§5.4. электромашинные усилители

Какую схему предпочтительнее использовать

Большинство разработчиков отдают свое предпочтение неинвертирующим усилителям, так как у них очень высокий импеданс на входе. И пренебрегают схемам инвертирующего типа. Зато у последнего имеется огромное преимущество – он не требователен к самому операционному усилителю, который является его «сердцем».

Кроме того, характеристики, на поверку, у него значительно лучше. И с помощью мнимого заземления можно без особого труда все сигналы комбинировать, причем они не будут оказывать друг на друга какое-то влияние. Может использоваться в конструкциях и схема усилителя постоянного тока на операционном усилителе. Все зависит от потребностей.

И самое последнее – случай, если вся схема, рассмотренная здесь, подключается к стабильному выходу другого операционного усилителя. В этом случае значение импеданса на входе не играет существенной роли – хоть 1 кОм, хоть 10, хоть бесконечность. В этом случае первый каскад всегда выполняет свою функцию по отношению к следующему.

Сам усилитель решил собрать по схеме Холтона

Схема принципиальная Холтона

   Сборка начинается с установки резисторов, затем устанавливаются мощные резисторы, диоды, конденсаторы и малосигнальные транзисторы. Следует быть внимательным при установке полярных элементов. Неправильное подключение может привести к неработоспособности устройства или выходу одного, или более элементов, при включении схемы.

   С помощью крокодилов закрепите щупы прибора на выводах одного из мощных резисторов 0,22 Ом. Медленно вращая движок резистора P1, установите на резисторе 0,22 Ом 18 мВ, это и будет установка тока в 100 мА на один транзистор. Теперь проверьте напряжение на всех остальных резисторах, выберите один на котором напряжение наибольшее. Настройте резистором P1 на нем напряжение 18мВ.Теперь подключите сигнал генератор на вход и осциллограф на выход. Убедитесь в том, что форма сигнала свободна от искажений. Если у вас нет этих приборов, подключите нагрузку и на слух получайте хорошее качество. Звук должен быть чистым и динамичным.  Защита АС аналогична первой. Питание 24 вольта от отдельной обмотки трансформатора.

Усилитель на полевом транзисторе

Усилители низких частот собирают и на полевых транзисторах (далее ПТ). Схемы таких устройств ненамного отличаются от тех, что собираются на биполярных транзисторах.

В качестве примера будет рассмотрен усилитель на полевом транзисторе с изолированным затвором с n-каналом (МДП типа).

К подложке данного транзистора последовательно подключается конденсатор, параллельно – делитель напряжения. К истоку ПТ подключается резистор (можно также использовать параллельное соединение конденсатора и резистора, как описано выше). К стоку подключается ограничительный резистор и питание, а между резистором и стоком создается вывод на нагрузку.

Входной сигнал к усилителям низкой частоты на полевых транзисторах подается на затвор. Осуществляется это также через конденсатор.

Как видно из пояснения, схема простейшего усилителя на полевом транзисторе ничем не отличается от схемы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Правда, при работе с ПТ стоит учитывать следующие особенности данных элементов:

  1. У ПТ высокое Rвходное = I / Uзатвор-исток. Полевые транзисторы управляются электрическим полем, которое образуется за счет напряжения. Следовательно, ПТ управляются напряжением, а не током.
  2. ПТ почти не потребляют ток, что влечет за собой слабое искажение исходного сигнала.
  3. В полевых транзисторах нет инжекции зарядов, поэтому уровень шумов данных элементов очень низкий.
  4. Они устойчивы к изменению температуры.

Главный недостаток полевых транзисторов – высокая чувствительность к статическому электричеству.

Многим знакома ситуация, когда, казалось бы, нетокопроводящие вещи бьют человека током. Это и есть проявление статического электричества. Если такой импульс подать на один из контактов полевого транзистора, можно вывести элемент из строя.

Таким образом, при работе с ПТ лучше не браться руками за контакты, чтобы случайно не повредить элемент.

Понятие обратной связи

Это распространенное понятие, и оно уже применяется в широких смыслах во всех областях техники. В любой системе управления имеется обратная связь, которая сравнивает выходной сигнал и заданное значение (эталонное). В зависимости от того, какое значение текущее — происходит корректировка в нужную сторону. Причем системой управления может быть что угодно, даже автомобиль, которые едет по дороге.

Водитель жмет на тормоза, и обратная связь здесь – начало замедления. Проведя аналогию с таким простым примером, можно лучше разобраться с обратной связью в электронных схемах. А отрицательная обратная связь – это если бы при нажимании педали тормоза автомобиль ускорялся.

