Однотактные магнитные усилители

Однотактный (однополупериодный) магнитный усилитель имеет лучшие по сравнению с дроссельным МУ характеристики за счет дополнительного магнитного потока, образованного в результате работы выпрямителя, включенного последовательно с R _н(рис. 11.5). Из-за наличия дополнительного магнитного потока такой тип усилителя часто называют магнитным усилителем с самона­сыщением.

Наличие выпрямителя В в цепи рабочей обмотки (обмотка усилителя, последовательно с которой включена нагрузка R _н) приводит к тому, что напряжение питания

U приложено к этой обмотке и к нагрузке лишь в течение проводящего для выпрями­теля полупериода.

Изменение индукции в сердечнике в этот полупериод проис­ходит только под действием напряжения питания U в соответствии с законом электромагнитной индукции. В следующий полупериод изменение индукции в сердечнике происходит только под дейст­вием управляющего напряжения U _y,приложенного к обмотке управления. Этот полупериод называется управляющим. Для того чтобы воспрепятствовать трансформации напряжения из рабочей цепи в цепь управления, в последнюю включают дроссель Др.

Изменение индукции в рабочем и управляющем полупериодах происходит во взаимообратных направлениях. Обычно напряже­ние питания МУ выбирают таким, чтобы за время, равное полу­периоду питающего напряжения, оно изменяло бы индукцию в сердечнике на Δ В =2 В_S, например, из точки — В_S до + В_S. Управ­ляющее напряжение изменяет индукцию в обратном направлении, т. е. от + В_S к — В_S, причем значение этого изменения пропорцио­нально значению сигнала. Если к началу рабочего полупериода исходная рабочая точка, характеризующая магнитное состояние сердечника, окажется не в

точке — В_S,а выше — на петле гистерезиса, то в рабочем полупериоде сердечник по закону электромагнитной индукции насытится не в конце периода, несколько раньше. После этого напряжение питания оказывается полностью приложенным к сопротивлению нагрузки, а ток в нагрузке скачком возрастает до . Чем больше управляющее напряжение, тем ниже по петле гистерезиса опускается рабочая точка в управляющий полупериод. В результате в рабочий полупериод сердечник насытится позднее и к нагрузке будет приложено меньшее напряжение. При U _у.макс по нагрузке в течение всего рабочего полупериода протекает только намагничивающий ток. Следовательно, в течение всего рабочего полупериода ток в нагрузке будет следовать за изменением напряжения.

Диаграммы изменения индукции В в сердечнике, тока нагруз­ки i _н, тока в обмотке управления i _y во времени (рис. 11.6) харак­теризуют работу магнитного усилителя.

Таким образом, основной особенностью однотактного МУ яв­ляется режим его работы — усилитель работает на нагрузку в течение только одного рабочего полупериода.

Схемы однотактных магнитных усилителей послужили прото­типом для построения современных МУ (рис. 11.7, 11.8). Рабочие полупериоды двух сердечников в этих схемах сдвинуты друг относительно друга на половину периода питающего напряжения.

Обмотки управления двух сердечников соединены между собой так, чтобы в цепь управ­ления не наводилось питаю­щее напряжение. Если в однотактном МУ ток в цепи нагруз­ки появляется лишь в тече­ние одного из полупериодов питающего напряжения, то в двухтактном — в течение каж­дого полупериода питающего напряжения.

В то время как один из сердечников находится в ра­бочем полупериоде и ток i _p может протекать через его рабочую обмотку и через нагруз­ку, один из диодов блокирует рабочую обмотку другого сер­дечника и для него имеет место управляющий полупериод, т. е. индукция изменяется под действием входного сигнала. В следу­ющем полупериоде сердечники меняются ролями.

В схемах МУ с самонасыщением при отсутствии управляющего сигнала бывает необходимо получить незначительный ток в на­грузке, поэтому в МУ предусматривается смещение или началь­ное подмагничивание, что равноценно включению дополнительного управляющего напряжения.

Чем больше напряжение смещения, тем ниже по петле гисте­резиса переместится рабочая точка. В том случае, когда на вход МУ подается сигнал управления, перемещение рабочей точки в управляющий полупериод определяется суммой напряженностей, создаваемых сигналами управления и смещения (если эти сигналы совпадают), и разностью (если действие сигналов противопо­ложно).

Введение начального подмагничивания позволяет перемещать статическую характеристику усилителя вдоль оси абсцисс в зави­симости от значения тока смещения (рис. 11.9). Как очевидно при изменении тока смещения i _CM ток на вы­ходе усилителя при отсутствии управляющего сигнала i _yможет принимать любые значения от i _н.макс до i _н.мин. Смещения, как правило, осуществляются дополнительными обмотками , , питаемыми выпрямленным напря­жением от общего источника питания (см. рис. 11.7).

В МУ с самонасыщением по рабочим об­моткам усилителя наряду с переменной суще­ствует и постоянная составляющая напряже­ния, которая дополнительно подмагничивает сердечники. Такие усилители называют так­же МУ с внутренней обратной связью.

Поле обратной связи может быть также создано и путем подачи тока нагрузки в специальную обмотку обратной связи (см. рис. 11.8). Такая связь называется внешней обратной связью.