Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Полонников Д.Е. Электронные усилители автоматических компенсаторов

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
9.9 Mб
Скачать

1 8 8 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА [ г л . V

заряд, теряемый Cg, равен

Uct1

<?р =

Rg + у

Можно показать, что во время перекрытия контактов за­ ряд конденсатора Cg не изменяется. Поскольку суммарный заряд, получаемый Cg за период, равен нулю,

 

(UB— U c ) t i =

 

Uch

(5.115)

 

R g +

~2 R $

Rg "I- ~2 R(i>

 

 

Учитывая, что суммарный заряд,

получаемый

конденсатором

Св за период,

также равен нулю,

можно записать

(ЕС-Ц „ )Т 0

_ (£ /,

Uc) U

. —в О Д t

(5.116)

 

Rв

Rg +

~2

R<b

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя значение

£/в из (5.115) в (5.116)

и решая отно-

сительно Uc,

находим:

 

 

 

 

 

и с =

Rg + у

(5.117)

I R B

Г Го /? ф

Первая гармоника выходного напряжения выражается через Uq следующим образом:

У2 UCR

(5.118)

Подставляя значение U c

из

(5.117)

в (5.118),

получаем:

/ 2

 

 

 

 

и.вых,1'

7?ф

, 2Д(пк /?в

■ti RB

1 +

2R,

Го

R<$

2R.

откуда находятся более точные, чем в табл. 4, значения коэффициента передачи

 

1

(5.119)

1 -L

2Д^пк RB

1 7о — Rb

+ 2Rg

Г0 RФ

То 2R .

§ 1 7 1

БЕСТРЛНСФОРМАТОРНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

1 8 9

и входного сопротивления

(5.120)

Величина К?ф имеет оптимальное значение, при котором коэф­ фициент передачи максимален:

R ф. опт = 2

(5.121)

При этом

 

V 2

(5.122)

^п.макс

(5.123)

Входной фильтр, образованный R B, /?ф и Св, позволяет зна­ чительно ослабить паразитное переменное напряжение и тем самым обеспечить высокий коэффициент избирательности. Коэффициент избирательности по первой гармонике паразит­ ного напряжения для схемы 7 (табл. 4) приближенно равен

 

S n ^ % C aRB{ l

-

^

 

(5.124)

Однако

увеличение

избирательности

в схеме 7 достигается

за счет

ухудшения

динамических

свойств,

которые

опреде­

ляются

в основном

той же постоянной

времени

входного

фильтра. Передаточная функция рассматриваемой схемы мо­ жет быть приближенно представлена следующим образом:

(5И25)

где

'Таким образом, основной недостаток однополупериодных схем заключается в низком коэффициенте избирательности,

190 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА |ГЛ. V'

увеличения которого можно достигнуть лишь за счет повы­ шения инерционности входной цепи. Схемы 8 и 9 (табл. 4) в значительной мере свободны от этого недостатка. При сигнале постоянного тока работа входного устройства (схема 8 ) совершенно аналогична, в установившемся режиме, работе

схемы 4. Путем шунтирования входа

контактом вибропреоб­

разователя

осуществляется

модуляция

постоянного

напряже­

ния.

Цепь,

состоящая

из делителя

R u

R^ и конденсатора Ск,

не влияет

на коэффициент

преобразования,

если не считать

того,

что

она

шунтирует R K. Паразитный сигнал переменного

тока

(частоты

50 гц)

поступает

через

R B и Cg

на сетку

лампы и через

Ск на

катод. При

этом

в

анодной

цепи соз­

дается составляющая первой гармоники обратной фазы по отношению к составляющей, вызванной сигналом на сетке. Если выбрать коэффициенты усиления по сеточной цепи и по цепи катода равными, то первая гармоника в анодной цепи будет отсутствовать. Таким образом обеспечивается избира­ тельность схемы против паразитного переменного сигнала несущей частоты.

Расчет условия полной компенсации первой гармоники приводит к следующей формуле:

где р. — статический коэффициент усиления лампы. При вы­ воде (5.126) предполагалось, что выполняются неравенства:

“•c ‘ (R‘ + i? T T k )> 1 '

(5Л27)

%СгКг > 1 .

