§ 19-8J.

Усиление сигналов датчика

Чувствительность измерительной схемы вместе с фазовым детектором

Увеличение чувствительности может быть полученоза счет Повышения амплитуды напряжения Uo (в пределах размаха сеточной характеристики лампы) и уменьшения величины R (в схеме Rj).

Измерительные схемы в виде колебательного контура, автогенератора и фазосдвигающей цепи более удобны, чем мосты переменного тока, хотя и требуют более сложных схем индикации выходных величин. Измерители неэлектрических величин с подобными измерительными схемами могут успешно использоваться в различных системах автоматического регулирования.

1Й-8. УСИЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ДАТЧИКА

В электрических приборах для измерения неэлектри-ческнх величин находят широкое применение различного рода усилители, которые служат для согласования выходов датчиков и мостовых схем с измерительными приборами или устройствами, выполняющими измерительные функции. При этом осуществляется усиление сигналов датчиков или мостовых cxesi по току или напряжению.

Часто с выхода датчиков илп мостовых измерительных схем снимаются постоянные по величине или медленно изменяющиеся сигналы, которые должны быть усилены. Для этого широко используются так называемые усилители постоянного тока. Среди :Них различают усилители с непосредственной связью между каскадами и усилители с преобразованием постоянного сигнала в переменный.

Усилители с непосредственной связью выполняются без переходных емкостей с непосредственной гальванической связью выхода предыдущего каскада с выходом последующего.

В усилителях с преобразованием входной сигнал постоянного тока илн напряжения преобразуется в переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна величине входного сигнала. Усиление преобразованного сигнала осуществляется усилителями переменного тока.

Особенности усилителей с непосредственной связью

Для получения неискаженного сигнала на выходе усилителя необходимо обеспечить нормальные режимы работы ламп (или транзисторов) и стабильность его параметров в течение всего времени работы.

Обеспечение необходимых режимов работы ламп может быть достигнуто применением отдельных источников питания для каждого каскада или потенциометрических делителей с общим источником питания.

Применение отдельных источников питания для каждого каскада неудобно, так как усилительная установка получается громоздкой. Поэтому такой способ питания применяется главным образом в лабораторной практике.

Достижение необходимой стабильности работы усилителей с непосредственн£1й связью может быть обеспечено применением стабилизированных источников питания, специальных компенсирующих схем и отрицательной обратной связи. Для питания анодных цепей усилителей применяются выпрямители с электронной стабилизацией или гальванические элементы. В меньшей степени, но также необходима стабилизация питания накала ламп.

Обычно стабилизация источников питания все же оказывается недостаточной. Поэтому наряду с ней применяют специальные схемы усилителей.

Для устранения влияния нестабильности источников питания иакала и анодной цепи, лалш обычно используется принцип компенсации, сущность которого может быть пояснена с помощью схемы, представленной на рис. 19-24. В цепь катода усилительной лампы Лу включается сопротивление R = Rki + Rk- Если при работе

Р,ис. 19-24. Компенсация нестабильности источников питания.

усилителя увеличится напряжение питания накала С/ , то возрастет анодный ток усилительной лампы. Вместе с тем увеличится ток компенсирующей лампы Лк, который, проходя через сопротивления R, Rj, вызовет соответствующее увеличение смещения на сетке лампы Лу, за счет чего ее анодный ток уменьшится. Таким образом, подбором режима компенсирующей лампы и сопротивлений Ri и -/?к2 можно существенно уменьшить влияние нестабильности питающих напряжений на работу усилителя.

Оба

Rk ft

0-i-0-

-0 +

Рис. 19-25. Параллельно-балаисиая схема усилителя.

Для компенсации нестабильности анодного напряжения применен делитель напряжения Rj, С одного из сопротивлений этого делителя (R2) часть напряжения снимается на сетку лампы Лу. Если сопротивления делителя выбрать так, чтобы напряжение, снимаемое на сетку, равнялось EJix, где л - коэффициент усиления лампы, то выходное .напряжение усилителя окажется в некоторых пределах практически не зависимым от Ец-

Для получения стабильной работы усилителя часто применяют балансное включение ламп (каскадов). Наибольшее распространение получила схема параллельного баланса с общим катодным сопротивлением (рнс. 19-25).

