Усилители с выходным переменным током

Дифференциальная схема реверсивного магнитного уси­лителя без обратной связи показана на рис. 24.3. Два одинаковых однотактных усилителя и с последовательно соединенными рабочими обмотками питаются от вторичной обмотки диф­ференциального трансформатора . Нагрузка включена меж­ду средними точками вторичной обмотки трансформатора и рабочих обмоток усилителей и . Применяя принцип и в нагрузке появляется ток . При перемене полярности тока управления магнитные усилители как бы меняются местами: уменьшается, а возрастает. В итоге фаза выходного тока изменяется на . Следует обратить внимание на то,

что, поскольку речь идет о переменных токах, ток нагрузки факти­чески представляет собой не алгебраическую, а геометрическую (векторную) разность.

Заметим, что короткозамкнутый контур, создаваемый обмотка­ми смещения (как и любой другой обмоткой) увеличивает инер­ционность усилителя, т. е. затягивает продолжительность переход­ного процесса. Для того чтобы уменьшить это вредное влияние, сопротивление контура увеличивают за счет дополнительных посто­янных сопротивлений

Существенным недостатком дифференциальной схемы реверсив­ного усилителя по рис. 24.3 является наличие трансформатора От этого недостатка свободна мостовая схема реверсивного уси­лителя.

Данная схема также содержит четыре сердечника, причем об­мотки управления и смещения выполняются так же, как и в диф­ференциальной схеме, а рабочие обмотки соединяются в схему моста, как показано на рис. 24:4. В одну диагональ моста (между точками а и б) подводится напряжение источника питания , а в другую диагональ моста (между точками в н г) включается па-грузка . При отсутствии тока управления ( ) индуктивные сопротивления всех рабочих обмоток одинаковы и мост урав­новешен, т. е. ток в цепи нагрузки отсутствует ( ). Так же как и в дифференциальной схеме, при подаче управляющего сиг­нала ( ) подмагничивающее поле обмоток управления скла­дывается с полем обмоток смещения в одной паре сердечников, а в другой паре-вычитается из него. Таким образом, индуктивное со­противление одной пары рабочих обмоток, включенных в противо­положные плечи моста, уменьшается, а индуктивные сопротив­ления другой пары рабочих обмоток соответственно В других про­тивоположных плечах моста увеличиваются. В результате баланс моста нарушается и через нагрузку протекает ТОК. Направле­ние тока нагрузки определяется полярностью тока управления, т. е. при изменении полярности сигнала фаза тока нагрузки меняется на 180°. Поэтому статическая характеристика мостовой схемы, так же как и дифференциальной, имеет вид, показанной на риг. 24.1.

Не требуется отдельного трансформатора и в так называемой трансформаторной схеме реверсивного магнитного усилителя. Эта схема работает аналогично дифференциальной, но отличается уд­военным количеством рабочих обмоток. Половина этих обмоток вы­полняет функции первичных обмоток трансформатора и включает­ся на напряжение питания . Другая половина этих обмоток вы­полняет функции вторичных обмоток трансформатора и питает на-

ложения, можно рассматривать ток через нагрузку как разность двух токов: и При отсутствии входного сигнала ( ) токи и должны быть равны. Они определяются смещением, т. с. на­чальным подмагничиванием за счет постоянного тока, протекающе­го по обмоткам смещения . Для балансировки (установки нуля) реверсивного усилителя при служит регулировочный резистор

. Дело в том, что изготовить два однотактных магнитных уси­лителя с. абсолютно одинаковыми характеристиками практически невозможно, поэтому путем регулировки смещения обеспечивают равенство токов и при . Обычно не удается добиться одновременно равенства и амплитуды и фаз этих токов, поэтому да­же при по нагрузке проходит ток небаланса ( ).

Обмотки смещения и управления однотактных усилителей и включены таким образом, что при подаче управляющего сиг-

нала в одном усилителе напряженность поля управления и сме­щения складываются, а в другом — вычитаются. В итоге ток од­ного усилителя возрастает, а ток другого усилителя уменьшает грузку. Таким образом, сердечники магнитного усилителя одно­временно являются и сердечниками трансформатора.

