книги из ГПНТБ / Полонников Д.Е. Электронные усилители автоматических компенсаторов
.pdf5 8 |
ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ |
[ГЛ. Ill |
11. Если в автокомпенсаторе для стабилизации всей системы предусмотрена обратная связь по скорости враще ния двигателя, в усилителе должен быть предусмотрен спе циальный вход для введения такой связи.
12.Выходной каскад усилителя должен обеспечивать полное использование мощности двигателя и согласование вы ходного сопротивления с сопротивлением нагрузки.
13.Изменение коэффициента усиления, выходной мощ ности, уровня помех не должны превышать допустимые вели
чины (определяемые свойством автокомпенсатора) при изме
нении |
в заданных пределах окружающих условий: темпера |
||
туры, |
влажности, электрических |
и магнитных |
полей, а также |
напряжения и частоты питающей |
сети. |
|
|
14. |
Конструкция усилителя должна предусматривать про |
||
стоту |
как в производстве и наладке, так и в |
эксплуатации. |
|
В частности, при смене дамп не должна производиться какаялибо регулировка усилителя, кроме коэффициента усиления. При конструировании должны учитываться требования, предъ являемые к габаритам, прочности, герметичности и надеж ности усилителя и автокомпенсатора в целом.
Мы перечислили основные требования, которые следует учитывать при разработке и расчете усилителя. Естественно, что в зависимости от поставленной задачи, требования долж ны конкретизироваться и пополняться, после чего можно приступать к выбору и расчету отдельных узлов усилителя и всей схемы.
§ 8. Основные этапы разработки усилителей
При разработке схемы нового усилителя, а также при испытании готового образца целесообразно рассматривать усилитель состоящим из следующих узлов: входного устрой ства (которое включает цепи до сетки первой лампы или весь первый каскад), усилителя напряжения, усилителя мощ ности (выходного каскада) и блока питания. Входное устрой ство и выходной каскад являются звеньями, непосредственно связанными с остальной схемой автокомпенсатора, поэтому большинство требований, предъявляемых к усилителю, отно сится именно к этим узлам. Усилитель напряжения обычно непосредственно не связан со схемой автокомпенсатора (за исключением ввода стабилизирующей обратной свядр), иоэтог
§ 8 ] ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ УСИЛИТЕЛЕЙ 5 9
му его характеристики и большей степени определяются особенностями входного и выходного устройств. Источник питания определяется главным образом типом усилителя мощ ности и лишь частично остальной частью усилителя.
Приведенные соображения позволяют наметить |
определен |
|
ную последовательность выбора |
схемы усилителя, |
ее расчета |
и экспериментальной проверки. |
На основании требований к |
|
входному устройству производится предварительный выбор одного или нескольких типов входных устройств и их ориен тировочный расчет. (Делать подробный расчет и выбирать оптимальные параметры сразу же, как показывает опыт, нецелесообразно.) Соответствующие рекомендации приводятся в гл. IV, V и VI. Выходной каскад (в одном или нескольких вариантах) выбирается и рассчитывается с учетом требований, предъявляемых к усилителю мощности (см. гл. VIII).
Имея выходные параметры входной цепи и входные — усилителя мощности, а также учитывая общие требования к усилителю, можно составить условия, которым должен удовлетворять усилитель напряжения. На основании этих условий выбирается один или несколько вариантов схем уси
лителя напряжения и |
ориентировочно |
определяются их пара |
||
метры (см. гл. VII). |
|
|
|
|
Далее |
выбирается |
тип |
источника |
питания и составляется |
несколько |
вариантов |
общих |
принципиальных схем усилителя, |
|
которые тщательно анализируются и сравниваются между собой. Выясняется, полностью ли используются все лампы. Проверяется, насколько рационально выбраны звенья для обеспечения избирательных свойств. Если избирательными свойствами обладают несколько узлов усилителя, следует попытаться оставить их в одном. Выясняется отвечают ли предъявленным требованиям схемы питания, цепи смещения, развязывающие фильтры.
