Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 151

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

З а т у х а н и е механической

системы, к а к

говорилось выше,

д о л ж н о

быть

большим,

так как

и н а ч е с л а г а е м о е

і ('(й/шо—шо/со)

 

в к в а д р а т ­

ных

скобках їв

з н а м е н а т е л е

(6.3)

будет в ы з ы в а т ь р е з к о

в ы р а ж е н ­

ный минимум при со=-й)о и характеристику чувствительности

 

не

удастся с д е л а т ь

гладкой

функцией

частоты. Т а к и м

о б р а з о м ,

вели­

чина

а/т

д о л ж н а 'быть

не

менее

нескольких

единиц.

Индуктив ­

ность обмотки

м о ж е т

быть н а й д е н а

по числу ее витков л

и

магнит­

ному

сопротивлению

цепи

5/(2 Л - / ' ) : L = 4nn2S

(21 +1')

~1

• 10~s

 

гн,

где

/' — приведенная

д л и н а

железного

магнитолровода

полюсных

наконечников и магнита,

/ — длина воздушного зазора,

в

см.

 

 

Н а средних

частотах

индуктивное сопротивление

(aL)

 

превали ­

рует

над

омическим (R)

сопротивлением

к а т у ш к и .

Это

значит,

что

на

резонансе,

при

Й = ШО,

произведение

(R + i (йЩа/(йо

+

- И (to/mo—шо/со) ]

по

модулю

не м е н ь ш е ,

чем

(2-Ч-3)4ял2 5ю»(2/

+

+ Z ' ) _ 1 1 0 _ S Ом .

Последнее с л а г а е м о е в

з н а м е н а т е л е

М2/тт,

 

выра ­

женное т а к ж е

через число витков катушки, длину зазора и магни­

топровода, имеет

вид: 4n2 B2 [o)om(2/ + / ' ) 2 ] - 1 1 0 - 9

О м . Отношение

этого

сопротивления

к

подсчитанному в ы ш е

'модулю

реактивного

сопро­

тивления

составит (0,05н-0,03)В2 со5/п-, (2/ + / / ) - 1 :

 

 

 

 

 

 

 

 

' Е с л и рабочий

д и а п а з о н

частот

рекордера

л е ж и т

в

п р е д е л а х

50—10 000 Гц,

то

резонансную

частоту

механической системы

сле­

дует выбирать около среднегеометрической частоты этого диапа ­

зона: Шц3 = 4я 2 50 X 104 ж 2 • 107.

П р и

индукции в зазоре о к о л о

5 Ч - 8 - 1 0 3 Гаусс

эквивалентной

массе

подвижной системы 5 г, сече­

нии зазора 0,5

см2 , длине з а з о р а 0,5

мм и л р е н е б е р ж и м о м а л о й ве­

личине /' интересующее н а с отношение составит ~0,32—0,125. Это

означает, что

при достаточно большом затухании д а ж е

на резонан ­

се п о д в и ж н о й

системы рекордера величиной М2/тц>о в

знаменателе

(6.3)

можно

пренебречь при приближенном рассмотрении

частот­

ной

характеристики чувствительности рекордера . Тогда

(6.3)

упро­

щается

и переходя

к модулю

\ vl'U\,

получим:

 

 

1 v/U

і

=

М (т о у Г 1

(1 + с о 2 / В Т 1 / 2

[а2/соо + (ш/а>0 —соо/со)2 ]- 1 '2

.

(6.4)

р =

R/L,

а =

г/т.

 

 

 

 

 

Представим

 

характеристику

(6.4)

р е к о р д е р а в с л е д у ю щ е м

 

виде:

201g | о/(7

|

= - 2 0 1 g ( c u „ R m ) - 1 0 1 g ( l +

x*/$)—l0\gUx-x-l)*

+

а2 ,].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.5)

х=а/(й0; о)0 2

 

=(mc)-i;

 

ро = Р/cuo/ а =

а/т

 

 

Первое

слагаемое

правой

части

(6.5) — постоянная величина,

о п р е д е л я ю щ а я абсолютную величину чувствительности, и пока его

рассматривать

не будем . Второе с л а г а е м о е в

области х<$0

т а к ж е

'постоянно и близко к

нулю. В области х>\$0

оно ассимптотичеоки

п р и б л и ж а е т с я

к —20\g

(x/f>o).

