты от внешних магнитных полей входной трансформатор, выполненный на пермаллоевом сердечнике, заключен в двойной пермаллоевый экран. Обмотки трансформатора разделяют два электростатических экрана: плавающий экран выведен на контакт 3 или специальный наконечник входного жгута, экран вторичной обмотки заземляется. При включении источника переменной э. д. с. емкостные токи между первичной обмоткой трансформатора и корпусом усилителя проходят не через обмотки трансформатора, а между экранами, и на вторичной обмотке трансформатора не будет наводиться паразитная э. д. с. Существуют различные модификации входных трансформаторов, обеспечивающие заданные значения входного сопротивления усилителей.

Вторичная обмотка входного трансформатора и емкость образуют резонансный контур, что повышает избирательные свойства входного устройства на частоте 50 Гц и его помехоустойчивость.

Коэффициент трансформации входного трансформатора равен в зависимости от модификации 10—17.

Электронный ламповый усилитель. Рассмотрим в качестве примера ламповый усилитель применяемый в некоторых модификациях автоматических потенциометров типа КСП4. Усилитель (рис. 4-20-4) содержит входное устройство, усилитель

напряжения, усилитель мощности (выходной каскад), силовои трансформатор выпрямитель и переходный трансформатор Нагрузкой усилителя является обмотка управления реверсивного двигателя шунтированная конденсатором емкостью

Питание усилителя осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В. Мощность, потребляемая усилителем из сети, не превышает

Рис. 4-20-4. (см. скан) Принципиальная схема электронного усилителя типа

Усилитель напряжения содержит три унифицированных каскада усиления напряжения, выполненных на двойных триодах с большим коэффициентом усиления типа Каскады усиления напряжения работают с автоматическим смещением. Левая и правая половины лампы включены параллельно, образуя третий каскад усиления напряжения.

Для снижения сеточного тока при перегрузках 3-го каскада усилителя по входному напряжению в сеточную цепь лампы введен ограничительный резистор

В усилителях типа применен однотактный выходной каскад усиления мощности, выполненный на лучевом тетроде Поскольку выходной каскад питается пульсирующим током частотой 100 Гц, то в выходном сигнале и в обмотке управления реверсивного двигателя появляется небольшая постоянная составляющая напряжения.

Усилитель мощности и третий каскад усиления напряжения охвачены отрицательной обратной связью (резисторы Сигнал обратной связи зависит от частоты вращения ротора реверсивного двигателя, включенного на выходе усилителя, и его значение можно изменять с помощью переменного резистора Это позволяет воздействовать на процесс успокоения всей следящей системы прибора. Для получения э. д. с., пропорциональной частоте вращения ротора реверсивного двигателя, в выходной блок усилителя введен тахометрический мост.

состоящий из резисторов и конденсаторов Управляющая обмотка реверсивного двигателя также является одним из плеч этого моста, а конденсатор шунтирующий эту обмотку, включен в диагональ его. Тахометрический мост настроен на частоту 50 Гц и рассчитан так, что балансировка его не нарушается и на остальных частотах в пределах всей полосы пропускания усилителя.

Благодаря наличию тахометрического моста в цепь обратной связи поступает в основном напряжение с управляющей обмотки двигателя, а напряжение, имеющееся на выходе усилителя, в значительной степени подавляется. Для гальванической развязки по постоянному току в каскаде усилителя мощности применен переходный трансформатор с соотношением витков в обмотках Этот трансформатор, выполненный на пермаллоевом сердечнике, имеет большое входное сопротивление, что позволяет уменьшить нагрузку тахометрического моста.

При правильной настройке усилителя указатель прибора при ступенчатом изменении сигнала на входе должен устанавливаться на новом значении, сделав не более двух полуколебаний возле нового положения равновесия, а размер первого выброса не должен превышать 1% длины шкалы. При настройке усилителя прибора пользуются регулятором чувствительности (усиления) и регулируемым резистором обратной связи При регулировке успокоения указателя потенциометра необходимо руководствоваться заводской инструкцией.

Обмотка (зажимы 1 к 4) силового трансформатора служит для питания измерительной схемы прибора.

Ниже приведены основные технические характеристики усилителей УЭД1-03 и УПД1-03:

(см. скан)

Под порогом чувствительности усилителя понимается напряжение, численно равное алгебраической полуразности минимальных напряжений на входе, при которых усилитель отдает реверсивному двигателю 0,05 номинальной выходной мощности при положительном и отрицательном знаках нагрузочного момента на валу двигателя. Под выходной мощностью усилителя понимается мощность, создающая вращающий момент на валу двигателя, при напряжении на входе, равном -кратному порогу чувствительности.

Уровень внутренних шумов основной частоты, приведенный ко входу усилителя (смещение нуля), есть напряжение, численно равное алгебраической полусумме минимальных напряжений на входе, при которых вал двигателя без нагрузки начинает вращаться в одну или другую сторону от положения равновесия в зависимости от размера и фазы подаваемого на вход компенсирующего напряжения.

Усилители полупроводниковые. Усилители полупроводниковые, применяемые в автоматических потенциометрах типа имеют шифр УПД1, а в автоматических уравновешенных мостах типа шифр УПД2.

На рис. 4-20-5 показана принципиальная электрическая схема полупроводникового усилителя типа состоящего из следующих узлов: входного устройства, усилителя напряжения, усилителя мощности и источника питания. Нагрузкой усилителя является обмотка управления реверсивного двигателя

Усилитель напряжения состоит из пяти каскадов. Первые четыре каскада выполнены на транзисторах по схеме с общим эмиттером и

(кликните для просмотра скана)

разбиты на две группы, связанные между собой через конденсатор связи Пятый каскад выполнен по схеме составного эмиттерного повторителя с применением транзисторов различного типа проводимости Питание каскадов усилителя напряжения осуществляется от двухполу пер йодного выпрямителя, выполненного на диодах Стабилизация напряжения производитсяс помощью стабилитронов

Регулируемый резистор служит для регулировки чувствительности (усиления) усилителя, а резистор является регулятором обратной связи, сигнал которой в приборах с временем прохождения указателя всей шкалы более 2,5 с поступает непосредственно с выхода усилителя (через ограничительный резистор а в приборах с временем прохождения указателя всей шкалы 2,5 с и менее — с выхода тахометрического моста, включаемого в выходную цепь усилителя.

Усилитель мощности выполнен по схеме последовательного баланса с включением транзисторов и Та по схеме с общим эмиттером.. Связь усилителя мощности и усилителя напряжения выполнена через переходный трансформатор Питание усилителя мощности осуществляется от выпрямителя, выполненного на диодах

Обмотка II (зажимы 1 и 4) силового трансформатора служит для питания измерительной схемы прибора. Конденсаторы включенные параллельно управляющей обмотке реверсивного двигателя типа имеют то же назначение, что и конденсатор в рассмотренной выше схеме.

Усилитель УПД2, применяемый в автоматических уравновешенных мостах отличается от усилителя УПД1 входным устройством, которое состоит только из входного трансформатора.

Основные технические характеристики усилителя и электронного лампового усилителя одинаковы.