Зная параметры отдельных звеньев, можно определить коэффициент усиления, коэффициент избирательности и пере даточную функцию всего усилителя. В первом приближении (без учета паразитных связей) они представляют собой произ ведения соответствующих величин отдельных звеньев.
Предварительно составленные схемы сравниваются между собой по техническим и экономическим показателям. Следует
учитывать, что излишний запас по |
коэффициенту усиле |
ния, чувствительности, избирательным |
свойствам, выходной |
бо ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ ГЛ. Ш
мощности и другим параметрам не является достоинством схемы, так как обычно это достигается либо за счет усложнения
схемы, либо за счет ухудшения других параметров. |
|
||
После того как предварительно выбраны два-три |
вариан |
||
та схем, наилучшим образом удовлетворяющие |
всем требова |
||
ниям, производится анализ их устойчивости. |
|
|
|
Затем может быть разработан предварительный вариант |
|||
конструкции усилителя, изготовлен опытный образец |
и про |
||
изведено его |
всестороннее экспериментальное |
исследование. |
|
Как правило, |
нецелесообразно производить проверку |
схемы |
|
на макете, в котором расположение деталей выбрано случай но и при разработке конструкции будет изменяться. Извест но, что в чувствительных усилителях уровень внутренних помех п устойчивость в значительной степени определяются взаимным расположением деталей, монтажем и экранировкой. Именно поэтому при проверке схемы конструкция усилителя и расположение деталей должны быть по возможности заранее продуманы п в дальнейшем не изменяться.
В результате экспериментального исследования выяс няется, соответствуют ли характеристики усилителя расчет ным значениям, и если не соответствуют, то какой узел уси лителя вызывает отклонение. После того как выяснены основ ные недостатки, проверена устойчивость усилителя и удов летворены основные требования, должен быть произведен
более |
детальный расчет всех узлов усилителя с целью |
выбора |
оптимальных значений параметров отдельных элемен |
тов. Затем в схему вносятся изменения в соответствии с результатами повторного расчета, устраняются недостатки конструкции, обнаруженные при проверке, и вновь произво дится экспериментальное определение всех параметров уси лителя. Полученные результаты позволяют произвести окон
чательное |
сравнение |
имеющихся вариантов усилителей и вы |
|
брать наилучший. Чередование |
расчета и экспериментальной |
||
проверки |
позволяет |
с наименьшими затратами труда прийти |
|
к цели. Даже самые |
тщательные |
расчеты не позволяют точ |
|
но учесть все факторы, влияющие на характеристики усили теля. Если расчеты не проверяются экспериментами, получен ные результаты часто не удается практически воспроизвести, так как при постановке задачи не были учтены какие-либо особенности работы усилителя. В результате всю работу при ходится начинать сначала. Конечно, нельзя ограничиваться
§ 8 ] ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ УСИЛИТЕЛЕЙ 61
и одними экспериментами, так как они не позволяют выявить
общие закономерности |
и |
требуют для |
выбора |
оптимума не |
|
которых |
параметров |
значительно большей затраты времени, |
|||
чем при |
чередовании расчета и эксперимента. |
|
|||
Остановимся более подробно на исследовании устойчи |
|||||
вости. При составлении |
передаточной |
функции |
усилителя с |
||
Рис. 19. Принципиальная схема четырехкаскадного усилителя (а) и его эквивалентная схема (б).
учетом паразитных связей в аналитическом исследовании устойчивости возникают серьезные трудности. Дело в том, что при учете паразитных связей усилитель нельзя предста вить в виде цепочки детектирующих звеньев и находить общую передаточную функцию путем перемножения переда точных-функций отдельных звеньев. Усилитель является слож ным многоконтурным четырехполюсником. Для составления
6 2 1ШБ0Р СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ [ГЛ. Ill
точной передаточной функции приходится поэтому пользовать ся обычными методами расчета линейных четырехполюсников.
