Принцип действия, характеристики и устройство.
Магнитный усилитель представляет собой усилительно-преобразовательное устройство параметрического типа, поскольку принцип его работы основан на использовании свойства дросселя переменного тока с ферромагнитным сердечником изменять свою индуктивность при подмагничивании постоянным током.
Наряду с усилением магнитныйусилитель производит одновременное преобразование сигнала постоянного тока, являющегося входным сигналом, в сигнал переменного тока.
Рассмотрим принцип действия простейшего дроссельного магнитного усилителя, состоящего из ферромагнитного сердечника с двумя обмотками: обмоткой управления, на которую подается подлежащий усилению сигнал постоянного тока, и выходной обмотки,питаемой переменным напряжением через сопротивление нагрузки.
Рассмотренная схема простейшего магнитного усилителя не нашла применения на практике, поскольку она имеет ряд существенных недостатков:
вследствие взаимоиндукции происходит трансформация переменною напряжения в цепь управления, что искажает входной сигнал и нарушает нормальную работу усилителя;
усилитель, являясь однотактным, не реагирует на знак входного сигнала;
наличие тока холостого хода отрицательно сказывается на работе системы, т.к. может привести к ложному срабатыванию некоторых ее элементов при отсутствии сигнала на входе;
коэффициенты усиления магнитного усилителя, собранного по такой схеме, сравнительно малы.
Некоторые из перечисленных недостатков можно устранить посредством определенных изменений схем включения, а также самой конструкции усилителя.
Конструктивно однотактные магнитные усилители могут быть собраны на Ш -образных, так и на тороидальных сердечниках. Недостатком конструкции магнитных усилителей на Ш - образных сердечниках является то. что переменный магнитный поток замыкается через крайние стержни, не попадая в средний, следовательно, объем среднего стержня не участвует активно в процессе усиления. Для устранения этогоявления применяют расчленение сердечника на две половины вдоль продольной оси, а обмотки накладываются таким образом, чтобы через средние сердечники проходили также и переменные потоки, способствующие устранению искажающего гистерезисного эффекта, особенно сказывающегося при условии слабых сигналов. Кроме того, в конструкциях с Ш образным сердечником наличие потоков рассеяния из-за повышенного магнитного сопротивления в местах стыка пластин создает возможность наведения внешними полями э.д.с. и тока помех в обмотке управления, которые в высокочувствительных усилителях могут превзойти полезный сигнал. В связи с этим маломощные магнитные усилители высокой чувствительности изготавливаются с магнитопроводом из двух одинаковых тороидальных пакетов. Выходные обмотки наматываются на каждый пакет, обмотка управления на оба пакета, сложенные вместе. Такой усилитель будет нечувствителен к внешним магнитным полям, т.к. вследствие осевой симметрии тороидов потоки рассеяния будут отсутствовать.
Физические процессы в однотактном магнитном усилителе.
Рассмотрим физические процессы, протекающие в однотактном магнитном усилителе, собранном по схеме, в предположении, что ферромагнитный сердечник усилителя имеет идеальную кривую намагничивания.
Для упрощения математического анализа выделим два режима работы усилителя:
1) режим свободного намагничивания, при котором активное сопротивление цепи
управления и индуктивное сопротивление датчика входного сигнала равны нулю;
2) режим вынужденного намагничивания, характеризующийся включением в цепь
управления бесконечно большого индуктивного сопротивления, что исключает
возможность трансформации в нее переменного тока.
Обратная связь и смещение в магнитных усилителях.
Для увеличения коэффициентов усиления магнитных усилителей применяется положительная обратная связь (ОС). В магнитных усилителях различают внешнюю, внутреннюю и смешанную связи.
При введении внешней обратной связи выходной ток усилителя выпрямляется и подается в специальную обмотку обратной связи, конструктивно расположенную там же, где и обмотка управления.
Внутренняя обратная связь вводится путем подачи пульсирующею тока, постоянная составляющая которого и является током смещения, в рабочие обмотки, что достигается включением выпрямителей в рабочую цепь. Смешанная обратная связь представляет собой объединение внутренней и внешней обратных связей в одной схеме включения магнитного усилителя.
Введение обратной связи приводит к изменению статической характеристики, состоящему в том, что для одной половины статической характеристики крутизна линейного участка возрастает, а для другой снижается.