Электронные усилители. 
Средства автоматизации и управления

Простейший однокаскадный электронный усилитель на базе одного усилительного элемента — транзистора или усилительной электронной вакуумной лампы — уже рассматривался выше при описании электронного контактного датчика и фотореле.

Для схем автоматики и управления различными объектами в машиностроении большой интерес представляет так называемый фазочувствительный электронный усилитель. В таком усилителе информация кодируется сдвигом фазы напряжения управляющего гармонического сигнала ?/₀ относительно другого гармонического сигнала U_wi называемого опорным. Амплитуды управляю;

Рис. 7.5. Принципиальная схема однополупериодного фазочувствительного.

усилителя щего и опорного сигналов остаются при этом неизменными, что делает подобные системы более помехоустойчивыми. Датчики, используемые в механообработке, изменяют именно фазовый угол снимаемого с них напряжения. Таковы резольверы и индуктосины, а также все датчики, основанные на изменении их емкости, индуктивности или активного сопротивления, в том числе различного рода резистивные датчики.

Схема простейшего однополупериодного фазочувствительного усилителя приведена на рис. 7.5. Работает эта схема следующим образом (см. графики на рис. 7.6). Транзистор V пропускает ток нагрузки только тогда, когда на его коллектор подается отрицательное напряжение. Это происходит только в течение одного полупериода опорного напряжения U_m.

Ток нагрузки /_н определяется не только мгновенным значением и полярностью коллекторного напряжения, но также полярностью и мгновенным значением напряжения U₆ на базе транзистора. При = 0 напряжение на базе транзистора (/_б = О и амплитуда тока нагрузки /_и будет определяться нулевым током базы (кривая 1 на рис. 7.6). Величину этого тока устанавливают при регулировке усилителя подбором величины резистора R.

Если напряжение на базе U_6l отрицательное, т. е. совпадает по фазе (ср = 0°) с опорным напряжением, то транзистор открывается и амплитуда тока в нагрузке /_и максимальна (кривая 2 на рис. 7.6).

Рис. 7.6. Токи и напряжения в однополупериодном фазочувствительном.

усилителе Если в тот полупериод, когда отрицательно, U₆₂ положительно, т. е. входной сигнал и опорное напряжение находятся в противофазе (<�р = 180°), амплитуда тока нагрузки /_н становится минимальной (кривая 3 на рис. 7.6).

Если этот сдвиг фаз между опорным и входным напряжением равен какому-либо промежуточному значению между 0 и 180^е, например 90^е, что соответствует напряжению на базе (/_б3 (см. рис. 7.6), то четверть периода напряжение на базе будет увеличивать силу тока в нагрузке, а четверть периода — уменьшать (кривая 4).

Недостатком такой схемы, как и всех однополупериодных схем переменного тока, является то, что ток через нагрузку протекает только в течение одного полупериода, а во время второго полупериода нагрузка отключена.

Значительно чаще применяется двухполупериодный фазочувствительный усилитель. Его схема приведена на рис. 7.7 и работает следующим образом (см. рис. 7.8). Относительно средней.

Рис. 7.7. Схема двухполупериодного фазочувствительного усилителя.

точки вторичной обмотки трансформатора Т₂ напряжения ?/, и U₂ имеют вид, показанный на рис. 7.8, а. Напряжение ?/, по фазе совпадает с опорным напряжением, а напряжение U₂ находится ему в противофазе. Выходным сигналом является разность токов /, и /₂. В примере, приведенном на рис. 7.8, она порождает разность магнитных потоков в обмотке возбуждения W_y вспомогательного двигателя М, подключенной в качестве нагрузки.

Ток /, может протекать только тогда, когда напряжение U_t будет иметь положительную полярность относительно диода V₂, а входное напряжение на базе транзистора V, будет отрицательным. Ток /₂ может протекать только тогда, когда напряжение U₂ будет иметь положительную полярность относительно диода V₃, а входное напряжение на базе транзистора V, будет отрицательным.

При фазовом сдвиге между U_on и ?/_м, равном 90°, средние значения токов /, и /₂ за период равны между собой, что показано на рис. 7.8, б. Поэтому магнитные потоки, создаваемые в обмотке возбуждения W_y встречными и равными токами /, и /₂, взаимно уничтожаются, и двигатель не вращается.

Рис. 7.8. Циклограммы работы двухполупсриодного фазочувствительного усилителя.

Если фазовый сдвиг между напряжениями U_on и U_n ср, > 90°, то среднее значение тока /, оказывается большим, чем среднее значение тока /₂, что показано на рис. 7.8, в, и ротор двигателя будет вращаться, предположим, по часовой стрелке.

Если фазовый сдвиг между напряжениями U_ж и U_n ф₂ < 90^е, то среднее значение тока /, оказывается меньшим, чем среднее значение тока /₂, что показано на рис. 7.8, г, и ротор двигателя будет вращаться в противоположном направлении.

Разность магнитных потоков управления будет тем большей, чем больше разность токов /, и /₂, которая зависит от того, насколько фазовый сдвиг входного сигнала по отношению к опорному напряжению отличается от 90^е. Знак разности средних значений этих потоков и направление вращения двигателя зависят от знака фазового сдвига.