Вследствие большого числа параметров, |
входящих в |
схему, |
||||
эта задача оказывается весьма громоздкой и трудоемкой. |
Рас |
|||||
смотрим, например, схему |
усилителя |
рис. |
19,а. Его |
эквива |
||
лентная схема приведена |
на |
рис. |
19, б. |
Из анализа |
схемы |
|
видно, что расчет усилителя |
методом контурных токов |
при |
||||
водит к необходимости решать систему из 14 уравнений. Число различных типов каскадов, применяемых в усили телях автокомпенсаторов, невелико. Наиболее широко распро-
Рис. |
20. |
Схема |
четырехкаскадного усилителя |
|
(рис. |
19) |
при замене каждого |
каскада эквива |
|
|
|
лентным четырехполюсником. |
||
странены 2 - ь 3 |
типа. |
Значительно |
большее разнообразие |
|
имеют структурные схемы усилителей. Учитывая это, целесо образно представить каждый каскад со всеми относящимися к нему элементами в виде эквивалентного активного четырех полюсника.
В таблице 2 приведен ряд |
принципиальных схем каска |
||
дов, |
даны их эквивалентные схемы и приведены |
формулы |
|
для |
определения эквивалентных |
параметров через |
параметры |
каскада. Таблица эквивалентных параметров наиболее рас пространенных типов каскадов позволяет облегчить расчет
сложных схем. Например, для усилителя по схеме рис. |
19, а |
|||
эквивалентную схему можно представить, как |
показано |
на |
||
рис. 20. При этом число уравнений |
сокращается |
с 14 |
до |
4. |
Запишем их в следующем виде: |
|
|
|
|
Е%— Ex — (Zx -j- Z2 -)- R s) I\ — Z2/2, |
|
(3.7) |
||
E3 — Еч = — Z4x ~b (2a “b |
-J- R%) /2 — Z3/3, |
|||
E-i — E'i — — -Z;t h -[- (Z3 -)- Z4 -j- Rio) /3; |
|
|
|
|
£7ц ы х ------- |
^ 5 ^ 4 ------- |
( 3 . 8 ) |
Т а б л и ц а 2
Схемы усилительных каскадов, их эквивалентные схемы и формулы для определения эквивалентных параметров
Кя |
Принципиальные и эквива |
Формулы дла определения эквивалентных параметров |
||||||
схемы |
лентные схемы каскадов |
|||||||
|
|
|
Ет“ |
атРт — |
“Ь Bm-Jm- ь |
|||
|
|
|
|
|
^тЛ-1 = &тЦт”Ь |
m‘t |
||
|
|
|
Ат ~ |
ат^т- 1 ~ |
I |
Вт-1 — атРт-и |
||
|
|
|
|
|
|
am-i |
|
|
|
^пг — д |
(Rim^nm 4“ Rim^gm “Ь Rim^am “Ь ^ат^пт ^am^gm) ) |
||||||
|
-*m |
|
|
|
|
|
|
|
|
am — |
д |
lxm (Znm 4 " Zgm)> |
^ni — * ZgmRimt |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
“я |
|
|
— |
a |
lxmZjgm> |
дт — Rim + Znm+ Z.gm- |
|||
|
П р и м е ч а н и е . |
|
|
|
|
|
||
|
R-im — внутреннее сопротивление лампы m-го каскада, |
|||||||
|
\хт — статический коэффициент усиления т-го каскада, |
|||||||
|
Zjn — эквивалентная |
нагрузка т-го |
каскада, |
|||||
|
Е т — эквивалентная |
э. д. с. |
т-то каскада, |
|||||
|