Сопоставление дифференциальной, мостовой и трансформатор­ной схем показывает, что с точки зрения коэффициента усиления и отдаваемой мощности они примерно одинаковы. Но наиболее простой является мостовая схема, которая и находит наибольшее применение. Однако применять ее можно лишь тогда, когда напря­жение питания на 20—30% превышает требуемое максимальное напряжение на нагрузке. В других случаях применяют трансфор­маторную или дифференциальную схему реверсивного магнитного усилителя.

§ 24.3. Реверсивные магнитные усилители с выходным постоянным током

В реверсивном магнитном усилителе с выходным посто­янным током при изменении полярности входного сигнала ток в нагрузке меняет направление на обратное. Такие усилители выпол­няются по дифференциальной схеме, т. е. ток в нагрузке представ­ляет собой разность двух выпрямленных токов. Ре­версивный усилитель вы­полняется в виде двух однотактных (нереверсивных) усилителей с выпрямителя­ми в цепях рабочих обмо­ток. На рис. 24.5 приведена одна из возможных схем ре­версивного усилителя с вы­ходным постоянным током. Рассмотрим отдельно цепь постоянного тока (рис. 24.6, а). Для того чтобы токи каждого из однотактных усилителей и протека­ли через нагрузку во встречных направлениях, диодные выпрямительные мосты должны быть соеди­нены последовательно. Однако при таком соединении образуется шунтирующая цепь, через которую может проходить ток, минуя на­грузку. Через нагрузку проходит только часть тока рабочих обмо­ток, определяемая соотношением сопротивлений нагрузки и диод­ного моста. Это существенно снижает максимальную мощность в нагрузке. Для увеличения тока в нагрузке последовательно с вы­прямительными мостами включаются балластные сопротивления . На рис. 24.6, б показаны зависимости при наличии балластных сопротивлений ( ) и без них ( ). При возрастает максимальный ток в нагрузке, но нарастание функции происходит не так быстро, как при . Таким образом, если необходимо иметь усилитель с высоким коэффициентом усиления при малых сигналах управления и с ограничением ве­личины выходного сигнала (например, при использовании в ка­честве нагрузки измерительного прибора), то используется схема

без балластных сопротивлений. Если же требуется получить мак­симальную мощность на выходе и линейную характеристику в ши­роком диапазоне входных сигналов, то необходимо использовать балластные сопротивления. При соединении балластных сопротив­лений по схеме (рис. 24.6,о) к нагрузке прикладывается разность выпрямленных Напряжений однотактпых усилителей.

Для получения максимальной мощности в нагрузке необходи­мы определенные соотношения между сопротивлениями , и полным сопротивлением рабочих обмоток при максимальном подмагничивании. Для схемы по рис. 24.6, а

Для схемы по рис. 24.6, в

Важно отметить, что даже при таком оптимальном соотношении между сопротивлениями КПД реверсивного магнитного усилителя с выходным постоянным током не превышает 17%. Это означает, что мощность каждого из однотактных усилителей, входящих

в состав реверсивного усилителя, должна быть, по крайней мере, в шесть раз больше требуемой мощности в нагрузке. Из-за этого

недостатка схемы (рис. 24.5 и 24.6) применяют лишь для маломощных усилителей.

Для более мощных усилителей ис­пользуются схемы, в которых пре­дусмотрены меры по увеличению КПД. Один из возможных способов — замена балластных сопротивлений по­лупроводниковыми триодами (рис. 24.7).

Управляющее напряжение, подава­емое на базу транзисторов и с делителя напряжения и , пропорционально выходному напряжению соответствующего однотактного усили­теля и при его увеличении открывает соответствующий триод. Ток в нагрузке при замене балластных сопротивлений транзисторами увеличивается почти в 2,5 раза, а выходная мощность — почти в 6 раз.