 

 

 

Н а графике

рис. 6.7а пунктиром нанесены

в

двойном

л о г а р и ф ­

мическом м а с ш т а б е зависимости — 20 l g (х/р0 )

в

области

Во д л я

242

 

 

 

 

 

р а з л и ч н ых значений

ipY Эти зависимости п р е д с т а в л я ю т собой

пря ­

мые, имеющие

наклон

6 д Б на октаву. В точке *='1 о р д и н а т ы

этих

п р я м ы х

равны

201gpV

Д л я некоторого данного

значения

Ро (на­

пример,

п р я м а я IV

рис. 6.7а),

к р и в а я — 1 0 l g (1 +xzl\$\)

пройдет

как показано сплошной линией

// . Н а г р а ф и к е

рис. 6.76 нанесены

пунктиром п р я м ы е — 20 l g х я 20 l g х, представляющие'Собой асимп­

тоты третьего с л а г а е м о г о

правой

части (6.5), т. е.

величины

— 1 0 1 g { ( j e — А ' - 1 ) 2 + а 2

] . В точке х = 1 третье с л а г а е м о е становится рав ­

н ы м — 201gcxo. С п л о ш н ы м и

л и н и я м и

нанесены к р и в ы е —

101g; [(x—

— х - 1 ) 2 + а ^ ] дл я

двух раз ­

 

 

ных значений ао: к р и в а я / рис. 676 — дл я ,ccn< 1 и кри­

вая / / /

рис. 6.76

дл я

аоГ>1.

Д л я

получения

частотной

характеристики

 

201g|y/t7|

достаточно

с л о ж и т ь

ордина ­

ты одной

из

кривых

 

рис.

6.7а с ординатами

 

одной из

кривых

рис. 6.76.

Получен ­

ная р е з у л ь т и р у ю щ а я

к р и в а я

будет

о т о б р а ж а т ь

 

ход

час­

тотной

характеристики

при

выбранных

значениях

пара ­

метров

сіп, Ро в широком ди­

апазоне

изменения

частоты,

ниже,

вблизи

и

выше

 

резо­

нанса

 

механической

систе­

мы. Д л я суммы

кривых

/ и

/ / получим

г р а ф и к рис. 6.7в.

Весь

г р а ф и к рис. 6.7е де ­

лится

па

три

области. Н а

низких

 

частотах, •

 

где

— 1 0 1 g ( l + л : 2 / р 2 )

 

практичес­

ки постоянно,

 

чувствитель­

ность

растет ка к к р и в а я

/ на

6 дБ/окт,

т. е.

пропорцио ­

нально

частоте. В

 

области,

где к р и в а я

/ /

начинает

спа­

дать,

а д о резонанса

на кри­

вой /

еще далеко,

рост

чув­

ствительности

п р е к р а щ а е т с я .

В области

вблизи

резонанса

образуется

более

или менее

пологий

максимум,

а

выше

нее — спад 12 дБ/окт .

 

Об ­

л а с т ь рабочих

частот

д о л ж ­

на быть

р а с п о л о ж е н а

 

так,

9*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SJ

 

 

 

 

ы

 

1

COnSt | у <~-\1

 

1

- Г1

 

 

- т у

л

1

 

\-f2SB

Рис. 6.7. 'К определению частотной характе­ ристики чувствительности электромагнитно­ го рекордера:

а — зависимость —Ш ig (1+д:2 Р0 ) ,и ее асимптоты; б зависимость —101g[(x—

— X _ 1 ) 2 + C(Q) И ее асимптоты; в — суммар­ ная кривая чувствительности в логарифми­ ческом масштабе

243

чтобы ход

полученной характеристики

был

близок

к

принятой

стандартной

характеристике

записи, т. е. чтобы спад (—Д) и

подъ ­

ем

( + Д )

кривой

/ / / н а б л ю д а л и с ь соответственно

на

нижней

(сои )

и

высшей

(сов )

частотах

д и а п а з о н а .