(5.128)

Заметим, что в случае выбора лампы с

высоким р усло­

вие (5.126) практически не зависит от параметров лампы, что

является

существенным

достоинством рассматриваемой схемы.

Входное

сопротивление состоит из двух параллельно

включенных сопротивлений: входного сопротивления

схемы 4

(табл. 4)

без

RB и сопротивления делителя

R t -|- Rit т. е.

 

 

R bx = R b

-Re (R i Ч~ Rs)

 

(5.129)

 

 

Щ + Ri + R*

 

 

 

 

 

 

 

Условие

компенсации

первой

гармоники

(5.126)

остается

в силе при

со. При этом,

очевидно,

RBX имеет макси­

§ 1 7 ]

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

1 9 1

мальное значение, определяемое только свойствами цепи мо­ дуляции. Для увеличения входного сопротивления цепь мо­ дуляции по схеме 4 целесообразно заменить схемой 6 (табл. 4), а Да вообще не ставить (схема 9 табл. 4). Условие компен­ сации первой гармоники в этом случае получается из (5.126) при Д3-»-оо

Д1 = Дд= Дк ( 1 + | ) .

(5.130)

Формулы (5.126) и (5.130) выведены в предположении, что фаза паразитного переменного напряжения Оа (схема 9 табл. 4) совпадает с фазой работы вибропреобразователя. Нетрудно показать, что условие компенсации справедливо при произ­ вольной фазе Uа- Для этого достаточно убедиться, что коэф­ фициент усиления по сеточной цепи для реактивного напря­ жения остается тем же, что для активного.

Входное напряжение несущей частоты преобразуется на выходе в напряжение, состоящее из четных гармоник. Наи­ большую величину имеет вторая гармоника. Передаточный коэффициент для нее при Дд< ^ 2 Дг равен

К н Ъ

--------------- ------------------------- пГп 5 • (5Л31)

 

3" (Д„ + Дд)I Rr+ Ra + ( 1 +

Передаточный коэффициент для сигнала постоянного тока

_

v

V 2

2 Rg

K a =

Kt

я

2 /?? -|-д в

где Кс — коэффициент усиления каскада для сигнала, посту­ пающего на сетку лампы. Отсюда коэффициент избиратель­ ности по второй гармонике равен

sia —

3 У Т

Дг (Дд+ Дв)

(5.132)

 

2

Дд(2 Д„ + Дв)

 

Обычно 2Rg Дв, поэтому

 

 

 

s 12

 

 

 

(5.133)

Как видно из формул (5.132), (5.133), коэффициент избира­ тельности входной цепи по второй гармонике невелик. Чтобы не вызвать насыщения выходного каскада, усилитель напряжения

1 9 2 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА [гл. V

должен обладать сравнительно узкой полосой пропуска­ ния. Коэффициент избирательности по второй гармонике уси­

лителя напряжения (sa2) может

быть определен

из условия

s 13

а вх

(5Л34)

где авых — минимально допустимое отношение

сигнала, соот­

ветствующего порогу чувствительности к помехе двойной частоты на входе усилителя мощности, авх — отношение сигнала, соответствующего порогу чувствительности, к на­ водке первой гармоники, имеющей место на входе, s13— из­ бирательность входного устройства по первой гармонике.

Требования к симметрии работы вибропреобразователя остаются такими же, как и при трансформаторном входном устройстве [см. (5.24)]. Некоторым преимуществом схемы 9 является возможность компенсации несимметрии вибропреоб­ разователя схемным путем. Для этого достаточно сделать Дд

переменным.

 

 

Входное

сопротивление схемы 9 для постоянного тока такое

же, как

для

схемы 6 , т. е.

R BX = R B-\-2R g. Его величина

может

быть

выбрана весьма

большой. Однако при работе

от датчика с очень большим внутренним сопротивлением ди­ намические свойства схемы хуже, чем схемы 6 .

При скачкообразном включении входного сигнала постоян­

ного

тока Ес напряжение

Uд Ф £'с.

Это связано с

тем, что

течет ток зарядки конденсатора Ск.

Учитывая, что

/?д«=« R K,

можно приближенно считать

 

 

 

UaW -

2EBReRK

 

 

 

2RKR

 

 

(Rg +

+

 

 

 

 

 

EcRg

 

(5.135)

 

 

 

 

 

** + *»( '+ T R

 

 

Если

Ro^>2Rx., t o

1 RK

 

 

UA\t-b

(5.136)

 

:Яв + 2

/?к’

 

 

 

а затем растет по экспоненте приблизительно до Ес с по­ стоянной времени

TB^ C K(RB + 2RK).

