Усилительные элементы автоматических систем реферат

Обновлено: 30.06.2024

(Из одного вида в другой сигнал преобразуют датчики и устройства управления).

1. Виды усилителей

1.1. Электронный усилитель

Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

1.1.1. Усилитель звуковых частот

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях — до 200 кГц).

Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

1.1.2. Операционный усилитель

Операционный усилитель — (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Методы составления сметной документации, состав и виды смет

. сметного расчета в строительстве реализуется в виде сметной документации, которая является собственностью заказчика, независимо от разработчиков — составителей сметного расчета. Сметная стоимость является составной частью сметных расчетов, наиболее важным и значительным результатом разработки .

1.1.3. Измерительный усилитель (средство измерений)

Измерительный усилитель (средство измерений) — электронный усилитель, применяемый в процессе измерений и обеспечивающий точную передачу электрического сигнала в заданном масштабе.

1.1.4. Измерительный усилитель

1.2. Гидравлический усилитель

1.3. Магнитный усилитель

1.4. Релейный усилитель

Реле исторически появилось как усилитель сигнала (напряжения) в телеграфной связи, где на протяжённых линиях связи сигнал ослабевал и промежуточные реле восстанавливали (усиливали) сигнал (напряжение) для следующего участка линии. Сигнал был дискретным (включено-выключено), соответственно, и реле использовалось в качестве дискретного усилителя.

В настоящее время непосредственно для усиления сигналов реле практически не используется, а применяется для разгрузки контактов, многоконтактного переключения и гальванической развязки электроцепей, то есть, как устройство управления и защиты.

Вероятно, по аналогии с реле, устройства управления (силовой) нагрузкой, которые ничего не усиливают, также традиционно называют усилителями, к примеру, магнитный усилитель. ]

1.5. Другие виды усилителей

Существую так же оптические усилители и электромеханические усилители.

2. Типы усилителей

Активный усилитель — усиление сигнала осуществляется за счёт энергии внешнего источника: в сервоприводах (как то: гидро-, электро-, пневмоусилители) усиливается исходное механическое движение (как правило, оператора), за счёт внешней энергии. В электрических усилителях увеличивается амплитуда исходного сигнала (по напряжению и силе тока), в фотоумножителях — усиливается интенсивность исходного светового потока. В активных усилителях часто используется обратная связь: положительная — для повышения чувствительности, и отрицательная — для улучшения точности/стабильности.

Поверка электронного вольтметра В7-26 по напряжению постоянного тока

. входе усилителя постоянного тока (УПТ); УПТ; добавочные резисторы к измерительному прибору; измерительный прибор — микроамперметр; блок питания (БП). 1.3 Технические характеристики электронный вольтметр поверка погрешность . делитель ДН-518 на высокоомный делитель и далее на вход усилителя постоянного тока (УПТ). Сигнал переменного тока поступает непосредственно или через делитель ДН-519 или ДН-518 .

Мухобойка, теннисная ракетка — для сравнения — являются усилителями скорости (за счёт уменьшения силы и/или времени воздействия).

Сюда относятся все оптические системы от лупы до телескопа.

3. Смежные понятия

Примеры: умножитель напряжения, умножитель частоты, фотоэлектронный умножитель.

Данный реферат составлен на основе .

Примеры похожих учебных работ

Принцип действия ваккумных ламп с управлением током

Электрический ток в вакууме. Электронные лампы. Их применение

. ток, предельная мощность, рассеиваемая анодная, а также дополнительные параметры (наибольшее отрицательное напряжение на сетке и наибольшее сопротивление в цепи сетки). Необходимость ограничения сопротивления в цепи сетки связана с тем, .

Монтаж, наладка и эксплуатация автоматизированной системы управления соляной ванной

. частях кожуха ванны. Для облегчения футеровочных работ и чистки кожухов бортовых отсосов они выполнены из . энергетических и людских затрат, а следовательно, повышению эффективности любого производства. Целью дипломного проектирования .

Преобразователи сигналов

. DA1 и Кодовый модулятор. Преобразователь двоичного кода в напряжение переменного тока в модуляторе (рис. 7.15) построен на транзисторных ключах, которые подключают сигнал Транзисторный выключатель. Устройство (рис .

Электропривод с двигателями постоянного тока

. с напряжением сети. Двигатель оказывается включенным последовательно с сетью, ток в якоре совпадает по направлению с . независимого возбуждения в целях регулирования координат электропривода: изменение сопротивления добавочного резистора в цепи .

Виды усилителей - устройств, применяемых для усиления входных сигналов. Характеристика параметров усилителей. Преимущества магнитных усилителей. Особенности пневматических и гидравлических усилителей. Гидравлический усилитель со встроенной трубкой.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	22.01.2016
Размер файла	99,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Усилители в автоматике

Бывают: электрические и неэлектрические.

К электрическим относятся:

1. электрические усилители в состав входят полупроводниковые электронные приборы.

2. магнитные усилители, принцип действия которых основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника, который приводит к изменению величины полного сопротивления рабочей обмотки усилителя.

3. комбинированные усилители, представляющие собой усилители, в состав которых входят каскады, собранные по электронным схемам по схеме магнитного усилителя.

4. неэлектрические усилители - к ним относятся пневматические и гидравлические усилители, нашедшие широкое применение во взрыво - пожароопасных производствах (нефтеперегонные заводы, химические производства, рудники, шахты).

Основные параметры усилителей: коэффициент усиления по напряжению, току и мощности (определение в разах и децибелах); входное сопротивление усилителя; чувствительность; полоса пропускания усилителя; динамический диапазон; КПД.

Магнитные усилители

Магнитным усилителем называется электромагнитное устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, в котором используются зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов на переменном токе от величины постоянного подмагничивающего поля, созданного или изменяемого входным сигналом. Магнитные усилители являются усилителями переменного тока, а управляются сигналом постоянного тока.

Основные преимущества:

1. Высокая надежность.

2. Высокий КПД.

3. Высокая чувствительность.

Недостатки:

1. Большая инерционность.

Принцип действия основан на использовании явления насыщения ферромагнитного сердечника магнитного поля.

При подаче переменного напряжения питания по обоим полуобмоткам рабочей обмотки будет протекать ток, вызывающий магнитное поле в каждом сердечнике, а также степень его намагниченности, которая будет определять величину магнитной проницаемости сердечника. Индуктивность дросселя (1 и 2 полуобмотки) определяется по формуле:

Где - число витков,

- сечение сердечника,

- магнитная проницаемость,

- длина средней силовой линии.

Индуктивное сопротивление дросселя:

т. к индуктивность дросселя зависит от магнитной проницаемости, то в ненасыщенном состоянии сердечник будет обладать большой магнитной проницаемостью, следовательно индуктивность дросселя будет большая, а также индуктивное сопротивление будет большое, что вызовет в рабочей обмотке протекание малого начального тока. При подаче на управляющую обмотку напряжения управления, которое вызовет управляющий ток в обмотке управления и вызывающее общее магнитное поле обоих сердечников, причем в правом сердечнике оно противоположно вектору поля рабочей обмотки, а в левом совпадает с ним, что приводит к насыщению левого сердечника, а следовательно к резкому падению магнитной проницаемости в нем, индуктивности обмотки и индуктивного сопротивления.

Ток в рабочей обмотке увеличивается и определяется как отношение приложенного напряжения к полному сопротивлению дросселя и приемника и численно будет равен:

При смене полярности управляющего напряжения направление вектора магнитного поля управляющей обмотки изменяется на противоположное. При этом будет насыщаться правый сердечник. Усиление усилителя будет происходить за счет уменьшения сопротивления обмотки правого сердечника. Статическая характеристика будет проходить во втором квадрате при отрицательных токах управления симметрично характеристике в первом квадрате.

усилитель автоматика гидравлический магнитный

Усилители широко применяются как усилители высокой чувствительности малой и средней мощности в системах автоматического управления и регулирования.

Неэлектрические усилители.

1. Пневматические усилители:

2. Гидравлический усилитель.

Пневматический применяется в автомобильном, пассажирском транспорте, а также по взрыво- и пожароопасных производствах (типа сопло-заслонка) Состоит из входной и рабочей камеры, заслонки, мембраны связанной со штоком.

Гидравлический усилитель со встроенной трубкой.

Основные параметры:

Коэффициент усиления: показывает, во сколько раз U (I,R) сигнала на выходе больше, чем на входе.

