МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Это электромагнитные устройства, использующие нелинейную зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов на переменном токе от величины подмагничивающего (постоянного) магнитного поля для усиления входного сигнала, который и создает это подмагничивающее поле.

Наиболее простой вариант исполнения магнитных усилителей- это дроссель с двумя обмотками: управляющей W_y- питается постоянным током входного сигнала и рабочей W_p- питается переменным током, последовательно с которой включается нагрузка Z_н. При холостом ходе (ключ К разомкнут) постоянный ток в управляющей цепи отсутствует, сердечник намагничивается только током и находится в ненасыщенном состоянии. Магнитная проницаемость сердечника и индуктивное сопротивление рабочей цепи велики, ток и мощность, потребляемая нагрузкой, малы.

При включении const тока (ключ R замкнут). МУ переходит в рабочий режим. Его сердечник насыщается магнитным потоком const тока, магнитная проницаемость для ≈ тока и индуктивное сопротивление рабочей цепи уменьшаются , а ток и мощность, потребляема нагрузкой , резко возрастают.

Если кривая намагничивания материала сердечника обладает большой крутизной линейной части, то можно значительно изменить напряжение и мощность в нагрузке за счет небольших изменений величины входного сигнала. I_y, т.е. усиливать этот сигнал. Этот принцип и используется в магнитных усилителях, где ∆P_n > ∆P_y

Коэффициент усиления

K=(P_вых-P₀)/P_{у ,} где P_вых ­– вых. мощность;

P_у – мощ. на управление;

P₀ – мощность х. х.

Для усилителя с пермаллевым сердечником I_xx≈0 и P₀ ≈0, и

K= P_вых/ P_у=50+-250

Простейшая схема МУ обладает теми недостатками, что ≈ ток в нагрузке наряду с нечетными гармоническими содержит и четные, которые искажают форму кривой тока, и что в управляющей обмотке наводится переменная ЭДС, искажающая входной сигнал; для ее уменьшения ставит индуктивность L в цепи управления.

Четные гармоники тока в МУ меняют свою фазу при изменении направления подмагничивающего поля Ф₌. Поэтому обмотки постоянного и ≈ тока соединяются так, чтобы составляющие Ф₌ и Ф_≈ в одном из сердечников (или в одном из крайних стержней трехстержневого сердечника) совпадали по направлению, а в другом сердечнике (стержне) они имели противоположное направление.

Тогда между четными гармониками будет сдвиг фаз в 180˚

При параллельном соединении обмоток W_p в управляющей цепи ЭДС не наводится, т. к. в каждой обмотке W_y наводятся токи, одинаковые по величине и противоположные по знаку.

Ток в нагрузке равен сумме i` и i``, каждый из которых содержит четыре гармоники, по т.к. они сдвинуты на 180˚, то ток, протекающий по нагрузке, не имеет четырех гармоник. Недостаток данной схемы ­­- большая инертность МУ, т.к. параллельно соединенные обмотки W_p по отношению к постоянной составляющей магнитного потока представляют собой короткозамкнутую цепь. Эта схема применяется, если в нагрузке нужно исключить четные гармоники.

Если требуется быстрое реагирование на изменение входного сигнала, то обмотки W_p включаются последовательно. В этом случае ≈ ток нагрузке также не содржит четных кармоник.

Обмотки W_y включаются навстречу W_p, и нечетные гармоники индуктированной ЭДС компенсируются, а четные складываются.

Врезультате во входной цепи W_y появляется ЭДС удвоенной частоты, поэтму эти усилители используются как удвоители частоты.

В схеме МУ с обратной связью переменный ток обмотки W_p выпрямляется мостиком и подаётся обмотку обратной связи W_ос, что создаёт дополнительное подмагничивание IW_ос, которое увеличивает выходной ток и повышает коэф-т усиления до 3000-5000.

Серьезный недосаток МУ – их инерционность.

Конденсаторные усилители

В последнее время применяются конденсаторные усилители с прокладками из ферроэлектрического диэлектрика – титаната бария (BaTiO₃) или сегнетовой соли. Этиматериалыв отличие от обычных диэлектриков имеют нелинейную зависимость диэлектрической постоянной ξ и смещения D от электрического поля.

В принципе работы конденсаторного и магнитного усилителей многообщего, т.к. они испытывают падающую часть кривых μ=f(U) и ξ=φ(E).

Известно, что В= ξE, емкостное сопротивление X_c=1/(ωС), где С – емкость конденсатора.

Для плоского конденсатора С= ξS/d, где S-площадьпластин; d-расстояние между пластинами.

Если на конденсатор подать сигнал управления E_у , то на участке кривой АВ величина ξ падает, следовательно, емкость уменьшается, а емкостное сопротивление X_c=1/(ωС) возрастает.

Это свойство аналогично изменению магнитной проницаемости МУ и используется для получения эффекта усиления в цепи нагрузки.

Конденсаторный усилитель представляет собой мостовую схему в одну диагональ которой включается цепь уравновешивания, а в другую – источник ≈ тока с токовой стабилизацией и сопротивления нагрузки Z_н.

При отсутствии сигнала E_y (кл. К разомкн) сопротивление конденсаторов мало, через них проходит большой ток, а в цепи нагрузки течет малый ток I_н.хх.

При подаче сигнала E_y (кл. К замкнут) сопротивление конденсаторов возрастает ток уменьшатся; при условии I=const в цепи питания ток в цепи нагрузки I_н возрастает.

Достоинство конденсаторных усилителей – малаямощность управления (близка к нулю).

Недостаток – зависимость сопротивления от температур окружающей среды.