§ 1 7 ]

БЕСТРЛНСФОРМА'ГОРНЫЕ ВХОДНЫЕ

УСТРОЙСТВА

 

1 9 3

Величина

Ск выбирается

из

условия хорошего

пропускания

50-периодной составляющей;

при

этом

ш0Ск (RB-(- 2RK)

1,

и следовательно, постоянная

времени

Тв

много

больше

пе­

риода несущей частоты, т.

е.

входное

устройство

весьма

инерционно.

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

выбрать 2R K^> R B, то переходный процесс

практи­

чески отсутствует, так

как

начальное

и

конечное значения

напряжений почти совпадают. Этот метод, однако, плох тем,

что

с ростом RK падает

усиление каскада и растут

наводки

из

цепи

накала на катод.

Имеется другой способ уменьшения

времени

переходного процесса путем уменьшения

Ск. Это

приводит к фазовому сдвигу переменного напряжения в цепи катода. Однако такой же сдвиг можно получить в сеточной цепи, уменьшая Tg= CgRg, и тем самым сохранить условия компенсации первой гармоники.

Приравнивая фазовые сдвиги по обоим каналам, получаем условие для выбора Cg:

(5.137)

откуда

(5.138)

Выбор параметров схемы 9 можно производить в следующей

последовательности:

 

 

 

 

 

 

 

1.

Выбрать

RK из

условий

нормальной величины

автома­

тического

смещения.

 

 

 

 

 

 

 

2.

Зная

требуемое

входное

сопротивление R BX,

 

выбрать

р __Rbx

 

Rв

 

 

 

 

 

 

 

 

Kg

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Зная

RK и

внутреннее сопротивление

датчика

RB, за­

даться

Тв— Ск (RB-ф- 2/?к), откуда определяется Ск.

 

 

4.

Из

(5.138)

определяется

Cg.

 

 

 

 

 

5.

Из

(5.130)

определяется

R д.

 

 

 

 

 

На

рис.

81, а

дана осциллограмма

переходного

процесса

при следующих параметрах схемы: R B=

50 ком, 7?д=

 

51 ком,

RK= 50

ком,

Rg = 240 ком,

Ra= 1 Мом,

С„ =

0,5 мкф,

Ск= 1 0 мкф.

Как видно из рисунка, переходный процесс длит-

cif

сравнительно

долго, что объясняется зарядкой и

разряд­

кой

конденсатора

Ск. Если параметры выбрать в соответствии

1 9 4 ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА [гл. V

с приведенной выше рекомендацией, то переходный процесс значительно сокращается, как видно из рис. 81, б. Параметры схемы были при этом следующие: R B= 50 ком, R r = 10 ком,

R k= \ Q kom,

R s =

2AQkom, Ra = \M o M , Cg = 0,06jwg6,

Ск = 0,7 лкф ,

7^ =

0,05 сек.

П е к

 

а]

Рвх

 

 

; 0,1сек |-*-

^вых

Ш

 

Ф

Рис. 81.

Переходный

процесс в схеме

9 (табл. 4) при С К =

 

= 10 мкф (а), при С к =

0,7 мкф (б).

В заключение рассмотрения бестрансформаторных входных

устройств

усилителей

автокомпенсаторов постоянного тока

с низким и средним входным сопротивлением приведем реко­ мендации по применению различных схем в зависимости от