Применение отрицательной-обратной связи улучшит характеристики усилителя. При этом уменьшаются нелинейные, частотные и фазовые искажения. Влияние нестабильности источников питания также становится меньшим.

Усилители с преобразованием входного сигнала

Среди многих способов преобразования входного сигнала наибольшее распространение получили электромеханические и электронные. В качестве электромеханических преобразователей используются электромагнитные поляризованные реле или вибропреобразователи.

Вход 0.-

Bxodi ,

Как правило, используются балансные схемы электронных преобразователей. Амплитуда входного коммутирующего переменного напряжения преобразователя должна быть достаточно стабильной. Принципиальные схемы двух электронных преобразователей приведены на рис. 19-28.

Схемы выходных каскадов усилителей с преобразованием определяются характером исполнительных устройств. Если для управления исполнительными устройствами необходим постоянный ток, то переменное напряжение выпрямляется. При необходимости выпрямитель может быть сделан фазочувствительным.

т

Рис. 1&-26. Схемы включения вибропреобразователей. На вход 2 обычно подается сигнал обратной связи.

Рис. 19-27. Схема с емкостный преобразователем.

Вибропреобразователи обычно применяются в электронно-моделирующих устройствах, системах автоматики и автоматических измерительных приборах на постоянном токе. На рис. 19-26 показаны некоторые схемы включения электромеханических преобразователей.

Другим типом электромеханического преобразователя является емкостный преобразователь (рис. 19-27), пред-

Применение транзисторов в усилителях постоянного тока

В настоящее время находят применение усилители постоянного тока на транзисторах. Меры по увеличению стабильности таких усилителей аналогичны мерам, применяемым в ламповых усилителях. Достаточно хорошие

ш

\i5k

\15к I

Рис. 19-28. Схемы преобразователей на электронных лампах.

а - балансная схема на трансформаторах; б - балансная схема на сопротивлениях.

Рис. 19-29. Преобразователь балансного типа иа транзисторах.

ставляющий собой конденсатор, одна из обкладок которого перемещается под воздействием электромагнита ЭМ. На обкладках конденсатора С возникает переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна входному напряжению Ubx- Верхняя граничная частота усилителя с емкостным преобразователем достигает 3 кгц.

Электронные преобразователи представляют собой коммутирующие устройства, использующие в качестве ключа электронные лампы (или транзисторы). Преобразователи, этого типа работают менее стабильно, чем вибрационные. Однако возможность получения любых частот модуляции, высокая надежность и большое входное сопротивление делают их перспективными.

результаты обеспечивают схемы параллельного баланса со связанными коллекторалш, э.миттерами и базами.

Наиболее широкое распространение находят транзисторы в схемах усилителей с преобразованием (рис. 19-29).

Препятствием к широкому применению транзисторов в усилителях постоянного тока является пока еще существенная зависимость их основных параметров от температуры. Однако применением специальных термокомпенсационных схем и кремниевых транзисторов можно значительно улучшить стабильность работы усилителей, в результате чего они могут быть широко использованы в устройствах для измерения неэлектрических величин.

§ 20-1]

Основные понятия и определения

ГЛАВА ДВАДЦАТАЯ АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

20-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Системы автоматического регулирования (САР) предназначены для автоматического (без участия оператора) поддержания одной или нескольких физических величин на определенном уровне или для автоматического изменения их по любому задаваемому извне закону.

