Электронные усилители

К электронным ламповым и полупроводниковым уси­лителям относятся устройства систем автоматики, в которых ис­пользуются многоэлектродные лампы или полупроводниковые приборы, значение активного сопротивления которых зависит от интенсивности или полярности электрического поля.

Рис. 14. Схемы электрон­ных усилителей: а — электровакуумных по­стоянного тока; б — перемен­ного тока; в — полупроводнико­вых с общей базой; г — с общим коллектором; д — с общим эмит­тером

д)

Схема простейшего однокаскадного усилителя на электронной лампе показана на рис. 14, а. Входной сигнал {/_вх подается на сетку электронной лампы V, в анодную цепь которой включен резистор (нагрузка) £?_а == /?_н. При изменении значения и_вх будет меняться значение анодного тока /_а, а следовательно, и значение выходного напряжения и_вых, равного падению на­пряжения на нагрузочном (анодном), резисторе Ц_п от протекания анодного тока. В этом и заключается усилительный эффект. Резистор Ш служит для ограничения сеточных токов. Рези­стор Я2 введен для стабилизации выходного сопротивления уси­лителя. Рассмотренная схема является нереверсивной.

Схема простейшего усилителя переменного тока с трансфор­маторным выходом (рис. 14, б) отличается от схемы усилителя постоянного тока только тем, что нагрузочный резистор не является одновременно анодным резистором /?_а, а включен в анодную цепь через трансформатор, благодаря чему выходное напряжение 1/_ъыж содержит лишь переменную составляющую.

Применяемые в системах автоматики'усилители на вакуумных лампах, в большинстве случаев миниатюрного (пальчикового) типа, выгодно отличаются от прочих видов усилителей ничтожно малой входной мощностью и незначительной инерционностью. Недостатком электронных ламповых усилителей являются низкий КПД и небольшая выходная мощность, а также ограниченные надежность и срок службы. Они широко используются в системах автоматики для предварительного усиления сигналов, получен­ных от преобразователей. Предельная выходная мощность не пре­вышает 100 Вт.

Для построения полупроводниковых усилителей в качестве управляющих устройств используют полупроводниковые триоды (транзисторы), изготовляемые из германия или кремния с соот­ветствующими примесями.

Транзисторы могут включаться в усилительные схемы тремя различными способами: с обшей базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

Схема полупроводникового усилителя с общей базой (рис. 14, в) соответствует редко применяемой в автоматике схеме электрон­ного усилителя с общей сеткой. В этих усилителях электрод базы является общим для входной и выходной цепей. Выходное напря­жение находится в фазе с входным. Коэффициент усиления по току меньше единицы, а по напряжению много больше еди­ницы. Усилители, построенные по такому принципу, используют в качестве входного каскада по отношению к преобразователю с низким выходным сопротивлением.

В полупроводниковом усилителе с общим коллектором (рис. 14, г) коэффициент усиления по току на много больше еди­ницы, а по напряжению — меньше единицы. Резисторы /?/ и составляют делитель напряжения, с которого снимается напряже­ние смещения. Усилители, построенные по такой схеме, приме­няют в качестве первого каскада усиления для согласования включения преобразователя с высокоомным выходом или в ка­честве выходного каскада при работе с низкоомной нагрузкой.

Схема с общим эмиттером (рис. 14, (?) соответствует наиболее распространенной схеме электронного усилителя с общим като­дом. В схеме резистор £?_н является нагрузочным в цепи коллек­тора, а резисторы Я1 и Я2 образуют делитель напряжения, с ко­торого снимается напряжение смещения. Схема с общим эмитте­ром получила наибольшее практическое применение. Она обеспе­чивает высокий коэффициент усиления по ,мощности и току и имеет сравнительно большое входное сопротивление,

В настоящее время транзистор'ные усилители вытесняют лам­повые усилители из многих сфер применения. Это объясняется тем, что срок службы транзисторов составляет несколько десят­ков тысяч часов, а аварийные выходы транзисторов при соответ­ствующем температурном режиме весьма редки.

Рис. 15. Схемы пневматических усилителей дроссельного типа:

о — с дросселем; б — с соплом-иаслонкой

личия. Если в пневматических усилителях используется сжатый воздух, то в гидравлическом усилителе — жидкость под давлением (чаще масло).

Различают три типа гидравлических усилителей: золотнико­вые, дроссельного типа и струйные.

В золотниковых гидравлических усилителях входной сигнал, открывая или закрывая золотник или вентиль, изменяет поступ­ление вспомогательной энергии (масла под давлением) в испол­нительный механизм.

В усилителях дроссельного типа (рис. 15, а, б) выходное давление Р_г рабочей жидкости зависит от перемещения X дрос­селя 1 или заслонки 2 при постоянном давлении Р_х.

Принцип работы струйного усилителя (рис. 16) заключается в том, что кинетическая энергия струи масла, направленная в приемное сопло, преобразуется в потенциальную энергию давле­ния. Давление в сопле зависит от положения трубки. В кор­пусе 1 усилителя расположена струйная трубка 2 с сопловой насадкой 6. С одной стороны трубка связана с толкателем преоб­разователя 7, а с другой — с пружиной задатчика 4. Сжатие пружины регулируется винтом 3. Струйная трубка сообщается каналом 9 с масляным насосом и может поворачиваться на неко- ' торый угол вокруг оси 0. Расширя­

ющиеся сопла 5 соединены трубопро­водами с обеими полостями цилиндра двойного действия исполнительного механизма. Трубка 8 предназначена для слива масла в бак, где устано­влен насос.

Если регулируемый параметр со­ответствует заданному значению, то трубка находится в нейтральном поло­жении и струя рабочей жидкости оди- ‘наково перекрывает оба приемных Рис. 16. Схема гидравличе- сопла., В полостях цилиндра создается ского струйного усилителя одинаковое давление и поршень ис­

полнительного механизма не перемещается. При отклонении регулируемого параметра от заданного значения, т. е. прн появ­лении разности усилий со стороны задатчика и чувствительного элемента, струйная трубка поворачивается в сторону одного из приемных сопел, в котором давление возрастает, что и вызы­вает перемещение поршня.

К преимуществам усилителей подобного типа можно отнести простоту конструкции, отсутствие повышенных требований к очи­стке масла и высокую эксплуатационную надежность. Основным недостатком усилителя являются неполное использование мощ­ности потока рабочей жидкости и неизбежная ее утечка.

Пневматические усилители по принципу аналогичны гидрав­лическим и имеют такие же преимущества и недостатки.

Гидравлические и пневматические усилители находят приме­нение в автоматических системах регуляторов давления и расхода.