В электронике обратной связью называют процесс, во время которого происходит передача сигнала с выхода на вход. При этом происходит также погашение сигнала на входе. С одной стороны, это не очень разумная идея, ведь может показаться со стороны, что значительно уменьшится коэффициент усиления. Такие отзывы, кстати, получали основоположники разработки обратной связи в электронике. Но стоит разобраться детальнее в ее влиянии на операционные усилители — практические схемы рассмотреть. И станет ясно, что она и правда немного уменьшает коэффициент усиления, но зато позволяет несколько улучшить остальные параметры:

  1. Сгладить частотные характеристики (приводит их к необходимой).
  2. Позволяет предсказывать поведение усилителя.
  3. Способна устранить нелинейность и искажения сигнала.

Чем глубже обратная связь (речь идет про отрицательную), тем меньшее влияние оказывают на усилитель характеристики с разомкнутой ОС. Результат – все его параметры зависят только от того, какие свойства имеет схема.

Стоит обратить внимание на то, что все операционные усилители работают в режиме с очень глубокой обратной связью. А коэффициент усиления по напряжению (с ее разомкнутой петлей) может достигать даже нескольких миллионов

READ  Пьезоэлектрический эффект, применение в науке и технике

Поэтому схема усилителя на операционном усилителе крайне требовательна к соблюдению всех параметров по питанию и уровню входного сигнала.

Установка щеток на электрическую нейтраль.

Установка щеток на нейтраль производится индуктивным методом так же, как для обычных машин постоянного тока. Все четыре щетки усилителей типа ЭМУ установлены на одной траверсе. Для отыскания нейтрали этих усилителей собирается схема испытаний, приведенная на рис. 4-2.
Основные и замкнутые щетки усилителей типа АГ-3 укреплены на двух отдельных траверсах и устанавливаются на нейтраль независимо. Для отыскания нейтрали усилителей типа АГ-3 сначала собирается схема по рис. 2, позволяющая правильно установить и закрепить траверсу со щетками поперечной оси Я3—Я4. Затем собирается схема, приведенная на рис. 4-3, и устанавливаются на нейтраль щетки продольной оси Я1—Я2. В данном случае ток якоря при импульсном включении может составлять (0,1-0,3)Iн.

Снятие характеристики намагничивания.

 С целью получения данных для настройки схемы управления, установления исправности ЭМУ, окончательной проверки полярности и соотношения числа витков обмоток управления снимается характеристика холостого хода или намагничивания усилителя. Характеристика намагничивания ЭМУ снимается так же, как и для обычных машин постоянного тока. При испытании необходимо иметь в виду, что качество притирки, степень нажатия и материал щеток сильно влияют на форму характеристики в области малых напряжений.
Подачу напряжения на обмотки возбуждения следует осуществлять через два потенциометра ПТ1 и ПТ2 (рис. 4-4,а) для возможности регулировки напряжения в весьма малых пределах. Для удобства перемагничивания к первому потенциометру ПТ (рис. 4-4,в) можно подключить два дополнительных потенциометра ПТ1 и ПТ2 и обмотку возбуждения ЭМУ включить между их движками. Применимо также включение потенциометра ПТ с малым сопротивлением 20—40 ом последовательно с добавочным сопротивлением порядка 100—500 ом (рис. 4-4,б). Характеристика намагничивания должна быть снята в диапазоне напряжений от +1,3 до —1,3 UB (порядка 330 в при UB =230 в) только для одной из обмоток ЭМУ. Рис. 4-4. Снятие характеристики холостого хода ЭМУ. а — схема с двумя потенциометрами; б — то же с потенциометром и добавочным сопротивлением; в — то же с тремя потенциометрами; г — характеристики холостого хода ЭМУ,
Кроме того, желательно на очень короткое время повысить напряжение ЭМУ до 1,75 UB (400 в при UH= 230 в) и измерить соответствующий ток возбуждения. Помимо основной характеристики (кривая 1 на рис. 4-4,г), снимается несколько точек характеристик намагничивания путем поочередного питания остальных обмоток возбуждения ЭМУ. Дополнительные характеристики (кривые 2—4) достаточно снять в зоне больших напряжений одной полярности.