l m — переменная составляющая тока от источника питания. |
|||||||
^
<22
УСИЛИТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ ЭТАПЫ ОСНОВНЫЕ
05
с о
|
|
Пр о д о л же н и е та блицы 2 |
Nj |
Принципиальные и эквива |
Формулы для определения эквивалентных параметров |
схемы |
лентные схемы каскадов |
Zm=
^ / я
— ат^т — |
1+ |
~dmUm Н- bnJт>
'^т-1> Вm-i — атпРт-й
^шт (^ит^ат ~f~ ZgmZ am - { - Z jmZ am - [ - ZjmZ um - { - ZjmZgm)
|
|
|
Дт |
|
_ з |
|
Z'imZ mmZgm |
m |
|
(^nm ” 1” Zgm) |
|
i, |
|
|
|||
um— |
д |
м |
<“m—---------------- :--------------- |
||
|
j |
H*/7i (Zam “1 ^шт) ^gm |
|||
|
|
||||
|
am |
д |
|
---- > |
|
|
|
|
am |
|
|
{Zam + Zmm) (Znm- j - Zgm - j - |
Zim) - { - (Znrn- | - Zgm ) Zim, |
||||
|
|
Zim = |
Rim + Zfyrn(\ |
|
|
УСИЛИТЕЛЯ СХЕМЫ НЫБОР
№ Принципиальные и эквива схемы лентные схемы каскадов
|
|
|
Пр од о л же н и е |
таблицы 2 |
00 |
||
|
|
|
|
|
|
||
Формулы для определения эквивалентных параметров |
|
|
|||||
= ат^т = АтЕт-1 ~Ь Ет_\1т _ь |
|
ОСНОВНЫЕ |
|||||
|
ЭТАПЫ |
||||||
|
^m+i = |
|
“Ь nv |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
Am ^ |
~ |
> |
Bm-i “ |
amPm-i\ |
|
|
|
|
am-i |
|
|
|
|
РАЗРАБОТКИ |
|
Zm= 7 7 ^ д- [/?!„ (1 +РС™,/?™, +рС™ /?аш) + |
|||||||
|
|||||||
|
|
|
|
+ Ram (1+ pCgm Rgm )]> |
|
||
.. |
H-m(1 Ч~pCgm Rgm ) . |
|
УСИЛИТЕЛЕЙ |
||||
4» |
_ 1+ flCgm (R im + Rgm ) |
|
|
||||
m |
PCgm^m |
|
|
|
|||
bn |
. RgmRin |
|
ri |
PmRgm . |
|
||
|
|
um— |
д |
’ |
|
||
|
|
|
|
a m |
|
|
|
PCgm
0 5
Ol
П р о д о л ж е н и е т а бл и цы 2
№ |
Принципиальные и эквива |
|
Формулы для определения эквивалентных параметров |
||||||
схемы |
лентные схемы каскадов |
|
|||||||
|
Е т — |
|
|
|
“Ь |
|
^яг+1 — |
"I” ^ nJ-тип |
|
|
1 т |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m — Qmdma.m -i am~i |
|
|
|
|
|
||
|
у |
Ram (1 -f- p C gmRgm) (1 +pCftm^fcnt) |
_i_ |
|
|||||
|
m ~ |
Р°СштСе т ( 1 + р С и тя и * |
т |
|
|
||||
|
I (1 -f- p C gmRgm -f- pCgmRam) [Rim (1 ~l~ pR'kmRkm) 4~ Rkm 0 ~f~ Pm)] . |
||||||||
|
|
|
|
P'RwmPgm (1 -f- pCfcniJRfofn) |
|
||||
|
|
|
____ Pm 0 |
+ |
pC gmRgm) . |
|
|
|
|
|
|
m |
_ |
P^CuimGgm^m |
|
|
|
||
|
|
h |
R g m [ R jm (I -r P C k m R k m ) + Rkm 0 + Pm)] . |
||||||
|
|
m |
|
|
|
рСшт(1 “l"pCkmRkm) ^m |
|
||
|
|
j |
|
Pm 0 |
~f~ P^mmRam) R S m . |
|
|||
|
|
|
|
|
|
р с шт Дт |
|
|
|
|
A- |
= 0°Г |
(1Г+ Р л |
Т |
У R \ |
t1 + |
PC ^ k m |
+ p C gmRgm + |
|
|
|
P {->inm'~'gm \ 1 |
” T” P^km^km) |
|
|
|
|||
JT p C g m R k m (1 "Г Pm) -J- p C g m R im 0 + pCkm Rkm ))-
g
УСИЛИТЕЛЯ СХЕМЫ ВЫБОР
П р о д о л же н и е таблицы
УСИЛИТЕЛЕЙ РАЗРАБОТКИ ЭТАПЫ ОСНОВНЫЕ