Это

означает,

 

что

точка

х=

1 д о л ж н а

располагаться

около сов.

З а т у х а н и е

ао

и

постоянная

времени электрической цепи р - 1 найдутся подбором соответствую­

щих

кривых из семейств рис. 6.7а и

6.76.

 

 

 

 

 

 

 

Р а с с м о т р и т

теперь

и ер вое слагаемое

в ы р а ж е н и я

(6.5). Оно

по­

казывает, что чем в ы ш е too, т. е. чем

более высокие частоты

нужно

записывать, тем меньше чувствительность рекордера . Чем

более

низкие частоты

хотим

записывать,

тем

больше

д о л ж н а

быть

по­

стоянная времени ; р - 1

и тем

больше

будет чувствительность.

П у т ь

к увеличению чувствительности состоит,

п р е ж д е всего, в

уменьше­

нии

массы подвижной

части. К р о м е

этого в о з м о ж н о ,

конечно,

при­

менение электрической коррекции частотной характеристики

запи ­

си в предварительном усилителе записи.

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромеханическая обратная связь в рекордере

 

 

 

 

Эффективным способом у п р а в л е н и я частотной

характеристи ­

кой

рекордера

является

электромеханическая

о б р а т н а я

связь.

Основная идея устройства состоит в том, чтобы получить

от

рекор­

дера электрический сигнал, пропорциональный скорости

колебаний

его подвижной системы, и ввести в обмотку дополнительный

ток,

пропорциональный этому н а п р я ж е н и ю . Если

ф а з а

этого

тока

будет

противоположна

ф а з е

скорости колебаний,

то сила,

в о з н и к а ю щ а я

вследствие электромеханического преобразования этого тока, будет тормозящей, пропорциональной скорости колебаний якоря . Сле­ довательно, все устройство будет эквивалентно добавлению актив­ ного механического сопротивления, увеличивающего затухания ме­

ханической

системы.

Ф у н к ц и о н а л ь н а я

схема такого

устройства

изображена

на рис .

6.8. В обмоточном

пространстве

полюсных

 

 

Рис. 6.8.

Схема

элек­

 

 

тромеханической

об­

 

 

ратной

связи в рекор­

 

 

дере:

 

 

 

 

 

УЗ — усилитель запи­

 

 

си;

УОС — усилитель

 

 

обратной

связи

 

наконечников п о м е щ а е т с я дополнительная

обмотка

(обмотка

об­

ратной связи), с некоторым числом

витков

пос, а последовательно

с основной обмоткой включается п е р в и ч н а я

обмотка

т р а н с ф о р м а ­

тора с некоторым коэффициентом

т р а н с ф о р м а ц и и

/Ст .

Вторичная

244

о б м о т ка этого

т р а н с ф о р м а т о р а ,

в к л ю ч е н н а я последовательно

 

с

об­

моткой

обратной

связи, создает

электрическую

цепь

обратной

 

свя­

зи.

С у м м а р н о е

н а п р я ж е н и е

Uoc

этой

цепи

подается

 

к а к ' н а п р я ж е ­

ниеобратной

связи

на

в х о д

цепи усиления

обратной

связи

усили­

т е л я записи, п и т а ю щ е г о

рекордер .

 

 

 

 

 

 

 

 

Uoc. О б м о т к а

 

Рассмотрим,

из

чего

с к л а д ы в а е т с я

н а п р я ж е н и е

 

обратной

связи

о х в а т ы в а е т

практически

тот

ж е

магнитный

поток,

что

и р а б о ч а я

о б м о т к а р е к о р д е р а .