В САР производится сравнение регулируемых (или выходных) величин с задаваемыми (или входными) величинами. Выходные величины подаются для сравнения на вход по цепи обратной связи. В результате этого сравнения вырабатываются сигналы рассогласования (или ошибки), которые затем преобразуются, усиливаются и воздействуют на объект регулирования так, чтобы уменьшить рассогласование (рис. 20-Г). При

Сигналы рассогласодаиив За мин у тая т-тля

(вшн&и) рпувироваиив

величины (рис. 20-3). В следящей системе выходная величина бвых должна возможно более точно следить за изменением входной величины ввх- Последняя может изменяться произвольным образом. Величины Вех и бвых могут иметь разнообразную физическую природу (напряжение, частота колебаний, углы перемещения каких-либо объектов и т. д.).

визчущенил tnanejcuj

npcinfMi/movHti/e элсиенты и сбъеюп регу-лиродоиий

Обратная сВязь

Рис. 20-1. Общая функциональная схема системы автоматического регулирования.

этом образуется замкнутая петля регулирования. Наличие замкнутой петли является характерным признаком системы регулирования.

САР делятся на две группы: 1) системы автоматической стабилизации и 2) следящие системы.

Системы автоматической стабилизации предназначены для поддержания постоянного значения одной или нескольких регулируемых (выходных) величин.

При отклонении регулируемой величины бвых от некоторого заранее заданного значения ввх, вызванном действием внешних возмущений (помех) П на объект регулирования, возникает ошибка (сигнал рассогласования)

возмуи/енш (помехи) ------1 п\

обратная связи

Рис. 20-2. Функциональная схама системы автоматической стабилизации.

6= ввх-бвых (рис. 20-2). Она выявляется измеритель--ным элементом ИЭ (устройство сравнения) и преобразуется в сигнал, воздействующий на объект регулирования так, чтобы регулируемая величина бвых поддерживалась на неизменном уровне.

Следящие системы предназначены для автоматического вocпpoизвeдefния заданных значений входной

ОВратная сбяэе

Обозначение ИЗ иа схемах

ОихоОиые SeMavuHer

Рис. 20-3. Функциональная схема следящей системы.

Весьма часто источник входного воздействия имеет малую мощность, в то время как для изменения выходной величины требуется большая мощность, расходуемая на перемещение регулирующего органа со значительной массой. В силу этого в системах автоматического регулирования, как правило, имеются усилители мощности.

Сравнение величин ввх и бвых происходит в измерительном элементе ИЭ, куда бвых поступает по цепи обратной связи. В измерительном элементе осуществляется операция вычитания, в результате которой возникает рассогласование 6 = б^х - бвых (рис 20-3). Оно через промежуточные элементы воздействует на объект регулирования и вызывает изменение регулируемой величины бвых. в результате чего рассогласование 6 уменьшается, а бвых

приближается к бц, РзССОГЛйСОВЗННб 6 MOJKGT ВОЗНИ-

кать не только при изменении 8вх, но также вследствие внешних возмущений - помех П, действующих на объект регулирования. Следящая система работает при этом как система автоматической стабилизации и компенсирует внешнее воздействие, поддерживая бвых близким к Ввх-

Пример 1. Система электронной стабилизации напряжения источника питания служит для поддержания выходного напряжения на заданном неизменном уровне независимо от величины нагрузки, подключенной к этому источнику, изменения напряжения сети и т. д. При изменении (например, увеличении) нагрузки растет ток через сопротивление, в результате чего уменьшается смещение на сетке регулирующей лампы. Вследствие этого компенсируется тенденция к снижению выходного напряжения, которое поддерживается на неизменном уровне. Эту систему удобно рассматривать как систему автоматической стабилизации.

Примф 2. Система автоматической подстройки частоты (АПЧ) гетеродина радиоприемника служит для автоматического поддержания заданного значения промежуточной частоты (см. Стр. 453). Если частота сигнала не изменяется (например, при приеме радиовещательных станций), то система АПЧ действует как система стабилизации частоты гетеродина, снижающая влияние различных дестабилизирующих факторов. Если частота сигнала нестабильна (например, при работе магнетронного генератора), то система АПЧ действует как следящая. При этом частота гетеродина изменяется в соответствии с частотой сигнала так, чтобы промежуточная (разностная)