Электронный усилитель Советский патент 1955 года по МПК H03F1/34 H03H19/00 

В настоящее время непрерывно раст)т требования повышения точности и быстродействня систем автоматического контроля и регулирования. Выполпение этих требований встречает ряд трздностей, одной из которых является повыптение чувствительности электронных усилителей при усилении сигнала от различных индуктивных, индуктивно-трансформаторных и емкостных датчиков. Трудность заключается в том, что практически невозможно обеспечить точное совпадение по амплитуде, фазе и форме напряжения, даваемого датчиком, с компенсирующим напряжением, в результате чего в положении баланса имеется некоторое остаточное напряжение, сдвинутое по фазе на 90 относительно полезного сигнала. Велич 1на остаточного напряжения обычно во много раз пре зышает по амплитуде напряжение, соответствующее желаемому порогу чувствительности.

Это приводит к тому, что при повышении коэффициента усиления усилитель насыщается и его чувствительность к полезному сигналу резко падает, что, естественно, затрудняет обеспечение точности системы в целом. Кроме того, работа усилителя в нелинейной области приводит к дополнительным погрешностям, так как

остаточное напряжение сдвигается по фазе и воспринимается на выходе усилителя как полезный сигнал (подобные системы на выходе усилителя почти всегда имеют фазочувствительное устройство).

Чтобы преодолеть эти трудности, приходится либо предъявлять повышенные требования к точности изготовления датчиков, что резко повышает их стоимость и лишь незначительно снижает остаточное напряжение, либо применять в усилителях фазочувствительный выпрямитель н ставить его ближе к выход} (чтобы избежать его насьидения) и тем самым не пропускать дальше реактивный ток. Однако применение фазочувствительного выпрямителя в основном тракте усиления приводит к дополнительным погрешностям из-за его нестабильности, что вызывает необходимость иметь ручку установки нуля н стабилизатор питаюигего напряжения. Кроме того, фазочувствительный выпрямитель требует применения после себя фильтра, что значительно повышает инерционность усилителя и делает невозможным применение его в быстродействующих системах.

С целью уменьшения чувствительности к реактивному току (входному сигналу) электронного усилителя с

отрицательной обратной связью, предназначенного преимущественно для систем автоматического контроля и регзлирования с реактивными датчиками, предлагается выполнить цепь отрицательной обратной связи из последовательно соединенных демодулятора, фильтра и модулятора, обеспечивающих получение передаточного коэффициента, пропорционального фазе входного сигнала и имеющего минимальное значение при сдвиге фаз, равном О или 180.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого электронного Зсилителя, на фиг-, 2 - схема его цепи обратной связи.

На фиг. I обозначено / - усилитель напряжения с коэффициентом силения /Ci; // - усилитель мощности с коэффициентом усиления Кч, /// - цепь фазочувствительной обратной связи с передаточны.м коэффициентом K,f. IV - блок питания.

Принцип работы схемы основан на толт, что усилитель, Охваченный фазочувствительной обратной связью, становится фазочувствительным. Если передаточный коэффициент цепи обратной связи имеет вид:

К „с jf:Я sin .

где 9 - сдвиг напряжения t/ относительно напряжения питающей ceTir (предполагается, что полезный сигнал должен совпадать или быть в противофазе с напряжением питающей сети), то при этом коэффициент усиления /С усилителя может быть выражен следующим образом:

/С -К,

/с

-{- К а о

При /, и 1 коэффициент усиления 1ЛЯ реактивного тока (ср - 90°)

/ ., К.. резко падает л . , тогда как

для активного тока коэффициент усиления .максимален

К - К, Л ., Таким образом, остаточное напряжение на входе усилителя будет значительно ослаблено и вероятность насыщения выходных каскадов этим напряжением также уменьшена.

В цепь обратной связи, показанную на фиг. 2, входят демодулятор,, состоящий из фазочувствительного выпрямителя (Ci, Ri, Bi) и фазосдвигающих цепочек (Rs, Сз, R, Cs и RZ, С , Rs, Сз), фильтр (Ri, С,,), модулятор (Rr,, BZ) и трансформаторпита«ия (общий с усилителем). Буквами С обозначены конденсаторы, R - сопротивления, В - селеновые выирямители.

При подаче на вход схемы переме) напряжения (частоты сети) между точками 1-2 (на выходе фазочузствительного выпрямителя) появляется постоянная составляющая, про порциональная амплитуде входного сигнала и sin г, которая подается на селеновый модулятор через сопротивления RI и R:,, причем переменная составляющая значительно ослабляется с помощью фильтра, состояидего из сопротивления R.i и конденсатора С. На модуляторе под действием постоянного напряжения возникает переменное напряжение, фаза которого определяется полярностью постоянного напряжения. Далее переменное напряжение сдвигается на 90 с помощью фазосдвигающей цепочки в, Сг„ R-, Са. Таким образом, амплитуду выходного переменного напряжения в первом приближении можно считать пропорциональной sin ff входного напряжения, что и требуется от цепи обратной связи.

Усилитель, охваченный такой обратной связью, позволяет значитель. но повысить допустимую величину входного напряжения, что же.тательпо для работы с индуктивными датчиками, не увеличивает своей инерционности для активного сигнала i-r может быть использован в быстродействующих системах, например, автокомпенсаторах со временем прохождения щкалы в I сек., не ухудшает своей стабильности по активной составляюн1;ей, так как возможный дрейф в цепи обратной связи приводит только к небольшому изменению величины реактнвной составляющей.

Предмет изобретения Электронный усилитель с отрицательной обратной связью, преимущественно для систем автоматического