Сравнивая измеренные величины токов возбуждения разных обмоток, создающие одно и то же напряжение на якоре ЭМУ, можно получить соотношение чисел витков этих обмоток, а при желании по основной, подробно снятой характеристике, построить остальные характеристики намагничивания.
Соотношение чисел витков обмоток может быть также проверено дифференциальным методом. Рис. 4-5. Типовая характеристика намагничивания ЭМУ-25.
В качестве примера на рис. 4-5 приведена типовая характеристика намагничивания ЭМУ-25. Так же, как ЭМУ-25, ЭМУ других габаритов при н. с., равной 40 ав, создают напряжение на якоре порядка 230 в. Форма характеристики намагничивания, полученной экспериментальным путем, часто отличается от типовой характеристики ЭМУ; обычно это связано с неточной установкой щеток ЭМУ на нейтраль. Однако опыт наладки показывает, что многократная подгонка нейтраки приводит к повреждению щеткодержателей. Поэтому повторную регулировку положения нейтрали следует производить только в тех случаях, когда полученные характеристики машины не дают возможности обеспечить заданный режим управления.
Весьма чувствительны ЭМУ к сдвигу щеток от электрической нейтрали.

Небольшой сдвиг щеток против направления вращения якоря вызывает резкое увеличение напряжения ЭМУ. Сдвиг щеток по вращению вызывает размагничивание и резкое уменьшение напряжения ЭМУ. Указанная зависимость иллюстрируется характеристиками на рис. 4-6.
Сдвиг щеток ЭМУ против направления вращения, несмотря на резкое повышение чувствительности, не применяется, так как грозит чрезмерными перенапряжениями. Для компенсации возможного сдвига нейтрали в ходе эксплуатации рекомендуется смещение щеток в сторону вращения на 1—2 мм. Рис. 4-6. Кривые холостого хода ЭМУ-25 при различном сдвиге щеток с нейтрали (на угол ±β).
Современные схемы авторегулирования имеют большой запас по коэффициенту усиления, и ослабление чувствительности ЭМУ обычно допустимо.

Рабочая точка и смещение базы

Для того, чтобы транзистор не искажал входной сигнал, нужно его для начала чуть-чуть приоткрыть.
Это можно сделать при помощи делителя напряжения из двух резисторов R1 и R2. Этот делитель напряжения позволяет приоткрыть транзистор VT1 для того, чтобы входной сигнал не тратил свою электрическую энергию на его открытие.

Как определяется класс усилителя

Класс усилителя определяется его рабочей точкой. Рабочая точка выбирается с помощью вольтамперной характеристики транзистора. Чем выше напряжение подается на вход транзистора, тем больше ток, тем выше рабочая точка.

Например, точка по центру это А класс.


А класс самый качественный из усилителей. Он усиливает как положительные, так и отрицательные полуволны входного сигнала. В то же время, у этого класса есть существенный недостаток. Это ограничение мощности и снижение энергоэффективности. Дело в том, что пока на вход УНЧ не поступает входной сигнал, он работает все время, пока он включен.

READ  Современные тенденции развития автоматизированных систем компенсации реактивной мощности

Получается, что при это расходуется лишняя электроэнергия. Поэтому, еще рабочая точка называется точкой покоя, когда усилитель не усиливает входной сигнал.

Еще есть B класс, AB и D. Они отличаются друг от друга по эффективности усиления и наличию искажений. Все зависит от используемой схемы.

Например. D класс вообще не открывает транзистор, однако с точки зрения энергоэффективности – это самый лучший выбор. Транзистор в покое не потребляет ничего, он включается только при подаче входного сигнала. И при этом если на вход подается аналоговый звуковой сигнал, то он искажается. Такой класс не подойдет для схемы, которую разбираем в этой статье.

Поэтому, схемотехники и инженеры изобрели цифровые усилители. У них аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой, и только потом подается на вход усилителя. Транзистор не искажает входной цифрой сигнал. После усиления сигнал снова преобразовывается в аналоговый с наименьшими потерями и искажениями.

А режим АВ применяется в схемах, где есть несколько транзисторов, которые работают на свои полуволны. Есть схемы, где один транзистор усиливает только положительные полуволны, а второй только отрицательные. Такие усилители называются двухтактными.

Элементы схемы задержки включения (плавного пуска):

  • Предохранитель: 220В 100мА,
  • Трансформатор: любой маломощный с выходным напряжением 12-14В,
  • Диодный мост: любой малогабаритный с параметрами 35В/1А и выше,
  • Конденсаторы: С1 — 1000мкФ 35В, С2 — 100нФ  63В, С3 — 100мкФ  25В,
  • Резисторы: R1 — 220кОм,  R2- 120 кОм,
  • Транзистор: IRF510,
  • Интегральный стабилизатор: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
  • Реле: с рабочим напряжением обмотки 9В (12В для 7812) и контактной группой соответствующей мощности.

Из-за малого тока потребления микросхему стабилизатора и полевой транзистор можно монтировать без радиаторов.

