Принцип действия трансформаторного магнитного усилителя

Схема трансформаторного магнитного усилителя изображена на рис. 10.19. Синусоидальное напряже­ние питания подводится к обмотке w₁, а нагрузка Z„ вклинена в цепь специальной обмотки w₂.

Пока сердечник не насыщен, синусоидальный ток, проходящий по обмотке w₁, вызывает значительные изменения магнитного потока в магнитопроводе. Переменный магнитный поток, пронизывая витки об мотки W2, наводит в этой обмотке ЭДС, которая ис пользуется для питания нагрузки Z_н. Чем больше скорость изменения магнитного потока, тем больше на веденная ЭДС и ток в нагрузке.

Когда происходит насыщение магнитопровода, скорость изменения магнитного потока резко уменьшается (см. § 10.6), ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке w₂, становится небольшой, соответственно уменьшается и ток в нагрузке.

Рабочая характеристика трансформаторного магнитного усилителя (зависимость рабочего тока от тока управления) изображена на рис. 10.20. Видно, что с увеличением тока управления I_у ток в нагрузке I_Р уменьшается.

Нетрудно заметить, что рабочие характеристики дроссельного и трансформаторного усилителей явля­ются как бы зеркальным отображением друг друга. Это объясняется тем, что ЭДС, индуцируемая в цепи нагрузки, в одном случае играет роль «заслонки», в другом — источника питания нагрузки.

Влияние обратной связи на коэффициент усиления магнитного усилителя

Для характеристики усилительных свойств вводят коэффициенты усиления по току k_I по напряжению k_Ut по мощности k_P. Коэффициентом усиления магнитного усилителя по току называют отношение изменения действующего значения рабочего тока к соответствующему изменению тока управления (полагаем Iн = I_Р):

k_I = I_Р/I_у.

Аналогично,

k_u = U_P/_y; k_P = P_p/P_y,

где U_p — напряжение на нагрузке; U_y — управляющее напряжение; Р_р — мощность, выделяемая в на грузке; Р_у — мощность, потребляемая цепью управления.

Для магнитных усилителей справедливо (с достаточной степенью точности) следующее равенство:

Iрwр = I_уw_у.

С учетом этого равенства выражение для коэффициента усиления по току можно представить в виде

k_I =w_y/wp.

Коэффициент усиления по току магнитных усилителей, собранных по схемам, изображенным ранее, составляет несколько десятков единиц.

Приведенные формулы показывают, что коэффициенты усиления магнитного усилителя теоретически не зависят, а практически очень мало зависят от колебаний напряжения, частоты источника питания и изменений сопротивления нагрузки.

Такая стабильность характеристик позволяет использовать в магнитном усилителе глубокую положительную обратную связь. Обратной связью называют подачу сигнала с выхода усилителя на его вход. В магнитных усилителях наибольшее распространение получила обратная связь по току (рис. 10.21).

Обмотка обратной связи w_0C намотана на том же стержне, что и обмотка управления. Если магнитный поток обмотки обрат ной связи усиливает магнитный поток обмотки управления, то обратная связь называется положительной, в противном случае — отрицательной. Изменить характер обратной связи можно поменяв полярность управляющего напряжения.

При наличии положительной обратной связи урав­нение магнитного усилителя принимает вид

Ipw_p = IyWy+Ipw_oc

Отношение k_oc = w_oc/w_p называют коэффициен­том обратной связи. При этом

Коэффициент усиления по току усилителя с обрат­ной связью

k_ocI = /р//у =k₁(1— k_oc).

Если k_oc1, т. е. число витков обмотки обратной связи приближается к числу витков рабочей обмотки, то коэффициент усиления усилителя с обратной связью увеличивается и стремится к бесконечности. Это значит, что бесконечно малым изменениям тока управления соответствуют конечные (скачкообразные) изменения рабочего тока.

Обычно , так как при слишком большом коэффициенте усиления нарушается стабильность параметров усилителя. Кроме того, положительная обратная связь увеличивает рабочий ток при отсут­ствии тока в управляющей обмотке /о в 1/(1 — k_ос) paз,

Уже отмечалось, что при изменении полярности управляющего сигнала положительная обратная связь становится отрицательной. Вследствие этого харак­теристика усилителя с обратной связью приобретает несимметричную форму. Действительно, при отрица­тельной обратной связи уравнение магнитного уси­лителя и выражение для коэффициента усиления по току записываются в следующем виде:

Из рис. 10.22 видно, что коэффициент усиления по току можно представить как тангенс угла наклона линейного участка к оси абсцисс. При этом

Поскольку из последних выражений следует, что tga > tgb, то ясно, что правая ветвь характеристики магнитного усилителя идет круче, чем левая, как это и изображено на рисунке.

Отличительная особенность схемы магнитного усилителя с внешней обратной связью — наличие спе­циальной обмотки обратной связи w_ос. В технике находят широкое применение усилители с внутренней положительной обратной связью, которые иногда называют усилителями с самонасыщением (рис. 10.23). Здесь функцию обмотки обратной связи выполняет сама рабочая обмотка, в которой с помощью выпря­мительных диодов создается постоянная составляю­щая рабочего тока, магнитный поток которой совпа­дает по направлению с магнитным потоком управле­ния и «помогает» ему изменять состояние магнитопровода.