KДб=20Lg Uвых/Uвх= 20 LgK K= Uвых/Uвх

KpДб= 10Lg Pвых/Pвх

Выходное сопротивление определяют между выходными зажимами при отключенном сопротивлении нагрузки

4. Полоса пропускания - наз. на обм. частот, в которой коэф. усиления изменяется не больше, чем это допустимо по тех. условиям.

5. Динамический диапазон - отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сигналов на входе усилителя

D = 20Lg Uвх max/Uвх min

6. КПД = P вых/ %

, потребляемая усилителем от всех источников питания

Подобные документы

Методы определения параметров операционных усилителей, входных токов, напряжения смещения, дифференциального входного и выходного сопротивлений, скорости нарастания выходного напряжения, коэффициентов усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

контрольная работа [151,0 K], добавлен 02.12.2010

Виды транзисторных усилителей, основные задачи проектирования транзисторных усилителей, применяемые при анализе схем обозначения и соглашения. Статические характеристики, дифференциальные параметры транзисторов и усилителей, обратные связи в усилителях.

реферат [185,2 K], добавлен 01.04.2010

Частотные и временные характеристики усилителей непрерывных и импульсных сигналов. Линейные и нелинейные искажения в усилителях. Исследование основных параметров избирательных и многокаскадных усилителей. Усилительные каскады на биполярных транзисторах.

контрольная работа [492,6 K], добавлен 13.02.2015

Изучение методов измерения основных параметров операционных усилителей. Исследование особенностей работы операционного усилителя в режимах неинвертирующего и инвертирующего усилителей. Измерение коэффициента усиления инвертирующего усилителя.

лабораторная работа [751,7 K], добавлен 16.12.2008

Основные параметры усилителей низкой частоты. Усилитель электрических сигналов - устройство, обеспечивающее увеличение амплитуды тока и напряжения. Дифференциальный коэффициент усиления. Особенности схемотехники интегральных усилителей низкой частоты.

Выходные сигналы датчиков и других элементов во многих случаях оказываются слабыми и недостаточными для приведения в действие последующих элементов систем автоматического управления, например реле, не говоря уже о таких исполнительных устройствах, как электродвигатели и тяговые электромагниты. Поэтому возникает необходимость усиления сигналов управления, измерения и контроля с помощью усилителей.

Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счет энергии N дополнительного источника питания; при этом выходная (усиленная) величина у является функцией входного сигнала х и имеет одинаковую с ним физическую природу. Усилители относятся к активным элементам автоматики (рис. 8.1, б).

В зависимости от вида энергии, получаемой от дополнительного источника питания, различают электрические, пневматические, гидравлические, механические и другие усилители.

Наиболее широкое применение находят электрические усилители, так как они обладают высокой чувствительностью, допускают сравнительно простую регулировку коэффициента усиления, хорошо сочетаются с электрическими исполнительными устройствами (двигателями, электромагнитами и т.п.).

По принципу действия электрические усилители делятся на две группы. Первую весьма большую группу составляют усилители, в основу которых положен усилительный элемент (электронная лампа, транзистор, управляемая индуктивность, управляемая емкость). В таких усилителях маломощный входной сигнал управляет передачей гораздо большей энергии от источника питания в полезную нагрузку, присоединенную к выходу усилителя. В соответствии с типом управляющего (усилительного) элемента различают ламповые, транзисторные, магнитные, диэлектрические усилители. Ламповые и транзисторные усилители часто объединяют названием электронные усилители, так как принцип их действия основан на электронных процессах в вакууме и полупроводнике.

Электронные усилители можно разделить по следующим признакам:

виду активного элемента — ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, параметрических диодах;

диапазону частот — электрометрические, постоянного тока, низкой частоты, радио- и промежуточных частот, СВЧ;

ширине полосы частот — узкополосные, широкополосные;

виду сигнала — гармонические, импульсные;

электрическому параметру — напряжение, ток, мощность;

типу нагрузки — резисторные, резонансные.

На рис. 8.2 показаны диапазоны частот различных типов усилителей.

Вторую группу составляют усилители, в которых происходит преобразование энергии питания, отличной от вида энергии выходного и управляющего сигналов. Наиболее типичным для этой группы является электромашинный усилитель, в котором механическая энергия привода преобразуется в электрическую энергию.

