Глава 3. Усилители и стабилизаторы

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

УСИЛИТЕЛЕЙ

Выходные сигналы первичных преобразователей и сигналы рассогласования регуляторов в большинстве случаев обладают небольшой мощностью и не могут быть непосредственно измерены или привести в действие исполнительный механизм. Поэтому сигнал усиливают до значения, которое позволяет либо ее измерить (в системах контроля), либо приводить в действие исполнительный механизм (в системах регулирования).

Рис. 12. Классификация усилителей

Усиление сигнала осуществляется устройством, называемым усилителем, путем изменения потока вспомогательной энергии, поступающей от источника к измерительному прибору или испол­нительному механизму в соответствии со знаком и амплитудой сигнала. В некоторых случаях одновременно с усилением сигнала происходит его качественное преобразование. В связи с этим усилители можно разделить на четыре группы (рис. 12): с меха­ническим перемещением на входе и выходе; с электрическим сигналом на входе и выходе; с механическим перемещением на входе и пневматическим или гидравлическим сигналом в виде изменения давления на выходе; с механическим перемещением на входе и электрическим сигналом на выходе.

Элементы, усиливающие механические перемещения, выпол­няют в виде рычажных устройств, механических регуляторов или механических и гидравлических муфт. Они имеют относи­тельно небольшой коэффициент усиления.

Усилители электрических сигналов выполняют в виде электро­механических (реле), электромашинных, магнитных и электрон­ных устройств.

Усилители, имеющие механическое перемещение на входе и пневматический или гидравлический сигнал в виде изменения давления на выходе, представляют собой вентиль, золотник или устройство типа сопло-заслонка (дроссельная заслонка).

Усилители, имеющие механическое перемещение на входе и электрический сигнал на выходе, представляют собой перемен­ный резистор, автотрансформатор или замыкающиеся и размы­кающиеся контакты реле.

В зависимости от вида применяемой вспомогательной энергии различают пневматические, гидравлические, электрические (элек­тромеханические, магнитные), диэлектрические, электронные (по­лупроводниковые и тиристорные) и комбинированные усилители. В системах автоматики наибольшее распространение получили электрические усилители.

К основным характеристикам усилителей относятся выходная мощность, коэффициент усиления и форма статической характе­ристики. Выходная мощность усилителя определяется потребной мощностью исполнительного механизма и изменяется в весьма широких пределах (от долей ватт до десятков киловатт).

Коэффициент усиления является одной из основных характе­ристик усилителя. В электрических усилителях различают коэф­фициенты усиления по напряжению, току и мощности. Коэффи­циентом усиления по напряжению К_1г называют отношение на­пряжения выходного сигнала £/_вых к входному £/_вх, т. е. /С_н = — и_вых/и_вх. Коэффициент усиления ПО току К,г определяет отношение тока выходного сигнала /_вых к входному току /_вх усилителя, т. е. Л'_т = /_вых//_вх. Коэффициент усиления по мощ­ности Ки характеризует отношение выходной мощности Р_вых к мощности на входе Р„, т. е. К_м = Р_выХ!Рвх-

Статическая характеристика усилителя отражает зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме и может быть линейной и нелинейной. Наиболее предпочтительна линейная характеристика.