вход Вход Регистрация



Усилители мощности (УМ) предназначены для отдачи заданной мощности сигнала в сопротивление нагрузки. Они бывают однотактные и двухтактные. Однотактные УМ по структуре ничем не отличаются от RC–усилителей (УМ резистивные, УМ с непосредственным включением нагрузки в выходную цепь) и от усилителей с трансформаторной или индуктивной (дроссельной) связью. В УМ можно использовать любые усилительные элементы: электронные лампы, транзисторы, операционные усилители и т.д., но у однотактных УМ малое КПД (у резисторных УМ на транзисторах 5-6%, а ламповых – 2-3%, а с непосредственным включением Rн в выходную цепь (вместо Rк) порядка 20%, у лампового – 12%, на триодах до 7%). Более высоким КПД обладают дроссельные и трансформаторные УМ, у них КПД вдвое больше, а у резистивных в шесть раз.

 

Усилители мощности относятся ближе к схемам энергетической электроники, поэтому при их проектировании в первую очередь необходимо обеспечить хорошие энергетические показатели. Несмотря на то, что однотактные УМ просты, используют один усилительный элемент, допустимый уровень частотных и нелинейных искажений и т.д., из-за малого КПД и коэффициента усиления, необходимости подавать на вход большую амплитуду сигнала, сильной зависимости способа включения, типа нагрузки однотактные УМ применяются как каскады или как усилители малой мощности. Для мощных усилений обычно применяют двухтактные схемы, которые представляют две группы параллельно включенных усилительных элементов, образующих два одинаковых симметричных плеча схемы, работающих на общую нагрузку и могут иметь любую схему включения и любую межкаскадную связь или связь с нагрузкой.

Усилители мощности с дроссельной и трансформаторным выходом имеют достаточно большие массогабаритные показатели, значительные частотные, фазовые и особенно нелинейные искажения, невысокий КПД и пр. Перспективными усилителями являются бестрансформаторные двухтактные каскады мощного усиления, где нагрузка включается непосредственно в выходную цепь усилителя. Так как бестрасформаторные каскады обычно работают с большими токами, что в схемах предусматривают улучшенную термостабилизацию за счет глубокой ОС по постоянному току и термозависимых элементов и схем (резисторов, p-n-переходов, каскадов).

Бестрансформаторные усилители мощности рис. 2.29 и 2.30 имеют коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице: КU ≈ 1. Усиление по мощности КP = КU КI выполняют за счет большого усиления по току КI.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить усиление по напряжению или получить высокое выходное сопротивление, применяют двухтактные усилители мощности, выполненные по схеме с ОЭ (рис. 2.29, а). В ней транзисторы VT1, VT2 работают в режиме В и каждый из них усиливает «свою» полуволну входного напряжения.

В отличие от каскада на транзисторах, включенных по схеме с ОК, выходное сопротивление у данного каскада большое и определяется сопротивлением . Коэффициент усиления по напряжению зависит от сопротивления нагрузки:

(2.1.)

 

так как у транзисторов VT1 и VT2 различны, то разные полуволны усиливаются по-разному и без введения ОС нелинейные искажения сигнала велики. Местная ОС, введенная с помощью резисторов R2, эффективна только тогда, когда выполняются условия

 

, , ,

 

Тогда (2.1) примет вид

(2.2)

 

Рисунок 2.29 – Выходной каскад ОЭ (а) и на полевых транзисторах (б)

 

В мощных бестрансформаторных каскадах, в которых транзисторы включены с ОК, может произойти короткое замыкание выходных зажимов. Как привило, оно вызывает выход транзисторов из строя из-за превышения коллекторным током допустимого значения. Для защиты от коротких замыканий в эмиттерные цепи мощных выходных транзисторов включают небольшое сопротивление R0, ограничивающие ток (рис. 2.30, а) или вводят дополнительные транзисторы, которые открываются только при больших токах нагрузки и, шунтируя входную цепь, ограничивают значение выходного тока на безопасном уровне.

Одна их возможных схем защиты с помощью дополнительных транзисторов VT5, VT6 показана на рис. 2.30, б.

 

Рисунок 2.30 – Схемы двухтактных бестрансформаторных каскадов со

сниженными нелинейными искажениями (а) и защитной от КЗ на выходе (б)

 

При коротком замыкании выходного зажима ток через сопротивление R0 увеличивается и создает падение напряжения U = IнR0, открывающее в соответствующие полупериоды транзисторы VT5,VT6. Оказываясь в режиме насыщения, они шунтируют входную цепь мощного усилительного каскада. В итоге входное напряжение в основном падает на сопротивление Rвых, а токи транзисторов VT3, VT4 не превышают значений, при которых транзисторы VT4, VT6 открылись. Подобная защита имеет высокое быстродействие и обеспечивает надежную работу мощных усилительных каскадов. При ее введении обязательно наличие дополнительного сопротивления Rвых, которое выбирают исходя из минимально допустимого значения сопротивления нагрузки предусилителя, к которому подключается выходной каскад.


Случайные новости

3.2 Классификация САУ по свойствам в установившемся режиме

По свойствам в установленном режиме САУ подразделяются на статические и астатические.
3.2.1 Статическая САУ.
Это такая САУ, в которой при возмущающей или задающие деянии, которое стремится к постоянной величине, отклонение управляемой величины также стремится к постоянной величине, которая зависит от этого возмущения.
Примером статической системы является система стабилизации выходного напряжения генератора постоянного напряжения (ГПН) с независимым возбуждением. (Рис. 3.1).