По характеру усиливаемых электрических сигналов различают усилители непрерывных сигналов различных величин и форм и импульсные усилители, предназначенные для усиления импульсных периодических и непериодических сигналов.

По частоте усиливаемых сигналов различают усилители переменного тока, усиливающие сигналы в полосе частот от нижней рабочей частоты f_н > 0 до верхней рабочей частоты f_в, но не усиливающие их постоянную составляющую; усилители постоянного тока, усиливающие в полосе частот от нуля (f_H = 0) до f_в как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.

Управляющий (усилительный) элемент вместе с резисторами, конденсаторами и другими деталями схемы принято называть усилительным каскадом. При недостаточном усилении сигнала одним каскадом используется соединение нескольких каскадов, выполняющих роль предварительного усиления и обеспечивающих работу мощного выходного каскада. Исходя из этого различают однокаскадные и многокаскадные усилители. Каскады нумеруются в возрастающем порядке от входа к выходу усилителя, при этом первый каскад от входа называется входным, а последний — выходным (оконечным).

Основными характеристиками и параметрами усилителей систем автоматического управления являются характеристика управления, динамические характеристики, коэффициент усиления мощности, входное и выходное сопротивления, коэффициент полезного действия (для выходных каскадов), уровень собственных шумов.

Характеристики управления усилителей (рис. 8.3) чаще всего нелинейные и могут быть, в частности, с зонами нечувствительности и насыщения; с зонами нечувствительности, насыщения и неоднозначностью; релейного типа. По форме эти характеристики аналогичны некоторым характеристикам управления, приведенным ранее. Следует отметить, что от усилителя в ряде случаев требуется существенно нелинейная (релейная) зависимость между выходной и входной величинами. В релейном режиме практически может работать любой усилитель, при этом часто используется релейный режим работы электронных и магнитных усилителей. Так, например, транзисторные усилители в релейном режиме широко применяются в системах импульсного управления электродвигателями и электромагнитными механизмами.

Характеристики усилителей

Одним из важных параметров усилителя является коэффициент усиления мощности, который в установившимся режиме определяется соотношением

где Р_вых, Р_вх — мощности выходного и входного сигналов.

Однако в ряде случаев практическое значение имеет не усиление мощности сигнала, а увеличение его уровня по напряжению или току. В связи с этим принято условное подразделение на усилители мощности, усилители напряжения, усилители тока, хотя принципиально все они являются усилителями мощности и у каждого из них P_вых > P_вх.

Для усилителей напряжения и тока соответственно различают коэффициенты усиления по напряжению и току, которые в установившемся режиме определяются соотношениями

где U_вых, U_вх, I_вых, I_вх — соответственно напряжения и токи выходного и входного сигналов.

Режим работы усилителя определяется соотношениями входного R_вх и выходного R_вых сопротивлений и сопротивлений источников сигнала R_Г и нагрузки R_H. Для усилителя напряжения R_Г > R_вых, т.е. он работает в режиме, практически близком к холостому ходу на выходе; входной и выходной его величинами является напряжение. Для усилителя тока R_Г >> R_вх, R_H U_вх, в то время как в усилителях мощности оно может и не выполняться. Однако усилитель мощности должен отдавать в нагрузку определенную мощность при соответствующей амплитуде входного сигнала.

Коэффициент усиления мощности в зависимости от принципа действия и конструкции усилителя может составлять 1. 10 7 .

Обычно коэффициент усиления является безразмерной величиной, поскольку входные и выходные величины в усилителях имеют одинаковую размерность. В некоторых случаях коэффициент усиления может иметь размерность. Например, усилители напряжения с токовым выходом характеризуются коэффициентом усиления — крутизной

Для усилителей большой мощности важным показателем является коэффициент полезного действия, представляющий собой отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к потребляемой мощности.

Динамические свойства усилителей определяются их частотными характеристиками. Обычно усилители замещаются апериодическими и колебательными звеньями. Безынерционными в устройствах автоматики в ряде случаев можно считать транзисторные усилители.

По частотным характеристикам можно оценивать вносимые усилителем нелинейные искажения — отклонения формы выходного сигнала от формы входного сигнала, обусловленные наличием в усилителе реактивных элементов.

