Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

9.9 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 348 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

68	ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЁЛЯ

Величины Еи Еъ Е3, Ei — выражаются формулами

— aiU\>

Е%= Q-iAvL/1—|—В\1\,

В3 = ciiAiAjUi -|- (5ii43 — В.2) /j -J- B.Jь E.i = a iA aAzAbUi-\- А ^В ^Аъ— В%)12—(-

~Ь (^2^4— В а) 1-2 Н~ ^на

[гл. iii

(3.9)


значения	коэффициентов аи	А;,	B t	определяются			по	фор
мулам таблицы 2 в зависимости			от	конкретной		схемы		уси
лителя и параметров каждого каскада.					Формулы	(3. 9)		легко
выводятся	для любого числа	каскадов,			если учесть,		что
	В ,п — А тЕ т - 1 “ I-	В т - 1 U rn-l			Irn -i)•			(3.10)
Зависимость (3. 10) справедлива			и	при другой		структуре

схемы, например, если все каскады питаются от одной точки развязывающего фильтра.

Для анализа устойчивости усилителя целесообразно ра зомкнуть систему (см. рис. 19, а) в точке А (так как возможной причиной генерации является обычно выходной каскад) и соста вить передаточную функцию, считая входом сетку выходной лампы. Анализ устойчивости в линейном приближении произво


дится	обычными методами (см., например, А. А. Фельд-
баум	[34]).	Следует отметить,		что	аналитическое			исследо
вание	устойчивости		и выбор оптимальных			параметров			развя
зывающих		фильтров	представляет трудоемкую				задачу		даже
тогда,	когда выражение передаточной				функции		разомкнутой
цепи	уже	найдено.	Значительно	быстрее		приводят		к	цели

экспериментальные методы, на которых мы остановимся в следующем параграфе.

§ 9. Экспериментальные методы определения основных параметров и характеристик усилителя

Экспериментальное исследование усилителей автокомпен саторов состоит из двух этапов. Первый этап — определе ние основных характеристик усилителя и подбор оптималь ных величин отдельных элементов, не связан с системой автокомпенсатора. Второй этап испытаний заключается в про верке работы усилителя совместно с автокомпенсатором. Испытание усилителя совместно с автокомпенсатором сво

§ 9] ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ 6 9

дится по существу к исследованию свойств самого автоком


пенсатора и			поэтому в книге не рассматривается.
	К числу основных параметров и характеристик усилителя
автокомпенсатора				относятся: напряжение трогания;			коэффи
циент		усиления		усилителя напряжения; коэффициент усиле
ния	усилителя			мощности; общий коэффициент усиления;
уровень наводок,				приведенных ко входу при скомпенсиро
ванной		активной		составляющей	первой	гармоники;	напряже
ние	шумов,		приведенных ко		входу;	постоянный	сдвиг и

дрейф нуля; амплитудно-частотная, фазо-частотная и ам плитудная *) характеристики усилителя; коэффициенты изби рательности по частоте и фазе; величины входного и выход ного сопротивлений; область линейности; выходная мощность или максимальный момент, развиваемый двигателем при ра боте от усилителя. Методы определения перечисленных ха рактеристик общеизвестны, однако в практике нередко воз никают трудности, связанные с особенностями усилителей автокомпенсаторов. Например, при определении коэффициен та усиления по напряжению выходного каскада или при оп ределении выходной мощности приходится часто измерять полезный сигнал на фоне больших помех, которые могут значительно превосходить последний.

Приводимая ниже методика испытания усилителей позво ляет определить их характеристики наиболее простыми сред ствами и с разумной степенью точности.

При снятии	различных характеристик усилителя					следует
поддерживать	номинальными уровень и частоту				питающего
напряжения, а также			окружающую	температуру,	влажность
и напряженность		полей.
а. О п р е д е л е н и е н а п р я ж е н и я т р о г а н и я
Для определения напряжения трогания удобно						собрать
схему, показанную на			рис. 21. Датчиком входного			сигнала
в зависимости	от	типа	усилителя	служит либо	батарея Б,

либо разделительный трансформатор Тр, питаемый от той же силовой сети, что и усилитель с двигателем Д . Источник напряжения подсоединяется к переменному сопротивлению

*) Под амплитудной	характеристикой усилителя понимается за
висимость и оых = f (£/вх)	где <о0 — несущая частота.

7О	ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ	[гл. Ill
через	переключатель Пъ позволяющий изменять полярность
сигнала. Напряжение, снимаемое с сопротивления		R u конт

ролируется вольтметром и поступает на калиброванный дели


тель R3, R3, с			которого		через R B подается сигнал		на вход
усилителя.		На	выходе усилителя			включается по	обычной
схеме	асинхронный двигатель Д с					моментомером М *). Отно
шение	плеч	делителя		Rit	R3 следует выбирать приблизитель
но того же		порядка,		что	и ожидаемая величина коэффици

ента усиления усилителя. Напряжение источника сигнала же лательно иметь порядка 10-=-20 в. Сопротивление R, должно

Рис. 21. Схема испытания усилителя вне автокомпенсатора.

быть

по возможности

небольшим

(меньше

R 2).

Предполага

ется,

что отношение R i/R 3 известно

более

высокой

точ

ностью, чем требуемая точность измерения.

R 3 выбирается

много меньше

сопротивления

R B, заменя

ющего

внутреннее

сопротивление

измерительной

схемы,

для

работы

с которой

предназначается

усилитель.

Сопротивле

ния

RB, R3, R% тщательно

экранируются. В

случае

примене

ния

проволочных

сопротивлений

намотка

R 3 и RB должна

быть

выполнена бифилярно

из

материала с малой

величиной

термо-э. д. с. по отношению

к меди,

например

из

манганина.

Провода, идущие от R3 к усилителю,

желательно

иметь ми

нимальной длины, выполненные в

виде

коаксиального кабеля,

чтобы избежать магнитных наводок.

Усилитель

должен

быть

достаточно удален

от

источников

сильных

электрических и

*) Наиболее удобен пружинный моментомер с двухсторонней шкалой, соответствующей максимальному пусковому моменту двига теля и снабженный каким-либо демпфером.

§ 9]	ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ	МЕТОДЫ	71
магнитных полей.	Вход усилителя	следует	заземлить, если
это допустимо по схеме автокомпенсатора.
Измерения производятся следующим образом. Движок R t

ставится в нижнее положение, включается напряжение и дает


ся время для прогрева усилителя (не менее								15	минут),
после	этого	движок Ri		перемещается вверх до				тех		пор,
пока	момент	не	перестанет заметно		возрастать.		Так		ориен
тировочно определяется				линейная область		работы		усилителя
и максимальный			пусковой момент М макс. Затем				входной			сиг
нал уменьшается			примерно в два-три		раза	(что	гарантирует

работу усилителя в линейной области) и записываются вели

чина момента

(At')

напряжение

на

делителе

(f/o).

Затем

записываются те же величины при

противоположной

поляр

ности входного сигнала (At" и

Щ).

Измерения

при

двух

полярностях входного сигнала позволяют исключить

сдвиг

нуля. Напряжение

трогания находится

следующим

образом:

U т

Mr(U0' + U")

(3.11)

М' + М"

Т?2 + Я3 ’

где М т— момент

сопротивления

или

момент

трогания

по

движной

системы

прибора, приведенный к

валу

двигателя.

Значения

М ,

At",

U'q, Uq подставляются в (3.11)

без

учета

знака. Таким

образом,

напряжение

трогания

зависит как

от

трения в подвижной системе прибора, так и от свойств уси лителя и двигателя. Отметим, что понятие напряжения тро гания не всегда совпадает с порогом чувствительности. Под по рогом чувствительности усилителя автокомпенсатора будем понимать минимальную величину входного сигна'ла (напряже ния U„ или тока /в), создающего на выходе усилителя на пряжение первой гармоники несущей частоты, надежно от личимое от шумов и помех и достаточное для преодоления двигателем момента трения в системе. Понятие «порог чув ствительности» усилителя автокомпенсатора имеет смысл


только при работе усилителя с	конкретным		прибором,			по
скольку величина полезного сигнала, который				может		быть
обнаружен на фоне помех, неразрывно		связана		со	свойства
ми двигателя и прибора в целом.	Если	величины			шумов и
помех на выходе усилителя невелики и		не	вызывают коле
баний стрелки прибора, то порог	чувствительности				совпада

ет с напряжением (током) трогания. Если же под действием шумов или помех происходит колебание стрелки, да порог

7 2

ВЫБОР СХЕМЫ

УСИЛИТЕЛЯ

[ГЛ.

III

чувствительности условно примем сигнал на входе

усилите

ля,

вызывающий

смещение

стрелки

на

величину,

равную

удвоенной

амплитуде

колебаний.

Благодаря

избирательным

свойствам

двигателя сигнал,

соответствующий

порогу

чув

ствительности, может быть в 5 -г-20

раз

меньше

напряже

ния

помех.

Чтобы характеризовать свойства усилителя, работающего

на

двигатель, независимо от

свойств

прибора,

целесообраз

но ввести понятие чувствительности по моменту

К ы- Под

чувствительностью по

моменту

будем

понимать отношение

приращения момента к приращению входного сигнала.

Вели

чина

определяется

следующим образом:

К» =

М' + М"

/?а + л»

(3.12)

Wo + W

л»

Как

следует

из приведенных

определений,

усилитель

высокой чувствительностью обладает низким порогом чув ствительности, низким напряжением трогания и наоборот.

Зная К ы, легко определить напряжение трогания для при бора с любым моментом сопротивления M t по формуле

	=						(3.13)
		Ам
Естественно, что при определении			Км и	7/т	следует		огова
ривать тип	двигателя, с которым		производилось			измерение.
б. О п р е д е л е н и е к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я
При измерении общего коэффициента усиления							усили
теля обычно возникают трудности			с выделением			полезного
сигнала из	выходного сигнала,	включающего			в себя		различ
ные помехи	и пульсации. Для	этой	цели	можно		воспользо
ваться схемой рис. 21, но следует			предварительно				опреде

лить коэффициент КмЯ, характеризующий свойства двигателя в линейной области:

Кмд = г г .	(3.14)
ия

где М — пусковой момент двигателя, развиваемый под дей ствием активного напряжения £/д на управляющей обмотке.

§ 9j	ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ		7 3
Зная	коэффициент	К мд, общий коэффициент	усиления усили
теля	определяется	по формуле

к.. Кя . (М' + ЛГ) (/?, + £,)


	Аобщ— ^ мд—		K w (U‘u + U4 )R t			’		(3 .1 5 )
где М ,	М" — моменты,		развиваемые		двигателем		под	дей
ствием	напряжений на	делителе		U'o, Uq,		полученные		точно
таким же методом, что и выше,				при	определении		напряже
ния трогания по схеме рис. 21.
Аналогичным образом определяется коэффициент усиле
ния выходного каскада с			той	лишь	разницей, что			напря
жение	подается на	вход усилителя			мощности.		При	этом

Рис. 22. Схема измерения коэффициента усиления усилителя напряжения с помощью осциллографа.

делитель R it R 3 вообще не нужен, a R B должно быть при мерно равно выходному сопротивлению предоконечного каскада.-

При определении коэффициента усиления усилителя на

пряжения можно воспользоваться его		косвенным	измерением
по формуле
=	Ау.м		(3 .1 6 )
где Ку.н — коэффициент усиления		усилителя	напряжения,
Кобщ— общий коэффициент	усиления, Ку,м — коэффициент
усиления усилителя мощности.

п ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ [гл. III

Такой путь особенно удобен, когда различные помехи на выходе усилителя напряжения составляют значительную часть линейной области. Если же помехи много меньше линей ной области, то измерение можно производить непосред

ственно с помощью электронного осциллографа	по	схеме
рис. 22. На вход усилителя подается напряжение,	не	пре

восходящее линейной области, но значительно превышающее


уровень помех (приведенных			ко	входу). С помощью элек
тронного	осциллографа с большим			входным	сопротивлением
(не менее	3 Мом) измеряется		отношение напряжения па вы
ходе усилителя 7Уу,„		к напряжению на делителе Ua. Приме
нение осциллографа		удобней,	чем	катодного	вольтметра, так

как	при некотором навыке с помощью осциллографа удается
хотя	бы приближенно исключить напряжение	помех, тогда
как	вольтметр показывает величину суммарного	напряжения.

Пользуясь результатами измерения, коэффициент усиления усилителя напряжения можно определить по формуле

___ .» “ Ь ^ у . н Я з +	Яз	(3.17)
у-н— и 0' + и;' '	r ,

Величины, обозначенные одним штрихом, по-прежнему озна чают измерение при одной полярности, а обозначенные двумя штрихами — при противоположной.

в. И з м е р е н и е у р о в н я помех , с д в и г а и д р е й ф а н у л я

Для измерения производится компенсация активной со ставляющей первой гармоники помехи на выходе входным сигналом такой величины, при которой момент, развиваемый двигателем, равен нулю (рис. 22). Величина входного сиг нала при этом определяет сдвиг нуля:

7/,	U,	R3		(3.18)
		Яз - Ь	Я з

Определение дрейфа нуля производится измерением вход ного сигнала, необходимого для компенсации дрейфа. В уси


лителях переменного тока сдвиг нуля			обычно		не	меняется
во времени и зависит только	от	питающего		напряжения и
внешних полей. Далее с помощью		осциллографа				измеряется
уровень суммарных помех на	выходе		усилителя			напряже
ния 7/п.вых. Напряжение помех,	приведенное			ко	входу, рав

§ 9]

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

7 5

но и„.аых/К у.п- Отметим, что уровень помех, вызванных раз личными полями, может быть измерен независимо от флюктуационных шумов только в том случае, если последние имеют значительно меньшую величину.

г. И з м е р е н и е ф л ю к т у а ц и о н м ы х			шумов ,
п р и в е д е н н ы х ко в х о д у
Измерение флюктуацпонных	шумов	обычно	сопряжено с
серьезными затруднениями. Дело	в том,	что уровень помех,

вызванных различными полями, часто во много раз превосхо

дит шумы. Для измерения шумов

схема

усилителя

должна

быть изменена так, чтобы резко

умень

шить

величину наводок, не изменяя при

этом уровня шумов. Чтобы обеспечить

необходимое снижение наводок, целе

сообразно:

вой

а)

отсоединить

усилитель

от

сило

сети;

б) питание цепи накала производить

от

источника

постоянного,

хорошо

от

фильтрованного

напряжения

(лучше

всего

от

аккумуляторов);

в) анодные цепи питать от стаби

лизированного

выпрямителя

низким

уровнем пульсаций; выходной каскад

может быть

выключен;

Рис. 23.

Схема катод

г)

весь усилитель и особенно

вход

ного

повторителя

ную цепь тщательно заэкранировать и

тепловым

вольтметром

('V) для измерения на

удалить

от возможных источников пере

пряжения

шумов

на

менных магнитных полей.

выходе

усилителя

на

При

указанной

замене

источников

пряжения.

питания необходимо следить, чтобы ре

жимы

работы

ламп остались

прежними,

как

при

питании

от

сети.

Далее, с

помощью

осциллографа проверяется фор

ма

напряжения

помех

на

выходе

усилителя

напряжения.

Напряжение .должно носить флюктуационный

характер

без •

заметных периодических

составляющих. Для измерения сред

неквадратичного напряжения шумов целесообразно вос

пользоваться приставкой, состоящей из	балансного катод
ного повторителя, на выходе которого	включен тепловой

Рис. 24. Определение обла сти линейности (£/т .вх) и максимального пускового мо мента (Ммакс).

7 6

ВЫБОР СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ

[гл. II

вольтметр (или какой-либо другой прибор, измеряющий средне квадратичное значение напряжения), как показано на рис. 23. Такая приставка включается на выходе усилителя напряже ния, и с помощью ее измеряется напряжение шумов £/ш.вых • Для приведения напряжения шумов ко входу полученную величину следует разделить на коэффициент усиления уси лителя напряжения, т. е.

£/ш.в* =	(3.19)
	*\у.н

д. О п р е д е л е н и е а м п л и т у д н о й х а р а к т е р и с т и к и, м а к с и м а л ь н о г о п у с к о в о г о м о м е н т а

и м а к с и м а л ь н о й в ы х о д н о й м о щ н о с т и

Для снятия перечисленных характеристик можно восполь зоваться методом определения общего коэффициента усиле ния, приведенным выше в этом параграфе. Измеряя пусковой мо мент и выходное напряжение при разных входных сигналах, можно построить зависимости £/ВЬ1Х(£/вх)

или М (С/вх), из которых определя ются £/miBblx и уИ„акс • За максима льное входное напряжение, соответ ствующее линейной области, ус ловно принимается значение напря жения в точке А графика рис. 24, т. е. в точке пересечения ли нейных отрезков характеристики.

Максимальная выходная мощность наиболее просто нахо дится расчетным путем. Полезная мощность создается активной составляющей первой гармоники выходного напряжения, т. е.

__ U£/пых,1I COS

20)

А . , I Zn

где ZH— сопротивление нагрузки для первой гармоники, об разованное обмоткой двигателя и шунтирующей ее емкостью, cpi — фазовый сдвиг между напряжением и током первой гар моники в обмотке двигателя. Поскольку

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

7 7

максимальная выходная мощность равна
(^ н ,!	)макс =	з	1	(3.22)
(^ н ,!	)макс =	у	г ,	(3.22)
		Z m COS <fi
Очевидно, ЖМакс	и (Р„,\|)макс	зависят от типа		двигателя,
поэтому следует	указывать с	каким	двигателем	они опре
делялись.

е. О п р е д е л е н и е в е л и ч и н ы в х о д н о г о с о п р о т и в л е н и я

Под входным сопротивлением обычно понимается отно шение входного напряжения к входному току. В случае уси лителя постоянного напряжения с преобразователем, когда входной ток несинусоидален, входное сопротивление меня ется в течение периода. В этом случае входным сопротив лением удобно считать отношение величины входного напря жения к средней за период величине входного тока. Таксе определение входного сопротивления имеет смысл, когда датчик по каким-либо причинам нельзя нагружать большим током (например, в /^//-метрии). В большинстве же случаев входное сопротивление будет интересовать нас только с точ ки зрения ослабления чувствительности за счет падения на пряжения на внутреннем сопротивлении датчика (измери тельной схемы). Тогда входное сопротивление можно опре делить из следующих соображений: если при увеличении внутреннего сопротивления датчика от R BH до R BB-}- Д7?вн коэффициент усиления (или преобразования) уменьшится от К до К — ДК, то справедливо следующее равенство:

К — АТС

Т?вя-|-7?вх

К-^вн + д7?вн+ 7?вх’

откуда, переходя к пределу, получим выражение R BX:

(3.23)

Используя зависимость К от внутреннего сопротивления дат чика R BU, с помощью (3.23) можно рассчитать входное со противление. Нередко в самом входном устройстве усилителя имеется сопротивление R B, эквивалентное R BB, включаемое

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 348 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