Рис. 3.1 САУ напряжением генератора (статическая)

Якорь генератора крутится внешним двигателем ЗД, например, дизельным.
В этой САУ применен принцип управления по отклонению. В номинальном режиме тяговое усилие соленоида Fя, которое пропорционально выходному напряжению генератора, уравновешивается силой растяжения пружины Fпр (Fя = Fпр) при этом скользун потенциометра Rб находится в точке А.
Внешняя характеристика ГПН приведена на рис. 3.2.


Рис. 3.2 Внешняя характеристика ГПН

Напряжение генератора увеличивается при увеличении тока изб в обмотке возбуждения ОС или скорости вращения и наоборот.
В этой САУ: объект управления - генератор, управляемый параметр - выходное напряжение Uг; управляющее действие - ток возбуждения изб. Назначением регулятора является поддержка установленной величины выходного напряжения генератора Uг постоянной (Uг = const) независимо от возмущений. Уровень выходного напряжения генератора устанавливается потенциометром Rз.

 

Главные возмущения в данном случае - изменение тока нагрузки др. и скорости вращения ротора генератора.
Работает такая САУ следующим образом. В номинальном режиме выходное напряжение генератора Uг = Uгном при токе нагрузки др. = инном. При уменьшении тока нагрузки др. увеличивается выходное напряжение генератора согласно рис. 3.2. Соответственно сильнее втягивается якорь Я соленоида С, растягивая сильнее пружину П, что приводит к смещению скользуна потенциометра Rб вверх (сопротивление Rб становится больше). Это уменьшает ток изб в обмотке возбуждения, что приводит к уменьшению выходного напряжения генератора, которая возвращается практически к номинальному значению, но не полностью, а чуть больше (на величину статической погрешности).
И это принципиально для такого статического регулятора. Ведь для того, чтобы поддерживать ток в обмотке возбуждения меньше, чем в номинальном режиме, нужно чтобы сопротивление резистора Rб стал больше. А для этого надо, чтобы якорь соленоида был вовлечен сильнее в нем, что требует увеличенного напряжения генератора.
Аналогично работает такой регулятор и при других возмущениях. Это регулятор прямого действия, так как энергия извне не подводится к нему. Здесь реализуется пропорциональный закон управления Δизб = кΔUг, где ΔUг - отклонение напряжения от номинального значения, к - коэффициент передачи системы. С его увеличением - погрешность уменьшается.
Непрерывный стабилизатор напряжения, схема которого показана на рис. 3.3, есть также статической САУ.

Рис. 3.3 Схема непрерывного стабилизатора напряжения

Управляющим органом является мощный транзистор VT1, который подключен последовательно с нагрузкой Rн. Выходное напряжение стабилизатора Uн через делитель напряжения R3, R4 подается на базу транзистора VT2 и сравнивается с эталонным напряжением Uэт, которая снимается со стабилитрона VD1 параметрического стабилизатора напряжения (R2, VD1) и подается на эмиттер того же транзистора. Тем самым выполняется функция сравнения управляемой величины Uн и эталонной Uэт.
.
Усилитель выполнен на транзисторе VT2. Работает такой стабилизатор следующим образом. При увеличении, например, напряжения Uвх, или уменьшении тока нагрузки др. в первый момент увеличивается напряжение на выходе стабилизатора, а потому и на базе транзистора VT2, что вызывает увеличение тока его коллектора. Это приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R1, т.е. к уменьшению напряжения UБЕVT1. Благодаря этому сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора VT1 увеличивается, падение напряжения на нем также увеличивается и выходное напряжение стабилизатора возвращается практически к предыдущему значению, но не полностью, а становится чуть меньшей UНном (на величину статической погрешности, которая тем меньше, чем больше коэффициент усиления стабилизатора).
Рассмотренный ранее регулятор Ползунова есть также статической САУ.
3.2.2 астатическая САУ.
Это такая система, в которой отклонения управляемой величины в установившемся режиме при любом постоянном значении возмущающего или задающего деяния равна нулю.
Для придания астатизма САУ, рассматриваемой в этом (рис. 3.1), видоизменяя ее, как показано на рис. 3.4, введением интегрирующей звена - маломощного исполняющего двигателя МВД.

Рис. 3.4 САУ напряжением генератора (астатическая)

МВД - это реверсивный двигатель постоянного тока, направление вращения которого зависит от полярности напряжения питания, скорость - от величины этого напряжения, а угол поворота вала - от интеграла скорости:
(3.2)
Работает такая САУ следующим образом. При уменьшении тока нагрузки др. напряжение генератора UГ увеличивается, якорь соленоида С сильнее втягивается в него, поднимая скользун потенциометра R вверх, что вызывает подачу напряжения плюсом на левую кисть МВД, который начинает вращаться против часовой стрелки, увеличивая через редуктор сопротивление резистора Rб. Это уменьшает ток возбуждения изб, что приводит к уменьшению выходного напряжения генератора, которое возвращается через некоторое время до номинального значения и т.д. Статической погрешности здесь быть не может, так как МВД остановится только тогда, когда положение скользуна С и точки В потенциометра R совпадут, при этом ротор МВД может остановиться в любом положении. Закон управления в этом случае будет уже другим:
(3.3)
Таким образом астатические системы при использовании принципа управления по отклонению получаемых введением интеграла от отклонения управляемой величины с алгоритмом управления.

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру