Файл: Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник.pdf

нии пружинкой. Поляризованные реле очень чувствительные к изменению полярности питающего тока и имеют достаточно боль­ шой коэффициент усиления.

Электронные усилители. К ним относятся усилители, работаю­ щие на электровакуумных лампах, газоразрядных лампах (ион­ ные приборы) и полупроводниковых приборах. Они служат для усиления тока, напряжения и мощности постоянного или пере­ менного тока.

Рис. 25. Схема однокасРис. 26. Схема трехкаскадного усилителя кадного усилителя

Принципиальная схема однокаскадного усилителя на электро­ вакуумной лампе показана на рис. 25. При изменении напряже­

изменяется также величина мощности, отдаваемой на сопротив­ ление R a. Наибольший коэффициент усиления по напряжению мо­ жет быть получен при условии, что R a — (3-М) R i , где R i — внут­ реннее сопротивление лампы, т. е. отношение изменения анодного напряжения к вызванному им изменению анодного тока при по­

скадные усилители. Первые каскады такого усилителя служат для усиления напряжения входного сигнала и называются усилителя­ ми напряжения. Выходной каскад должен развивать достаточную мощность для включенной нагрузки. Общий коэффициент усиле­ ния многокаскадного усилителя равен произведению коэффици­ ентов усиления каждого каскада.

На рис. 26 представлена схема трехкаскадного усилителя на­ пряжения на сопротивлениях, или реостатного усилителя, так как в анодных цепях каждого из каскадов включены сопротивления R&- Если в анодную цепь каскадов включены трансформаторы или

37

дроссели, усилитель соответственно называется трансформатор­ ным или дроссельным.

Чтобы уменьшить искажение сигнала при усилении, на управ­ ляющую сетку должно подаваться некоторое постоянное отрица­ тельное напряжение от источника постоянного тока, которое на­ зывается напряжением сеточного смещения. ~Для получения авто­ матического смещения в цепь катода включается постоянное сопротивление RK и конденсатор Ск достаточно большой емкости, который шунтирует сопротивление. При этом потенциал катода несколько увеличивается по отношению к потенциалу сетки, так как на сопротивлении RK наблюдается падение напряжения, обу­ словленного постоянной составляющей анодного тока. Парал­ лельное включение конденсатора, который является малым сопро­ тивлением для переменной составляющей анодного тока, позво­ ляет исключить его влияние на величину сеточного смещения. Поэтому по отношению к катоду на сетку лампы подается посто­ янный отрицательный потенциал.

Напряжение с первого каскада, которое определяется по фор­

через разделительный конденсатор Ссi подается для дальнейшего усиления на управляющую сетку лампы Л 2. Напряжение второго каскада через разделительный конденсатор Сс2 поступает на уп­ равляющую сетку третьей лампы Л ъ. Разделительный конденса­ тор служит для выделения переменной составляющей соответст­ венно напряжению сигнала и напряжению, снимаемому с анодной нагрузки, т. е. он ограждает сетку последующей лампы от попада­ ния на нее постоянного анодного напряжения с лампы предыду­ щего каскада. Сопротивление Rc называется сопротивлением утечки и служит для стекания сеточных зарядов и подачи отри­ цательного сеточного смещения, необходимого для обеспечения нормального режима.

Все элементы усилителя (конденсаторы, сопротивления, емко­ сти и индуктивности монтажных проводов и электродов лампы) обладают различным сопротивлением для разных частот тока, и потому величина усиления неодинакова. Искажения, вызванные изменением величины, коэффициента усиления на различных ча­ стотах, называются частотными. Усилители на сопротивлениях отличаются незначительными частотными искажениями, т. е. от­ ношением коэффициента усиления на средних частотах к коэф­ фициенту усиления на данной частоте. Однако усилители на соп­ ротивлениях требуют повышенного напряжения источника анод­ ного питания, так как его напряжение уменьшается ца величину напряжения на анодном сопротивлении.

В дроссельном усилителе вместо сопротивления в цепь анода включается дроссель низкой частоты, представляющий собой ка­ тушку индуктивности со стальным сердечником. Особенностью дросселя является то, что его сопротивление для постоянной со­

38

ставляющей анодного тока мало, а для переменной — велико. По­ этому для дроссельных усилителей требуется источник анодного питания с меньшим напряжением, чем для усилителей на сопро­ тивлениях.

Однако в дроссельных усилителях трудно получить равномер­ ную частотную характеристику, если дроссель не обладает боль­ шой индуктивностью при малой соб­ ственной емкости. Для .улучшения частотной характеристики катушки дросселя секционируют. Кроме того, стоимость усилителя на дросселях значительно больше, чем усилителя на сопротивлениях.

Анодной нагрузкой в цепи элек­ тронной лампы в трансформаторном усилителе (рис. 27) является первич­ ная обмотка 1 низкочастотного транс­ форматора Тр, что приводит к нели­ нейным искажениям на выходе. Кро­ ме того, трансформаторный усилитель обладает значительными частотными

искажениями и дороже, чем усилитель на сопротивлениях. Преи­ муществом трансформаторного усилителя по сравнению с усилите­ лем на сопротивлениях является возможность получения большего коэффициента усиления на выходе повышающей обмотки транс­ форматора при меньшем напряжении анодного тока.

Рис. 28. Схемы включения транзистора в полупроводниковых усилителях:

а —с общим эмиттером; б — с общей базой; в — с общим коллектором

В настоящее время в схемах автоматики стали применяться усилители на полупроводниковых приборах, коэффициент усиле­ ния которых зависит от схемы включения полупроводникового триода (транзистора). Различают три схемы включения транзи­ стора: с общим эмиттером (рис. 28, а), с общей базой (рис. 28,6) с общим коллектором (рис. 28, в). Основной является схема с об­ щим эмиттером, которая обеспечивает более высокий коэффици­ ент усиления по току, напряжению и мощности, а также позволя­ ет осуществить более простое согласование источника сигнала с нагрузкой. Коэффициент усиления для транзистора — это отноше­ ние величины сигнала, подаваемого на цепь эмиттера, к' величине

39

сигнала, снимаемого с нагрузочного сопротивления, включенного

вцепь коллектора.

Воднокаскадном усилителе на полупроводниковом триоде

ка, поступающего на коллектор. Так как это сопротивление сни­ жает усиление, то для уменьшения его воздействия параллельно подключается конденсатор Сб.

Однокаскадный усилитель на полупроводниковом приборе не может обеспечить достаточное усиление, поэтому в схемах ав-

непосредственной (через активные сопротивления). Для полупро­ водниковых усилителей мощности чаще используют двухтактную схему (рис. 30).

Усилители на полупроводниковых приборах (диодах и трио­ дах) имеют небольшие размеры и массу, сами потребляют незна­ чительную мощность, но и развивают относительно малую выход­ ную мощность. Они обладают большой механической прочностью, не боятся вибрации, надежны, не требуют накала и потому гото­ вы к работе сразу же после включения. Все эти преимущества позволяют использовать такие усилители в малогабаритной пере­ носной аппаратуре управления.

Гидравлические и пневматические усилители. Эти усилители отличаются большим коэффициентом усиления. Наиболее распро­ странены гидравлические и пневматические усилители с золотни­ ком, соплом, с дроссельной заслонкой, или иглой и со струйной трубкой.

На рис. 31 представлена упрощенная принципиальная схема золотникового гидроусилителя рулевого управления погрузчика. Ее назначение состоит в том, чтобы при небольшой величине сиг­ нала получить значительное усиление для разворота колес управ­

40

ляемого моста машины. Гидроусилитель состоит из цилиндра 3, внутри которого находится поршень 4\ его шток 5 жестко крепит­ ся к раме машины (рис. 31, а). К цилиндру примыкает золотни­ ковая камера. Внутри нее помещена гильза 6 с прорезями, кото­ рые посредством каналов а или трубок сообщаются с поршневой и штоковой полостями цилиндра. В гильзе помещается золотник 7, представляющий собой цилиндрической формы деталь, снаб-

Рис. 31. Принципиальная схема золотникового гидроусилителя рулевого управ­ ления погрузчика

женную двумя ребордами и шейкой между ними меньшего диамет­ ра, чем реборды. В нейтральном положении золотник удержива­ ется пружиной 8. Шток 9 золотника связан с шаровым пальцем 10, присоединенным к продольной рулевой тяге 1 системы рулевого управления машиной. К золотниковой камере подведены трубопро­ вод высокого давления, по которому нагнетается насосом рабочая жидкость, и трубопровод низкого давления, идущий к маслобаку.

Когда машина движется по дороге прямолинейно, золотник находится в нейтральном положении. Его реборды располагают­ ся над прорезями гильзы, что разобщает золотниковую камеру с обеими полостями гидроцилиндра. Поэтому рабочая жидкость проходит через золотниковую камеру и идет на слив в маслобак

(см. рис. 31,а).

Когда машину требуется направить по закруглению дороги, поступит сигнал и золотник переместится влево (рис. 31, б) или вправо (рис. 31, в). Тем самым реборды золотника сойдут с про­

41

резей гильзы, причем одна прорезь окажется между ребордами и через нее будет рабочая жидкость нагнетаться в ту или иную полость гидроцилиндра, а вторая прорезь окажется за пределами золотника, будучи изолированной от первой ребордами, и по ней рабочая жидкость будет вытесняться из той или иной полости цилиндра и по соответствующим каналам направляться в масло­ бак. Путь потоков жидкости на рисунках показан стрелками.

При поступлении жидкости в ту или другую полость цилиндра из-за того, что поршень закреплен неподвижно, давление жидко­ сти начинает перемещать цилиндр вместе с золотниковой камерой (по­ этому из одной полости цилиндра жидкость вытесняется). Поскольку к цилиндру крепится тяга (не показан­ ная на рисунке), связанная обычно с рулевой трапецией колес, ее переме­ щение с цилиндром и вызывает по­ ворот колес. Таким образом, мощ­ ность сигнала должна быть достаточ­ ной только для перемещения золот­ ника, а усиление этого сигнала вы­

полняет гидравлический усилитель. Как холько сигнал перестал посту-

пать, золотник останавливается, но в своем движении цилиндр догоняет его, и наступит момент, когда прорези гильзы перекроются ребор­

дами золотника, чем прервется ток жидкости в цилиндр и жид­ кость направится в маслобак. Очевидно, что поворот колес пре­ кратится. Таким образом, цилиндр «следит» за движением золот­ ника и повторяет его, т. е. осуществляется автоматическое сле­ жение.

Для управления без гидроусилителя предусмотрен обратный клапан 2, через который жидкость вытесняется из одной полости

вдругую (см. рис. 31, а).

Вусилителе типа сопло с дроссельной заслонкой рабочим те­ лом может быть как жидкость, так и воздух. На рис. 32 дана

схема этого устройства. Воздух под давлением подается в трубку с соплом 1 и, поступая к мембране 2, выгибает ее вниз. В резуль­ тате клапан 3 в большей или меньшей степени перекрывает сед­ ло 4, через которое проходит транспортируемый материал .(на­ пример, в пневматических трубопроводах). Таким образом, посредством датчика изменяя в малых пределах величину зазора а между соплом / и заслонкой 5, можно в широких пределах ре­ гулировать давление воздуха на мембрану 2. Так, при изменении зазора а от 0,1 до 0 мм давление воздуха возрастает от 0,05 до

1,1 кгс/см2.

В усилителях такого типа входным параметром является пе­ ремещение заслонки 5 (изменение зазора а), а выходным — дав­ ление воздуха на мембрану. Коэффициент усиления при этом до­

42