Однако у кого-то может возникнуть идея отказаться от лишнего, пусть и малогабаритного, трансформатора и запитать схему задержки от напряжения накала. Учитывая, что стандартное значение напряжения накала ~6.3В, придётся заменить стабилизатор L7809 на L7805 и применить реле с рабочим напряжением обмотки 5В. Такие реле обычно потребляют значительный ток, в этом случае микросхему и транзистор придётся снабдить небольшими радиаторами.

При использовании реле с обмоткой на 12В (как-то чаще встречаются) микросхему интегрального стабилизатора следует заменить на 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

С указанными на схеме номиналами резистора R1 и конденсатора С3 время задержки включения составляет порядка 20 секунд. Для увеличения временного интервала необходимо увеличить ёмкость конденсатора С3.

Статья подготовлена по материалам журнала «АудиоИкспресс»

Вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты».

Системы контакторного управления двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором.

Системы контакторного управления в главных цепях (рис. 1-6) широко применяются для электроприводов кратковременного и продолжительного режимов . Ниже приводится перечень основных достоинств и недостатков систем контакторного управления.
Достоинства: а) относительно малая стоимость средств управления; б) простая надежная аппаратура, большой выбор аппаратуры; в) при редких пусках и реверсах достаточное быстродействие (измеряется десятыми долями секунды); г) простота устройств защиты, малая вероятность возникновения аварийного состояния; д) не требуется высокой квалификации обслуживающего персонала. Недостатки: а) неэкономичность при частых пусках; б) малая жесткость рабочих характеристик при пониженных скоростях (рис. 1-6,в, г); в) громоздкость аппаратуры, необходимость постоянного ухода за аппаратурой с заменой или ревизией деталей; г) система
неприемлема при большом числе включений вследствие недостаточного быстродействия аппаратуры постоянного тока (время включения контактора 0,12—0,35 сек), перегрева катушек аппаратов переменного тока (кратность пускового тока Iп/Iуст = 10: 18), повышенного нагрева машин из-за толчков тока, быстрого износа аппаратуры и механизмов; д) практически неприемлема при необходимости автоматического поддержания заданной скорости и изменения скорости в пределах более чем 1:3. Рис. 1-6. Системы контакторного управления: а —примерная схема электропривода постоянного тока; б — то же, но с двигателем переменного тока, имеющим фазный ротор; в — механические характеристики электропривода постоянного тока; г — то же, во электропривода переменного тока; В, Η, Т — реверсивные контакторы; 1У, 2У, 3У — контакторы ускорения; п0-с — скорость идеального холостого хода;
М, Iя — электромагнитный момент двигателя, ток якоря.

При наладке двигателей со ступенчатым контакторным управлением особое внимание должно быть уделено проверке их устойчивости к толчкам тока, к большим ускорениям и замедлениям. Рис

1-7. Система «генератор— двигатель» (Г—Д). а — схема цепи главного тока; а— механические характеристики электропривода; Uг.мкс, Uг2, Uг3, Urk —
напряжения, поддерживаемые на якоре генератора; Iв. г, Iв. д — токи возбуждения генератора и двигателя

Рис. 1-7. Система «генератор— двигатель» (Г—Д). а — схема цепи главного тока; а— механические характеристики электропривода; Uг.мкс, Uг2, Uг3, Urk —
напряжения, поддерживаемые на якоре генератора; Iв. г, Iв. д — токи возбуждения генератора и двигателя.

Параметры

Важнейший параметр для усилителя – коэффициент усиления. Он рассчитывается, как отношение выходного сигнала к входному. В зависимости от рассматриваемой величины, различают:

  • коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
  • коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
  • коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

Для некоторых устройств вроде операционных усилителей значение этого коэффициента очень велико, но работать со слишком большими (равно как и со слишком малыми) числами при вычислениях неудобно, поэтому часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах. Для этого применяются следующие формулы:

  • коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
  • коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
  • коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению.
READ  Обслуживание и ремонт магнитных пускателей (стр. 1 из 3)

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Следующий важный параметр усилителя – коэффициент искажения сигнала

Важно понимать, что усиление сигнала происходит в результате его преобразований и изменений. Не факт, что всегда эти преобразования будут происходить корректно

По этой причине выходной сигнал может отличаться от входного, например, по форме.

Идеальных усилителей не существует, поэтому искажения всегда имеют место. Правда, в одних случаях они не выходят за допустимые границы, а в других – выходят. Если гармоники сигналов на выходе усилителя совпадают с гармониками входных сигналов, то искажения линейные и сводятся лишь к изменению амплитуды и фазы. Если же на выходе появляются новые гармоники, то искажения нелинейные, потому что приводят к изменению формы сигнала.

