Гусев - Электроника (944138), страница 89
Текст из файла (страница 89)
В электронных цепях кроме рассмотренных использун1 ~ фазовые фильтры. Они имеют не зависящий от частозы коэффициент передачи и пропорциональный ей фазовый сдвиг выходного сигнала. В качестве фазовых фильтров можно использовать фазосдвигающие устройства (рис. 6.14,а. 6), работа которых рассмотрена ранее. Наиболее важным его параметром является грзиповое врезка задерлски, под ним понимают промежуток времени, иа который сигнал задеРживаетсЯ фазовым фильтРом: Б„„г= — —.
ГРУП- йр новое время задержки в общем случае меняется при изменении частоты сигнала и зависит от порядка уравнения, характеризующего математическую модель фильтра. в 6.6. МАГНИТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С появлением дешевых малогабаритных интегральных усилителей электрических сигналов изменился подход к посзроению преобразователей, основанных на использовании различных физических явлений, в том числе и широко распространенных магнитных преобразователей. Оказалось целесообразнее, дешевле и проще требуемые характеристики магнитных преобразователей получать не за счет их конструктивно~ о выполнения, а за счет введения электронного усилителя, охватывающего магнитный преобразователь цепью ОС или создающего эффекты введения в Пепь отрицательных сопротивлений или проводимостей. Преобразователи сигналов, в состав которых входят магнитные и электронные компоненты, включенные так.
что один или оба одновременно влияют на характеристики преобразования, называются м а г н и т о э л е кт р о н н ы м и. Применяя магнитозлектронные преобразователи, можно создать высокодобротные индуктивности, высокоточные и высо- а) Ят Аи ггв Ят 7) Рис. 6.27 Увеличение квакания иидуктивности за счет введения в цепь к пушки напряжении ри), тока )й); компенсация активно~о сопротнвдения провода катушки (в), чквивааентная схема индуктивной час~и Ы) косгабильные преобразователи переменного тока и напряжения. преобразова гели постоянного тока и магнитных величин. а также различные датчики физических величин с индуктивными элементами.
Оци полезны при создании усилителей, у которых одна часть гальванически развязана от другой. Такие развязывающис усиди)ели широко применяются в устройствах„ малочувсгви~ельных к помехам типа «оольшое сипфазнос напряжениен, и при обеспечении защиты ог высоких разпосгей напряжений между входной и выходной цепями. Основные приемы, используемые при построении магнитоэлек тронных преобразона ~ елей, рассмотрим на конкретных примерах.
Схемы мн) нигоэлектронных катушек индуктивности приведены на рис. 6.27, а, б, и. Электронная часть в схемах рис. 6.27, а. б обеспечивает увеличение значения индуктивности приблизительно в К раз, где К вЂ” коэффициент усиления усилителя. В схеме рис. 6.26, и с помощью усилителей с единичным коэффициентом усиления по напряжению компенсируется активное сопрогивление провода катушки индуктивности 1. Характерной особенностью магнит оэлектронной катушки индуктивности является то, ч~о вместе с ней выполняется вторая обмотка 2.
С цельк1 упрощения будем снята~в, что число ес витков равно числу витков катушки индуктивносги 1: И', = И' . Для схем рис. 6.27. и это условие является принципиально важным„для других (рис. 6.27. и, о) — может не выполняться Уб а) Рис. 6.28. Магнитоэлекгронные трансформаторы напряжения: с ио именной юенасэыо переав и, б . с выси«им евсиным сыроэ ивен ем; е . е ус авээо-умой»ивам усюн еыевэ Если обмотки ! и 2 намотаны вместе и пронизываются одним магнитным потоком, то их индуктивности рассеивания 2,в и 2,„стремятся к нулю, а ЭДС обмотки 2 равна падению напряжения на индуктивности Е)Е=М).
При Е„40, Еы40 ЭДС обмотки 2 равна падению напряжения на взаимоиндуктивпости М. В схемах рис. 6.27, 6.28, 6.29 дополнительная обмотка 2 подключена к электронным узлам, имеющим настолько большое входное сопротивление, что можно пренебречь создаваемой ими нагрузкой и считать, что У, равно падению напряжения на взаимоиндуктивности М. При учете этого для цепи рис. 6.27, а справедливо уравнение 1Ун„— К„77таМ=!)Ау+!го)Е„+М)!, (6.126) где К,— коэффициент усиления усилителя; Яэ — сопротивление провода обмотки !. Отсюда З ы» а) Рис. 6.29.
Магнита-электронный преобразователь гока (и); трансформаэор напряжения, имеюший поаышснную .тонность (б) 439 (''.„)1= Я, -!тв) Е.н Ь(! К„) М1, (6. 127! Из (6.127) видно, что электронный усилитель увеличивае~ в 1+К„раз взаимоиндуктивность М, которая в первом приближении равна индуктивности Л. Это происходит потом). что напряжение усилителя, точно повторяющее падение напряжения на взаимоицдуктивности, вычитается из входно~ о напряжения. Соответственно ток катушки индуктивности умень. шается, как было бы в случае, если бы вследствие увеличения ее числа витков индуктивность повысили в 1+К„раз.
Максимальное значение К„, при котором сохраняется устойчивость, зависит от частогной характеристики усилителя и внутренне~ о сопротивления цепи. к которой подключена ка гушка. Для большинства случаев К. находится в пределах 50 10'. Аналогично рассмотренному работ ает схема рис. 6.27, 6 Ее отличие заключается в том, что дополнительный сигнал. меняющий параметры катушки индуктивцости для источника сигнала (!,„, введен в обмотку 2 в виде тока. повторяюще1о по форме ток катушки !.
