Магнитный усилитель с обратной связью

Весьма эффективным средством для увеличения коэффициента усиления магнитных усилителей является введение положительной обратной связи. При наличии обратной связи выходной сигнал усилителя используют для создания дополнительной постоянной составляющей магнитного поля, накладывающейся на магнитное поле входного сигнала. Различают внешнюю и внутреннюю обратные связи.

В магнитном усилителе с внешней обратной связью рис.37.1. в цепь переменного тока введен полупроводниковый выпрямитель по мостовой схеме.

Рис. 37.1. Схема магнитного усилителя с внешней обратной связью

Выпрямленный ток пропускается через обмотку подмагничивания обратной связи W_О.С. В результате для управления током нагрузки оказываются достаточными гораздо меньшие изменения управляющего тока, чем в магнитном усилителе без обратной связи.

Пусть исходная характеристика магнитного усилителя без обратной связи – зависимость тока нагрузки от тока управления (кривая 1) – имеет вид, показанный на рис.37.2. Характеристика обратной связи представляет собой пропорциональную зависимость тока обратной связи от тока нагрузки:

37.2. Характеристики магнитного усилителя: 1 – без связи; 3 – с обратной связью

I_О.С = β ∙ I_Н (1.11)

здесь β – коэффициент обратной связи, зависящий от числа витков W_Р и W_О.С, коэффициента выпрямления выпрямителя и величины шунтирующего сопротивления R_Ш, которое служит для подбора желаемого коэффициента обратной связи. На графике эта зависимость представлена прямой линией 2, проведенной под углом α = arctgβ к оси ординат. Пересечение этой прямой с исходной характеристикой (точка В) определяет тот начальный выходной ток, который создается только за счет обратной связи при токе управления равном нулю. Характеристику магнитного усилителя с обратной связью (кривая 3) строят с помощью вспомогательных прямых типа AD, CE проведенных параллельно прямой 2, и AA', DA', CC', EC', проведенных параллельно осям координат, точки пересечения которых и определяют искомую характеристику.

Характеристика магнитного усилителя с обратной связью получается несимметричной: ее правая ветвь имеет большую крутизну, так как обратная связь действует согласно с управляющим сигналом, а левая ветвь идет очень полого, так как управляющий сигнал должен не только создать необходимое подмагничивание, но и преодолеть сигнал обратной связи. Рабочая точка выбирается в основном на правой ветви, где коэффициент усиления является наибольшим.

При выборе величины коэффициента обратной связи следует учитывать, что если крутизна прямой 2 относительно вертикальной оси будет больше крутизны исходной характеристики (кривая 1), то усилитель в целом приобретает релейные свойства и плавное усиление сигналов станет невозможным. Поэтому для обеспечения устойчивости коэффициент обратной связи β практически выбирается не более 0.93 – 0.97 (за исключением бесконтактных реле).

Введение положительной обратной связи наряду с увеличением коэффициента усиления увеличивает нелинейность характеристик и ток холостого хода.

Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления и постоянную времени, но стабилизирует характеристики магнитного усилителя. Поэтому ее применяют в многокаскадных и операционных усилителях.

Если необходимо сместить статическую характеристику вдоль оси абсцисс, используют специальную обмотку смещения. При положительном смещении характеристика смещается влево, при отрицательном – вправо. Смещение позволяет выбрать начальную точку (I_У = 0) на любом месте характеристики I_Н = f(I_У).

В магнитных усилителях с внутренней обратной связью или с самоподмагничиванием рис. 37.2 не требуется дополнительных обмоток.

Рис. 37.2. Схема магнитного усилителя с внутренней обратной связью

Для создания обратной связи рабочие обмотки соединены параллельно и в цепь каждой из них введен однополупроводниковый выпрямитель, причем по отношению к питающему напряжению оба выпрямителя имеют противоположную полярность, что обеспечивает равномерное пропускание обеих полупериодов питающего напряжения.

Благодаря этому по рабочим обмоткам магнитного усилителя может протекать только однополупериодный выпрямленный ток. Постоянная составляющая этого тока создает в рабочих обмотках магнитный поток, который подмагничивает сердечник, создавая эффект положительной обратной связи в случае совпадения по направлению с потоком от обмотки управления.

Так как переменные и постоянные составляющие тока проходят через одни и те же цепи, то автоматически обеспечивается пропорциональность между ними, причем коэффициент обратной связи β» I. Для регулирования β (только в сторону уменьшения) применяется сопротивление R_Ш. Эта схема усилителя весьма удобна тем, что она не требует дополнительной обмотки обратной связи, следовательно упрощает конструкцию и уменьшает потери в магнитном усилителе.