 

Следовательно,

н а п р я ж е н и е ,

в о з н и к а ю щ е е

на ней, будет

с к л а д ы в а т ь с я из

н а п р я ж е н и я

взаимной

индукции

і u>Lin0C/n

 

(пропорционального

н а п р я ж е н и я

самоиндукции

і ti>Li рабочей

катушки

в

з а т о р м о ж е н н о м

состоянии)

 

и

противоэлек -

т р о д в и ж у щ е й

силы

д в и ж е н и я — Mvtioc/n,

пропорциональной

проти -

в о э л е к т р о д в и ж у щ е й

силе, в о з н и к а ю щ е й в основной обмотке

(—Mv)

вследствие д в и ж е н и я якоря . И т а к :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

их

=

(і а Li—Mv)

 

 

n0Jn,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.6)

где п — число витков в рабочей

обмотке .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В ы р а ж е н и е

(6.6)

не

учитывает потоков

рассеяния

рабочей

ка ­

тушки, неохватываемых катушкой обратной связи,

 

из-за

которых

коэффициент в з а и м о и н д у к ц и и будет

в

действительности

несколько

меньше

Lnoc/n.

 

О д н а к о

это

обстоятельство

не

имеет

принципиаль ­

ного значения

т а к

ж е , к а к

и некоторое

отличие

коэффициента

 

элек­

тромеханической

с в я з и

 

к а т у ш к и

обратной

 

связи

от

величины

Мпос/п.

Ток,

 

текущий

через

первичную

обмотку

т р а н с ф о р м а т о р а ,

вызовет на

его

вторичной

обмотке

н а п р я ж е н и е

£/а= і аКт^і,

 

где

КтЬу — коэффициент

в з а и м о и н д у к ц и и

обмоток

т р а н с ф о р м а т о р а ,

пропорциональный к о э ф ф и ц и е н т у Кг,

 

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uoc

— і со (KTLr

+ Ln0Jn)

 

 

i—Mvn0Jn.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.7)

іПри

встречном

включении вторичной

обмотки

т р а н с ф о р м а т о р а

Дт

отрицательно и если — / С т Х т = £ я 0 с / " ,

то 't70 C

о к а з ы в а е т с я

просто

равным противоэлектродвижущей с и л е д в и ж е н и я . Т а к и м

о б р а з о м ,

можно

получить

у п р а в л я ю щ е е

н а п р я ж е н и е

обратной

связи,

про­

порциональное

колебательной скорости я к о р я

р е к о р д е р а .

 

 

 

 

 

Рассмотрим подробнее работу рекордера с усилителем, к кото ­

рому подводится,

кроме

н а п р я ж е н и я

 

записываемого

сигнала,

 

еще

и н а п р я ж е н и е

 

обратной

связи.

Если

обозначить

U —

н а п р я ж е н и е

сигнала в выходной цепи усилителя записи при холостом

 

ходе,

Космос

— н а п р я ж е н и е

обратной

связи,

усиленное

в

цепи

усилителя

в Кос

раз

и

 

приведенное

т а к ж е к

выходной

цепи

 

усилителя,

то

с учетом внутреннего сопротивления выходной цепи

 

усилителя

 

(Ro)

и индуктивного

сопротивления

первичной

обмотки

 

L T

уравнения

п р е о б р а з о в а т е л я - д в и г а т е л я

электромагнитного

типа

запишутся

 

так:

 

U+ K0CU0C

 

= {z0+iu>LT4-R0)i

— Mv

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g ^

 

— rnv

=

Mi

+ з„&

 

 

 

 

 

 

 

J'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П о д с т а в л я я

Uoc

 

из

 

(6.7)

в

первое

из ур-ний

(6.8)

и

п о л а г а я ,

к а к

и п р е ж д е ,

z0 = i C U L + #;

So=i com-f- (і сое) - 1 - Ко,

и

 

р е ш а я систему

245

(6.8)

относительно \>U/v\, получим вместо (6.3) д л я чувствитель­

ности

рекордера аналогичное по виду в ы р а ж е н и е :

I vjU І

=М(а0

m)~l

I ( ^ 0 + i c u L 3

) [ a . / M 0 +

i(ci)/cuo—Wo/u)] + Mf/co0m |

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.9)

В этом

в ы р а ж е н и и Ьэ

и Мэ

зависят

не только от свойств рабочей

катушки,

но и от п а р а м е т р о в

цепи обратной

связи:

Ьэ

=

(КосКг

+ 1) L T + (K0Cn0Jn

+

1) L

(6.10)

M 2

= M 2 ( l - K o c n o c / n )

 

 

 

 

 

 

 

Если о б р а т н а я

связь

отрицательна

(.Кос<0), то при достаточно

большом абсолютном значении коэффициента усиления обратной

связи

Кос чаетотнонезависимое с л а г а е м о е

М2/тт

м о ж е т

быть

сде­

л а н о

весьма большим . Если при

этом Кт и

L T

в ы б р а н ы

так,

что

/-.э=0,

то (6.9) приводится к

виду:

 

 

 

 

 

 

 

| v/U |

= М [ ш „ т ( Я 0 +

Я ) Г 1

[ ( * - * ~ 1

) , +

а | Г 1 / 2 -

 

( 6 . П )

и, = а/шо + М2

(До+R) ~1 (тш0)~\

х=а/т-

 

 

 

 

 

Характеристика (6.11) имеет вид обычной резонансной кривой с

относительным затуханием аэ, которое может

быть

с д е л а н о

боль­

шим

б л а г о д а р я

отрицательной обратной

связи . Э т а

о б р а т н а я

с в я з ь

в 1 + |Кос\пос/п

раз

увеличивает

 

влияние

противоэлектродвижущей

силы

д в и ж е н и я .

Условие

Lo—0,

вообще

говоря, не

о б я з а т е л ь н о

и

при

 

инженерном

расчете

характеристики

б л а г о д а р я

возможности

в а р ь и р о в а т ь

величины

Кт и

L T

независимо

 

от Кос и п0с/п

м о ж н о ,

если

это требуется

д л я

п р и б л и ж е н и я

характеристики

р е к о р д е р а

к стандартной, подобрать и нужное значение

Ьэ.

 

 

 

 

 

 

 

 

В приведенном в ы ш е а н а л и з е

не учтено

активное

сопротивление

первичной

цепи

т р а н с ф о р м а т о р а

и собственные

емкости

его

обмо ­

ток. К р о м е

того,

считается,

что

вход усилителя

обратной

с в я з и

не

н а г р у ж а е т

вторичную

цепь

т р а н с ф о р м а т о р а

и к а т у ш к у

обратной

связи. Влияние

этих

п а р а м е т р о в

м о ж е т

с к а з а т ь с я

 

на

окончатель­

ной

форме

частотной

характеристики

и,

в о о б щ е

говоря,

требует

а н а л и з а устойчивости всей системы обратной овязи. Такой

анализ

может быть

проведен

обычными

.методами

теории

обратной

связи

в электронных усилительных

схемах и здесь

не приводится.

 

 

 

 

 

Электродинамический

рекордер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электродинамический рекордер существенно отличается от

электромагнитного

своей

конструкцией,

так

 

к а к

основан

на

 

прин­

ципе

 

электродинамического

п р е о б р а з о в а т е л я

с

подвижной

к а т у ш ­

кой.

 

О д н а к о

расчет

его характеристики

чувствительности

приво ­

дит

к

тем ж е

в ы р а ж е н и я м

(6.5)

и (6.9), что

и д л я

электромагнит ­

ного,

поскольку

исходные

уравнения электромеханического

преоб­

р а з о в а т е л я - д в и г а т е л я

 

электромагнитного

и

 

электродинамического

типов

совпадают . Р а з н и ц а

состоит

в том, что

собственное

электри -

246

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смотрите также файлы