Усилители (электронные, магнитные, гидравлические, электромагнитные)

ЗАДАНИЕ 1. УСИЛИТЕЛИ (ЭЛЕКТРОННЫЕ, МАГНИТНЫЕ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ)

Выходные сигналы датчиков и других элементов во многих слу­чаях оказываются слабыми и недостаточными для приведения в действие последующих элементов систем автоматического управле­ния. Поэтому возникает необходимость усиления сигналов управления, измерения и контроля с помощью усилителей.

Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счет энергии дополнительного ис­точника питания; при этом выходная (усиленная) величина являет­ся функцией входного сигнала и имеет одинаковую с ним физическую природу. Усилители относятся к активным элементам автоматики .

В зависимости от вида энергии, получаемой от дополнитель­ного источника питания, различают электрические, пневматические, гидравлические, механические и другие усилители.

В практике наиболее широкое применение находят электрические усилители, так как они обладают высокой чувствительностью, до­пускают сравнительно простую регулировку коэффициента усиле­ния, хорошо сочетаются с электрическими исполнительными устрой­ствами (двигателями, электромагнитами и т. п.).

По принципу действия электрические усилители делятся на две группы. Первую весьма большую группу составляют усилители, в основу которых положен нелинейный усилительный элемент (элек­тронная лампа, транзистор, управляемая индуктивность, управляе­мая емкость). В таких усилителях маломощный входной сигнал уп­равляет передачей гораздо большей энергии от источника питания в полезную нагрузку, присоединенную к выходу усилителя. В со­ответствии с типом управляющего (усилительного) элемента раз­жимают ламповые, транзисторные, магнитные, диэлектрические усилители. Ламповые и транзисторные усилители часто объединяют названием электронные усилители, так как принцип их действия основан на электронных процессах в вакууме полупроводнике.

Вторую группу состаюяют усилители, в которых происходит пре­образование энергии питания, отличной от вида энергии выходного и управляющего сигналов. Наиболее типичным для этой группы яв­ляется электромашинный  усилитель, в котором меха­ническая энергия привода преобразуется в электрическую энергию.

По частоте усиливаемых сигналов различают усилители пере­менного тока, и усилители постоянного тока. Управляющий (усилительный) элемент вместе с резисторами, конденсаторами и другими деталями схемы принято называть усили­тельным каскадом. При недостаточном усилении сигнала одним каскадом используется соединение нескольких каскадов, выполняю­щих роль предварительного усиления и обеспечивающих работу мощного выходного каскада. Исходя  из этого различают однокас­кадные и многокаскадные усилители. Каскады нумеруются в воз­растающем порядке от входа к выходу усилителя, при этом первый каскад от входа называется входным, а последний — выходным (оконечным).

Для усилителей напряжения и тока соответственно различают коэффициенты усиления по напряжению и току, которые определяются соотношениями

где  U_ВЫХ,  U_ВХ,  I_ВЫХ, I_ВХ — напряжения и токи выходного и входного сигналов.

Обычно коэффициент усиления является безразмерной величи­ной, поскольку входные и выходные величины в усилителях имеют одинаковую размерность.

В усилителе при изменении частоты сигнала коэффициент усиления меняется как по модулю, так и по фазе из-за наличия в схеме реактивных со­противлений.

В системах автоматического управления преимущественное при­менение имеют электронные усилители на полупроводниковых при­борах—транзисторные усилители, а также магнитные усилители. В современных системах автоматики выражена тенденция к расширению использования транзисторных усилителей, которые в наибольшей степени отвечают таким основным требованиям, предъяв­ляемым к усилителям, как высокая надежность, большой срок служ­бы, малогабаритность и постоянная готовность к действию.

Электронные усилители

Электронные усилители напряжения и усилители мощности могут быть как ламповыми, так и полупроводниковыми. При построении электронных усилителей обычно различают режимы работы, соответствующие классам:А, АВ, В и С. Класс А, отличается тем, что ток в выходной цепи существует в течение целого периода входного сигнала. В классе АВ длительность протекания тока определяется частью периода, превышающей его половину. В классе В ток в выходной цепи равен нулю в течение половины периода входного сигнала. В классе С время протекания тока меньше половины периода. В усилителях напряжения обычно используется режим работы класса А.

В зависимости от характера междукас­кадной связи усилители напряжения подразделяются на усилители, выполненные на сопротивлениях, трансформаторные усилители, дроссельные и усилители с непосредственной связью.