Усилители РА! и !ЭА2, включенные преобразователями ток напряжение и напря;кение ток, можно рассматривать как усилитель тока с коэффициентом усиления по току К; и входным сопротивлением Я,. С учетом того, что ток обмотки 2 создает на взаимоийдуктивности М дополнительное падение напряжения КД!0М, для этой цепи можно записать уравнение (),„= 7 ! Я, + Я, + !0э (т' „. + (! + К) М) ) . (6.128) откупа 1,'„7=-(Я+ Я,)+7<0 ~2,„+(!+К;) М1.
(6.129) Из (6.129) видно„что при Я„- О и ~ К;! =- !К,! схемы рис. 6.27, а, б. полностью эквивалентны по параметрам. В них благодаря введению электронной части в К раз увеличились значения индуктивности и добротности и появилась возможность плавно регулировать значение индуктивности с помощью изменения коэффициента усиления усилителей. В схеме рис. 6.27, в усилители !)А!. 2ЗА2 выполняют роль конвертора отрицательного сопротивления (КОС). так каь в цепь выхода ЛА! вводится дополнительное напряжение.
равное падению напряжения на активном сопротивлении провода Я, и индуктивности рассеивания 2.„и имеющее противоположный знак. Результируюп!ее падение напряжения на этих элементах равно нулю с точки зрения входного сигнала Поэтому если выходное сопротивление ОУ )ЗА! стремится к нулю, то у катушки индуктивности можно получить большую добротность. Усилитель !)А2 с К„= 1 и дифференциальным высокоомным входом выделяет падение напряжения на со. противлении 2 =(Я+70!2.„).
Для 'лого его входы соединены 440 с включенными встречно обмотками ! и 2. ОУ !)А! имеет единичный коэффициент усиления К„, и малое выходное сопротивление Я„,„. Его выходное напряжение включено последовательно с входным: Г,„=1(Р+)ы!.+Я,„„) — К„,Кгз(р+7тв!.„). (6.130) При К„, К„з = 1 Г,„! 7= Я„„„+7твМ, Д = оМ! Л,„„. (6.131) (6.132) Используя усилители с выходным сопротивлением в сотые тысячные доли Ом, можно получить катушки индуктивности, имеюшие значения добротности, которых нельзя достигнуть технологическим ну~ем. Важными преимушествами схемы рис.
6.27, в являются абсогнотная устойчивость и хорошие частотные характеристики у усилителей с единичным усилением. Этот прием компенсации активного сопротивления провода обмотки можно использовать для любых индуктивных компонентов и их любых обмоток. Следует отметить, что потери в ферромагнитных магии гопроводах с помошью рассмотренных схем нс устранякэтся.
Магнитоэлектронные трансформаторы напряжения приведены на рис. 6.28, а, б, в. В них использовано то свойство трансформатора, что ЭДС его вторичных обмоток относятся между собой как числа их витков. Поэтому если ЭДС обмотки 2, иментщей то же число витков, что и обмотка 7, равна входному напряжению, то ЭДС всех остальных обмоток будут пропорциональны входному сигналу. Причем коэффициент пропорциональности равен отношению чисел витков и не меняется при изменении параметров магнитопровода и активных сопротивлений обмоток.
Если падение напряжения на взаимоиндуктивности М (рис. 6.27, г) равно ~',„, то ЭДС всех вторичных обмоток с~рого пропорциональна входному сигналу. Так как числа витков обмоток ! и 2 равны, то эквивалентная схема рис. 6.27, г справедлива для этого случая. Причем учет друглх вторичных обмоток можно выполнить подключая к взаимоиндуктивности М их приведенные активные сопротивления и индукгивности рассеивания.
В схеме рис. 6.28, и из входного напряжения с7.„ вычитается падение напряжения на взаимоиндуктивности М, равное ЭДС обмотки 2. Оно подается на вход усилигеля и равно л~ ч !ив>у-,! После усиления в К„раз это напряжение прикладывается к обмотке 7, увеличивая приложенное напряжение до значения (!7„„+ К„с7„„,). Следовательно. падение напряжения на взаимоиндуктивности М (. м (('вк+Ку~ вму) увь (6.! 34) у~ьМ = (7,„—— увм-ь(я, ь7ь .)~ (! -'к„) Из (6.134) видно, что при ʄ— ~ со б и = (7,„и погрешности преобразования напряжения практически отсутствуют. На практике устойчивая работа цепи обеспечивается при К„< 100 †: 200 и соответственно влияние активного сопротивления обмотки и сопротивления индуктивности рассеивания уменьшается только в 100 †2 раз.
Поэтому при необходимости повысить точность следует применять комбинацию схем рис. 6.27, а и 6.28, и. Входное сопрогивление такого магнитоэлектронного преобразовагеля равно его индуктивному сопротивлению: У,„=уезд., Поэтому данную цепь можно также использовать как катушку индуктивности. При необходимости обеспечить точное преобразование напряжения и высоком входнол~ сопротивлении можно использовать схему рис. 6.28, б. В ней входное сопротивление магнитоэлектронного преобразователя благодаря последовательной ОС болыпе входного сопротивления усилителя в 1 + К„ раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