Проще говоря, если искажения линейные и на входе усилителя был сигнал «а», то на выходе будет сигнал «А», а если нелинейные, то на выходе будет сигнал «Б».

Заключительный важный параметр, характеризующий работу усилителя, это выходная мощность. Разновидности мощности:

  1. Номинальная.
  2. Паспортная шумовая.
  3. Максимальная кратковременная.
  4. Максимальная долговременная.

Все четыре типа нормируются различными ГОСТами и стандартами.

Система «магнитный усилитель — двигатель» (МУ—Д).

Силовые магнитные усилители (МУ) мощностью до 10 кВт широко используются для регулирования напряжений и токов в цепях электрических машин (рис. 1-14). Магнитные усилители не потеряли своего значения даже после освоения тиристорных преобразователей и применяются в проектах сотен разнообразных электроприводов благодаря своим достоинствам.
Достоинства: а) высокая надежность по сравнению со всеми иными системами управления; б) не изнашиваются и практически не нуждаются в уходе; в) не изменяют свои характеристики во времени; г) дают возможность контролировать большое количество потенциально не связанных сигналов (по току, по скорости, по напряжению и другие); д) при многокаскадных схемах требуют малой мощности управления. Рис. 1-15. Кривые выпрямленных напряжений в системе УКВ—Д.
а — шестифазное выпрямление, рабочий режим, угол регулирования а=0; б — то же, но 090°; γ — угол коммутации.

Недостатки: а) низкий к. п. д.; б) большая инерционность (для увеличения быстродействия приходится создавать источники питания повышенной частоты, вводить балластные сопротивления большого потребления и завышать рабочие напряжения); в) сложность электромагнитных процессов в системе и как следствие — сложность расчетов оптимальных режимов управления. Относительная сложность получения желаемых рабочих характеристик; г) большой вес, громоздкость, большой расход меди и высококачественной трансформаторной стали.
Можно отметить, что в современных системах авторегулирования наибольшее применение находят малогабаритные МУ, используемые для суммирования и преобразования сигналов. Такие МУ на промышленной или повышенной частоте применяются также для управления двигателями малой мощности (рис. 1-14,б, в). Приведенная выше (в пп. 6—9) краткая характеристика систем бесконтактного управления на полупроводниковых и магнитных усилителях показывает, что они позволяют получить плавное и устойчивое регулирование скорости двигателей без применения силовых генераторов постоянного или переменного тока. Рис. 1-16. Структурная схема регулирования скорости асинхронного двигателя с помощью тиристорного преобразователя частоты. Рис. 1-17. Схема реверсивного тиристорного преобразователя (перекрестная шестифазная схема с уравнительными реакторами).
При проектировании современных электроустановок стремятся обойтись без систем Г—Д и Д—СГ—АД. На многих объектах, находящихся в эксплуатации, силовые генераторы также заменяют статическими источниками питания. Основная роль в модернизации электроприводов отводится тиристорным преобразователям.

Следует отметить, что распространение выпрямителей ограничивалось из-за значительных пульсаций напряжения при глубоком регулировании скорости (рис. 1-15,а, б). В последние годы построены трансформаторы с переключателями на большое число ступеней, что позволяет получить разные выпрямленные напряжения Uа и в широких пределах изменять скорость двигателя при относительно небольших углах регулирования а.

Подготовляются промышленные тиристорные установки средней и большой мощности для регулирования скорости асинхронных двигателей путем изменения частоты (рис. 1-16). Вводится в эксплуатацию тиристорный реверсивный привод прокатного стана (блюминга) мощностью 25 Мвт. В настоящее время для реверсивных двигателей требуется применение двух комплектов выпрямителей (рис. 1-17). Но уже известны полупроводниковые элементы, обладающие двусторонней управляемой проводимостью. Их освоение создаст возможность нового качественного скачка в развитии управляемых электроприводов.

  • Назад
  • Вперёд

Разбор схемы

Это моно-усилитель мощности звуковой частоты.

Транзистор VT1 является главным элементом в схеме усилителя. Поэтому схема называется транзисторный УНЧ (усилитель низкой частоты).

В данном случае используется n-p-n транзистор. Он включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Эта схема позволяет выжить максимум из транзистора. Она усиливает и напряжение, и ток одновременно. Итого максимальная мощность.

Что такое каскад

Каскад – это по сути этап усиления, который не зависит от другого. Бывают и двухкаскадные усилители. То есть, например, в схеме есть два транзистора. Один работает как предусилитель, и передает усиленный сигнал на вход второго. Поэтому схема называется двухкаскадной. Они не зависят друг от друга, но первый каскад передает сигнал на второй, что позволяет увеличить мощность сигнала.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: