ГЛАВА V. МАГНИТНЫЕ И МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ
В настоящей главе рассматриваются принципы действия основных типов магнитных усилителей, их принципиальные схемы, статические и динамические характеристики и некоторые типичные примеры применения. Большое внимание уделяется гибридным магнитно-полупроводниковым усилителям. Они обладают основными преимуществами как магнитных, так и полупроводниковых усилителей.
Основные технические характеристики магнитных и магнитнополупроводниковых усилителей приведены в табл. V.I.
Таблица V.1 (см. скан) Основные технические характеристики магнитных и магнитно-полупроводниковых усилителей
Продолжение табл. V.1 (см. скан)
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Магнитные усилители (МУ) могут быть подразделены на группы в зависимости от принципа построения, функциональных характеристик и области применения. Первую большую группу образуют управляемые дроссели и трансформаторы, часто называемые магнитными усилителями без обратной связи. Они являются наиболее простыми типами магнитных усилителей и часто состоят лишь из одного или нескольких сердечников, снабженных необходимыми обмотками. К их функциональным особенностям относится то, что в большинстве случаев они являются источниками тока. При этом величина тока нагрузки относительно мало зависит от сопротивления нагрузки, а коэффициент усиления по току отличается высокой стабильностью. Однако им свойственна большая инерционность.
Вторую группу образуют магнитные усилители с самонасыщением, отличающиеся тем, что путем включения диода последовательно с каждой рабочей обмоткой усилителя, процессы, происходящие в сердечниках, четко разделяются в каждом периоде питающего напряжения на два этапа: управления, когда под действием входного сигнала происходит управление магнитным состоянием сердечника при практически обесточенной рабочей обмотке, и считывания, когда к рабочей обмотке и нагрузке через диод приложено питающее напряжение. Та часть напряжения, которая оказывается приложенной к нагрузке, зависит от степени изменения магнитного состояния сердечника на предыдущем этапе под действием входного сигнала. Магнитные усилители с самонасыщением имеют большее усиление, лучшие динамические характеристики и более высокий к. п. д., чем усилители первой группы. Однако они
отличаются меньшей стабильностью коэффициента усиления и являются источниками напряжения, которые характеризуются тем, что напряжение на нагрузке относительно мало зависит от сопротивления нагрузки.
Усилители второй группы могут быть построены по быстродействующим схемам, отличающимся тем, что их инерционность характеризуется лишь наличием чистого запаздывания в один полу-период питающего напряжения. Они также находят применение в качестве бесконтактных реле, осуществляемых путем введения дополнительной положительной обратной связи.
Усилители обеих групп могут быть выполнены однотактными (нереверсивными), двухтактными (реверсивными) с выходом как на переменном, так и на постоянном токе.
Третью группу образуют магнитно-полупроводниковые усилители. При этом находят применения как схемы, где магнитные усилители используются в качестве первого каскада, так и схемы, где они служат «мощным» выходным каскадом. Магнитный усилитель по существу является модулятором, в котором ток нагрузки представляет собой переменный ток, модулированный сигналом. Для получения в нагрузке магнитного усилителя сигнала постоянного тока, нагрузка должна быть подключена к выходу магнитного усилителя через выпрямитель. При усилении сигналов переменного тока, как и в обычных радиотехнических устройствах с амплитудной модуляцией, необходимо, чтобы частота источника питания (несущая частота), по крайней мере, в 5—10 раз превышала максимальную частоту усиливаемого сигнала.
Основными компонентами МУ являются магнитные сердечники с обмотками и полупроводниковые выпрямители, поэтому МУ обладают высокой надежностью.
Область применения магнитных усилителей определяется следующими свойствами усилителей: высокой надежностью, возможностью питания непосредственно от сети переменного тока, возможностью суммирования неограниченного числа входных сигналов на гальванически развязанных входных обмотках, большой перегрузочной способностью по входу и выходу, возможностью сочетания функции усиления с функциями амплитудного, фазного или широтно-импульсного модулирования, высокой стабильностью нуля и др.
В системах автоматического регулирования схемы МУ могут выполнять следующие функции: усиления слабых сигналов, поступающих от разного рода датчиков; преобразования усиливаемых сигналов постоянного тока в модулированные колебания с целью их дальнейшего усиления при помощи электронных или транзисторных усилителей; усилителей следящих систем и управления приводами исполнительных механизмов; решающих элементов, выполняющих операции суммирования, интегрирования, дифференцирования, умножения и др.; стабилизации напряжения и частоты вспомогательных источников питания и др.
Существенным недостатком МУ является значительная постоянная времени (инерционность) по сравнению с электронными и транзисторными усилителями, обусловленная индуктивностью обмоток. Однако создание новых высококачественных сплавов и новых схем магнитных усилителей позволило значительно уменьшить их инерционность при заданном коэффициенте усиления. Благодаря этому расширилась область применения магнитных усилителей. Так, например, они используются также в цифровых вычислительных машинах и счетно-решающих аналоговых управляющих устройствах, автопилотах и т. д.
Транзисторные усилители обладают лучшими динамическими характеристиками, более низкой стоимостью в производстве, высоким к. п. д. и надежностью. Однако они уступают МУ по стабильности характеристик при усилении сигналов постоянного и медленно изменяющегося тока, поэтому наиболее приемлемым решением поставленной задачи может стать их совместное применение, которое позволяет максимально использовать достоинства магнитных и транзисторных усилителей [7].