§ 1 7 J

БВСТРЛНСФОРМАТОРНЫЕ ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

1 9 5

предъявляемых требований. Прежде всего отметим, что все бестрансформаторные входные устройства уступают во многих отношениях трансформаторным. Бестрансформаторные схемы обеспечивают меньшую чувствительность (т. е. меньшее отно­ шение полезного сигнала к помехам), меньшие коэффициенты передачи и избирательности; В бестрансфсрматорных устрой­ ствах весьма затруднительно обеспечить разделение входных цепей. Преимущества бестрансформаторных схем состоят в их простоте, нечувствительности к внешним переменным магнит­ ным полям и возможности обеспечить весьма высокое вход­ ное сопротивление. Отсюда ясно, что применение бестран­ сформаторных схем целесообразно, когда эти свойства играют наибольшую роль. В тех случаях, когда во входном сигнале не содержится паразитной переменной составляющей и тре­ буется обеспечить высокое входное сопротивление при хо­ роших динамических свойствах, предпочтение следует отдать схеме 6 . Если во входном сигнале содержится паразитное напряжение частоты преобразования, следует применять схему 7 или 9. При этом необходимо учитывать, что схема 9 позво­ ляет обеспечить лучшие динамические и избирательные свой­ ства. Однако по уровню внутренних помех и коэффициенту передачи схема 9 уступает схеме 7, что объясняется нали­ чием в катоде первой лампы (схемы 9) сопротивления R K, незашунтированного емкостью.

Г Л A B A VI

ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ

 

 

 

ПО ТОКУ УСИЛИТЕЛЕЙ

 

 

§

18.

Входные устройства

с контактным

 

 

 

 

вибропреобразователем

 

Задача

измерения весьма

малых

медленно меняющихся

токов (порядка

1СГ10— 10- 1 6

а) и э.

д. с. с большим

вну­

тренним

сопротивлением приобретает

в настоящее время

все

большее

значение. Измерение

малых

токов оказывается

не­

обходимым не только при выполнении научных исследова­ ний, но и в промышленности, особенно в связи с автомати­ зацией и применением датчиков, использующих радиоактивные изотопы.

Усилители высокой чувствительности по току предназна­ чены главным образом для работы от датчиков с очень большим внутренним сопротивлением. Входные устройства

таких усилителей должны быть поэтому также

весьма высо­

коомными (порядка 109

ом и выше).

Это

необходимо,

с

одной стороны, чтобы

не нагружать

датчик

(например,

в

/7//-метрии), с другой стороны, чтобы получить большую чувствительность.

Обеспечение высокой чувствительности при большом входном сопротивлении вызывает ряд серьезных трудностей: возрастает уровень различных помех, весьма существенную

роль начинают играть шумы входной

цепи, резко возрастает

дрейф

нуля, уменьшается коэффициент преобразования, уве­

личивается входная постоянная времени.

 

 

Из

обзора

входных

устройств

усилителей

постоянного

тока, приведенного в гл. V, видно, что наиболее подходя­

щими

для

высокочувствительных

по

току

усилителей

являются входные цепи

с динамическим

конденсатором и с

§ 1 8 ] УСТРОЙСТВА С КОНТАКТНЫМ ВИБР0ПРЕ0БРА30ВЛТЕЛЕМ 1 9 7

контактным преобразователем. Из устройств с контактным преобразователем явным преимуществом обладает схема 6 (табл. 4) благодаря возможности обеспечить наибольшую величину входного сопротивления при сравнительно высоком коэффициенте преобразования. Рассмотрим особенности ра­ боты схемы 6 при входном сопротивлении порядка сотен мегом и более.

Выше, при анализе входных устройств, мы не учитывали различные паразитные емкости, в частности, входную емкость

Рис. 82. Схема высокоомной входной цепи с вибропреобразователем с учетом межконтакт­ ных емкостей.

первого каскада. Однако это допустимо только при входном сопротивлении не свыше нескольких мегом. При входных сопротивлениях 1 0 9 1 0 10 ом должны учитываться все емкости, даже порядка единиц пикофарад. Полная схема входного устройства с контактным преобразователем дана на

рис. 82,

где

R B— внутреннее сопротивление

датчика,

С„ — емкость,

шунтирующая

вход

усилителя, включая ем­

кость подводящего

кабеля, Ск — емкость входного

контакта

относительно якоря,

С3 — суммарная

емкость

якоря

относи­

тельно заземленного

контакта

и емкость относительно

земли

(шасси) провода, соединяющего якорь с

разделительным

конденсатором

Cg>

Сл — входная

емкость

лампы

первого

каскада,

Rg — сопротивление

утечки

первого

каскада.

 

Поскольку

RB и Rg

очень велики, на практике

всегда

выполняются неравенства

 

 

 

 

 

 

 

 

R A C B+

Ct) = T B> T a = ± ,

 

 

( 6. 1)

 

 

 

 

 

 

J О

 

 

 

( 6.2)

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