§ 25.3. Операционные магнитные усилители

Операционные усилители предназначены для использования в изме­рительных, моделирующих и вычислительных системах автоматики. Главное тре­бование, предъявляемое к ним — это высокая стабильность параметров: постоян­ство коэффициента усиления и отсутствие дрейфа нуля. Наиболее широко при­меняются полупроводниковые операционные усилители. Однако и магнитные операционные усилители имеют определенные достоинства. В частности, с по­мощью магнитного усилителя значительно проще выполнять такую операцию, как суммирование сигналов.

Пусть магнитный усилитель имеет несколько обмоток управления с одина­ковым числом витков . Тогда магнитный поток управления будет создаваться суммарным действием всех токов, протекающих по п обмоткам управления:

Точность суммирования для обычного усилителя с несколькими обмотками управления составляет несколько процентов. Для получения высокой точности (сотые доли процента) применяют специальные операционные суммирующие усилители. Высокая точность суммирования сигналов в таких усилителях до­стигается за счет использования отрицательной обратной связи, охватывающей весь усилитель. Так как при этом уменьшается коэффициент усиления, то для компенсации такого уменьшения применяют положительную обратную связь или многокаскадную схему.

Структурная схема суммирующего операционного магнитного усилителя по­казана на рис. 25.6. На вход усилителя с коэффициентом усиления по току поступают входные сигналы и сигнал отрицательной обратной

связи , представляющий собой выходной ток (обычно не весь ток, а

его часть ). В соответствии с уравнением из для отрицательной обратной связи имеем

При достаточно большом значении непостоянство коэффициента передачи суммирующего усилителя будет характеризоваться сотыми долями процента, т. е. выходной сигнал будет достаточно строго пропорционален сум­ме входных сигналов.

Операционные магнитные усилители могут использоваться в системах авто­матики для разных целей. Развязывающий усилитель используется в тех слу­чаях, когда на вход измерительного устройства надо подать сигнал от дат­чика, обладающего большим внутренним сопротивлением. Если этот сигнал подключать непосредственно на вход схемы, имеющей низкое входное сопро­тивление, то сигнал датчика сильно уменьшится из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении датчика.

Развязывающий усилитель обеспечивает согласование выходного сопротив­ления датчика с входным сопротивлением, которое является нагрузкой датчика. Структурная схема развязывающего усилителя показана на рис. 25.7, а. Это как бы суммирующий усилитель с одной входной обмоткой. Если эта обмотка включена между датчиком с выходным напряжением и нагрузкой , то входной ток усилителя

■

Отсюда входное сопротивление, которым нагружен датчик,

При высоком значении входное сопротивление будет достаточно большим. Развязывающий усилитель легко преобразуется в масштабный усилитель, изменяющий сигнал датчика в определенное количество раз. В масштабном усилителе (рис. 25.7, б) на вход подается не все напряжение с нагрузки, а его часть (с помощью делителя напряжения на резисторах и ).

На базе операционного усилителя с одной входной обмоткой строятся схе­мы интегрирующего и дифференцирующего усилителей.

В интегрирующем операционном усилителе (рис. 25.8, а) сигнал отрица­тельной обратной связи вводится через конденсатор с емкостью С. При боль­шом значении Ki напряжение на нагрузке будет пропорционально интегралу сигнала датчика:

В дифференцирующем операционном усилителе (рис. 25.8, б) емкость С лключена не в цепь обратной связи, а на вход. В этом случае напряжение на нагрузке будет пропорционально производной сигнала датчика:

На базе суммирующего усилителя с несколькими входными обмотками можно выполнять также операции умножения и деления. Для этого необхо­димо подавать в обмотки управления токи, пропорциональные логарифмам входных сигналов.