При подаче на вход усилителя сложного периодического колебания отдельные гармонические составляющие неодинаково усиливаются им и по-разному сдвигаются во времени (т. е. по фазе). В усилителе при изменении частоты сигнала коэффициент усиления меняется как по модулю, так и по фазе из-за наличия в схеме реактивных сопротивлений. Таким образом, неодинаковое усиление различных частот и сдвиг фазы приводят к искажению формы выходного сигнала. Чаще всего усиление уменьшается на высоких и низких частотах.

При рассмотрении частотных характеристик усилителей и искажений усиливаемого сигнала вводятся понятия граничной частоты и полосы пропускания. Граничной частотой f_гр(w_гр) называется частота, при которой усиление уменьшается на заданное значение от усиления, принятого за номинальное.

Обычно принимают, что граничная частота соответствует уменьшению усиления относительно максимального значения до уровня 1/√2 = 0,707 по напряжению или току и до уровня 0,5 по мощности, т.е. в обоих случаях на 3 дБ. Граничная частота может быть верхней f_в(ω_в = 2πf_B) и нижней f_н(ω_н = 2πf_н)(рис. 8.4, а, б) в зависимости от того, по какую сторону от частоты ω₀, соответствующей максимальному значению коэффициента усиления K₀, амплитудно-частотной характеристики она расположена. Диапазон частот f_н…f_в (ω_н…ω_в)носит название условной полосы пропускания.

По виду амплитудно-частотной характеристики и полосе частот усилители подразделяют на избирательные (см. рис. 8.4, а), для которых справедливо соотношение или ω_в ≈ ω_н, и широкополосные (см. рис. 8.4, б), которые характеризуются большим превышением верхней граничной частоты над нижней: ω_в >> ω_н. В широкополосных усилителях различают области высших и низших частот, т. е. области, где существенны амплитудно- и фазочастотные искажения, а также область средних частот, где искажения невелики.

Особый класс составляют усилители постоянного тока, амплитудно-частотная характеристика которых представлена на рис. 8.4, в. Эти усилители способны воспроизводить сколь угодно медленно изменяющие сигналы.

В усилителях существуют также нелинейные искажения, обусловленные наличием в них элементов с нелинейными характеристиками (нелинейной связью тока и напряжения на одних и тех же зажимах, нелинейной зависимостью тока в одной цепи от напряжения в другой цепи и т.п.). Нелинейные искажения могут вносить, например, трансформаторы (вследствие нелинейности характеристики намагничивания материала их сердечников) и транзисторы.

При рассмотрении нелинейных искажений усиливаемого синусоидального сигнала несинусоидальный выходной сигнал можно разложить в ряд, состоящий из основной гармоники с частотой входного сигнала и ряда высших гармоник. Нелинейные искажения в усилителях гармонических сигналов оцениваются коэффициентом нелинейных искажений

где U₁, I₁, — действующие значения первых гармоник напряжения и тока на выходе; U_n, I_n — действующие значения n-ых гармоник напряжения и тока на выходе; n — номер гармоники.

Допустимое значение коэффициента нелинейных искажений определяется назначением усилителя.

Работа усилителей сопровождается собственными шумами, в состав которых входят тепловые шумы, шумы управляющих (усилительных) элементов и т.п. Шумы на выходе не должны превышать определенного уровня, т.е. некоторой заранее установленной доли от выходного сигнала, так как в противном случае выходной сигнал может получиться недопустимо искаженным.

В современных системах автоматики выражена тенденция к расширению использования полупроводниковых транзисторных усилителей, которые в наибольшей степени отвечают таким основным требованиям, предъявляемым к усилителям, как высокая надежность, большой срок службы, малогабаритность и постоянная готовность к действию.

Переходной характеристикой называется зависимость мгновенного значения выходной величины от времени при импульсном изменении входной величины (см. рис. 2.3).

Динамический диапазон определяется отношением

Как правило, во всех усилителях стремятся к созданию большого входного сопротивления и малого выходного сопротивления. Это позволяет не шунтировать входной сигнал со стороны генератора и уменьшать влияние нагрузки на параметры усилителя.

Режимы работы усилителя делятся на классы: А, В, АВ, С и Д — классы усиления сигналов.

При работе усилителя в режиме А (рис. 8.5, а) переменный ток протекает в выходной цепи в течение всего периода. От источника питания непрерывно, независимо от уровня входного сигнала, потребляется одна и та же мощность, пропорциональная току в рабочей точке. КПД усилителя при этом низкий.

Режим В (рис. 8.5, б) характеризуется тем, что ток покоя равен нулю. Угол отсечки равен 180°. Ток протекает в течение полупериода. Усилитель имеет высокий КПД. Применяется в силовых устройствах. Имеет большие нелинейные искажения.

В режиме АВ (рис. 8.5, в) угол отсечки от 180 до 360°. КПД по сравнению с режимом В выше, а нелинейные искажения меньше.

В режиме С (рис. 8.5, г) угол отсечки меньше 180°, появляются большие нелинейные искажения. Усилитель применяется в умножителях частоты.

В режиме Д (рис. 8.5, д) усилитель преобразует гармонический сигнал в импульсный.

Обратные связи в усилителях

Обратной связью называется передача сигнала с выхода на вход. Если за счет обратной связи значение сигнала на выходе увеличивается, обратная связь называется положительной. Если выходной сигнал понижается, обратная связь называется отрицательной. Обратные связи могут производиться по напряжению и току.

На рис. 8.6, а, б показаны обратные связи по напряжению, а на рис. 8.6, в, г — по току. Обратная связь по напряжению перестает действовать при коротком замыкании на выходе. Обратная связь по току перестает действовать при холостом ходе на выходе.

Во всех схемах с обратной связью коэффициент передачи усилителя

где U₁ U₂ — напряжения соответственно на входе и выходе усилителя.

Коэффициент обратной связи усилителя определяется отношением

где U_o_._c — напряжение обратной связи

Для схем, показанных на рис. 8.6, а, б, имеем:

где U₃ — напряжение на входе усилителя при наличии напряжения обратной связи U_o_._c.

Тогда коэффициент усиления каскада (коэффициент передачи)

где или K = U₂/U₃ — коэффициент усиления без обратной связи.

Отрицательная обратная связь существенно влияет на технические параметры усилителя. При наличии этой связи: уменьшаются нелинейные, частотные, фазовые искажения и шумы; повышается стабильность коэффициента передачи; уменьшается выходное и увеличивается входное сопротивления.

К недостаткам отрицательной обратной связи следует отнести уменьшение коэффициента усиления.

Положительная обратная связь применяется в генераторах для возбуждения незатухающих гармонических колебаний. Эта связь определяет стабильность частоты сигнала генератора.

Калачеевский аграрный техникум

Выходные сигналы датчиков и других элементов, как правило, очень слабые и не могут использоваться непосредственно для приведения в действие элементов систем автоматики. Выходная мощность датчиков в большинстве случаев составляет сотые, тысячные доли ватта, тогда как мощность, необходимая для управляющего органа, может достигать десятков и даже сотен киловатт. Поэтому в современных автоматических системах управления широко применяют усилительные элементы (усилители), которые нередко наряду с основным назначением усиливать мощность сигнала выполняют и функцию его преобразования в вид, более удобный для работы системы.

Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счет энергии дополнительного источника питания, при этом выходная (усиленная) величина является функцией входного сигнала и имеет одинаковую с ним физическую природу.

Усилители различают по выходной мощности, виду подводимой вспомогательной энергии, коэффициенту усиления, принципу действия, по форме характеристики, выражающей зависимость между выходной и входной величинами, и по ряду иных признаков.

Для достижения таких значений необходимо включить последовательно несколько усилителей автоматики.

Единицы измерения входных и выходных сигналов усилителей одинаковые. Ими могут быть единицы мощности (Вт; кВт), напряжения (В), тока (А), скорости (м/с), давления (Па), силы (Н) и т.д. Соответственно единицам измерения величин коэффициент усиления может быть назван коэффициентом усиления по току, напряжению, давлению, но основным считают коэффициент усиления по мощности.

Коэффициент усиления усилителей достигает тысяч, сотен тысяч и даже более раз. В электрических усилителях различают усиление по мощности, напряжению и току.

Коэффициент усиления по мощности в зависимости от принципа действия и конструкции усилителя может составлять от 1 до 10 7 .

Усилению могут подвергаться не только электрические параметры, но и другие входные величины (перемещение, скорость, усиление, давление и т. п.). Усилительный элемент совместно с резисторами, конденсаторами и другими элементами схемы называют усилительным каскадом. Если усиления сигнала одним каскадом недостаточно, применяют соединение нескольких каскадов, выполняющих роль предварительного усиления и обеспечивающих работу мощного выходного каскада. Поэтому различают однокаскадные и многокаскадные усилители, при этом в многокаскадном усилителе первый каскад от входа называется входным, а последний выходным.

Электронные усилители (ЭУ) широко применяются в системах автоматики для предварительного усиления сигналов, получаемых от датчиков. Предварительная выходная мощность усилителей на превышает 100 Вт (Ватт). К ним относятся усилители постоянного и переменного тока: ламповые, полупроводниковые, операционные, электромашинные, электромеханические и магнитные.

Полупроводниковые усилители характеризуются незначительной мощностью потребления, достаточной надежностью, высоким быстродействием, сравнительно большим коэффициентом усиления, малыми размерами и поэтому вытеснили ламповые усилители из многих сфер применения. Они могут работать на постоянном и переменном токе. По способу включения полупроводниковых триодов эти усилители делятся на три основных вида: с общей базой, с общим коллектором и с общим эмиттером.

Тиристорный усилитель. В качестве его основного усиливающего элемента используется тиристор, который в зависимости от числа выводов и назначения называется динистором, тринистором и семистором.

Динистор – это тиристор с двумя выводами (рис. 1). Для его включения необходимо, чтобы напряжение на нем превысило так называемое напряжение включения. Отключение динисторов происходит при снятии напряжения питания или уменьшении тока нагрузки до уровня тока выключения.

Рисунок 1. Схема включения тиристоров.

Тринистор – это тиристор с тремя выводами (рис. 2). Он включается при подаче напряжения включения или тока управления I_у на специальный управляющий электрод. Тринистор включается током управления I_у, сдвинутым по фазе относительно тока нагрузки I_н, с помощью специального фазосдвигающего устройства (ФСУ).

Рисунок 2. Статическая деформация тиристоров.

Рисунок 3. Диаграмма токов работы тиристора.

Отключение тринистора происходит при изменении полярности его напряжения питания или уменьшении тока нагрузки I_н до значения тока выключения. При питании тринистора переменным током (рис. 3) напряжение питания в течение каждого полупериода проходит через нуль, что создает естественные условия для отключения тиристора.

Семистор – это тиристор с четырьмя выводами. В нем предусмотрена возможность управлять переключением цепи переменного тока в течение положительного и отрицательного полупериодов переменного напряжения.

Магнитный усилитель представляет собой электромагнитный аппарат, принцип действия которого основан на зависимости магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника с катушкой переменного тока от подмагничивающего действия постоянного тока.

Чем больше постоянный ток в обмотке управления, тем сильнее магнитный поток, создаваемый обмоткой управления, а следовательно, тем выше насыщение сердечника. При этом магнитная проницаемость сердечника уменьшается, что приводит к снижению индуктивности рабочих обмоток, падению их реактивного сопротивления и увеличению тока нагрузки. Таким образом, незначительные изменения постоянного тока управления в подмагничивающей обмотке вызывают весьма существенные изменения переменного тока в рабочей обмотке. В этом и заключается эффект усиления магнитного усилителя. Характеристика магнитного усилителя – это зависимость тока нагрузки от подмагничивающего постоянного тока.

Преимущества магнитных усилителей: простое устройство, высокие коэффициент усиления, КПД, надежность и большой срок службы, отсутствие подвижных частей, нечувствительность К. температуре, ударам и вибрационным нагрузкам.

К недостаткам усилителей относятся большие габаритные размеры, масса и инерционность. Из-за больших постоянных времени они применимы только для усиления низкочастотных сигналов.

Гидравлические и пневматические усилители применяют в автоматических системах для усиления сигналов по мощности. Принципиальные схемы таких усилителей практически не отличаются одна от другой. Если в гидравлических усилителях перемещение исполнительного органа происходит под действием жидкости, поступающей от специального насоса, то в пневматических рабочей средой является воздух, нагнетаемый специальным компрессором. В сельском хозяйстве гидравлические усилители используют чаще, чем пневматические (например, в гидравлическом оборудовании автомобилей, тракторов, комбайнов, при управлении навесными машинами и др.). Различают два класса гидравлических усилителей: дроссельные и струйные.

Читайте также: