Операційні магнітні підсилювачі

Операційні підсилювачі призначені для використання у вимірювальних, моделювальних і обчислювальних системах автоматики. Головна вимога, яка пред’являється до них – це висока стабільність параметрів: сталість коефіцієнта підсилення і відсутність дрейфу нуля. Найбільш широко застосовуються напівпровідникові операційні підсилювачі. Проте і магнітні операційні підсилювачі мають певні переваги. Зокрема, за допомогою магнітного підсилювача значно простіше виконувати таку операцію як підсумовування сигналів.

Нехай магнітний підсилювач має декілька обмоток управління з однаковою кількістю витків wу. Тоді магнітний потік управління буде створюватися сумарною дією всіх струмів, що протікають по n обмотках управління:

image002 (2.5.2)

image021

Рис. 2.5.6. Підсумовувальний операційний підсилювач

Точність підсумовування для звичайного підсилювача з декількома обмотками управління складає декілька відсотків. Для одержання високої точності (соті частки відсотка) застосовують спеціальні підсумовувальні операційні підсилювачі. Висока точність підсумовування сигналів у таких підсилювачах досягається за рахунок використання негативного зворотного зв’язку, що охоплює весь підсилювач. Оскільки при цьому зменшується коефіцієнт підсилення, то для компенсації такого зменшення застосовують позитивний зворотний зв’язок або багатокаскадну схему.

image006

Рис. 2.5.7. Розв’язувальний (а) і масштабний (б) операційні

підсилювачі

Структурна схема підсумовального операційного магнітного підсилювача зображена на рис. 2.5.6.. На вхід підсилювача з коефіцієнтом підсилення за струмом Кі надходять вхідні сигнали Іу1, Іу2,…, Іуn, і сигнал негативного зворотного зв’язку Інзз, що є вихідним струмом Івих (звичайно не весь струм, а його частина Інзз = bІвих). Відповідно до рівняння з § 2.2.2 для негативного зворотного зв’язку маємо

image008

При досить великому значенні Kі мінливість коефіцієнта передачі К підсумовувального підсилювача буде характеризуватися сотими частками відсотка, тобто вихідний сигнал буде досить строго пропорційний сумі вхідних сигналів.

Операційні магнітні підсилювачі можуть використовуватися в системах автоматики для різних цілей. Розв’язувальний підсилювач використовується в тих випадках, коли на вхід вимірювального пристрою треба подати сигнал від давача, що має великий внутрішній опір. Якщо цей сигнал підключати безпосередньо на вхід схеми, що має низький вхідний опір, то сигнал давача сильно зменшиться через падіння напруги на внутрішньому опорі давача.

Розв’язувальний підсилювач забезпечує узгодження вихідного опору давача з вхідним опором, що є навантаженням давача. Структурна схема розв’язувального підсилювача зображена на рис. 2.5.7, а. Це підсумовувальний підсилювач з однією вхідною обмоткою. Якщо ця обмотка ввімкнена між давачем з вихідною напругою Uд і навантаженням Rн, то вхідний струм підсилювача

image010

де Rуопір обмотки управління (вхідної) магнітного підсилювача. Звідси вхідний опір, яким навантажений давач,

image012

При високому значенні Ki вхідний опір буде достатньо великим. Розв’язувальний підсилювач легко перетвориться в масштабний підсилювач, що змінює сигнал давача у визначену кількість разів. У масштабному підсилювачі (рис. 2.5.7, б) на вхід подається не вся напруга з навантаження, а його частина (за допомогою подільника напруги на опорах R1 і R2).

На базі операційного підсилювача з однією вхідною обмоткою будуються схеми інтегрувального і диференціювального підсилювачів.

В операційному інтегрувальному підсилювачі (рис. 2.5.8, а) сигнал негативного зворотного зв’язку вводиться через конденсатор ємністю С. При великому значенні Кі напруга на навантаженні буде пропорційна інтегралу сигналу давача:

image014 (2.5.3)

image027

Рис. 2.5.8. Інтегрувальний (а) і диференціювальний (б) операційні підсилювачі

У диференціювальному операційному підсилювачі (рис. 2.5.8, б)

ємність С включена не в коло зворотного зв’язку, а на вхід. У цьому випадку напруга на навантаженні буде пропорційна похідній сигналу давача:

image018 (2.5.4)

На базі підсумовувального підсилювача з декількома вхідними обмотками можна виконувати також операції множення і ділення. Для цього необхідно подавати в обмотки управління струми, пропорційні логарифмам вхідних сигналів.

Васюра А.С. – книга “Елементи та пристрої систем управління автоматики”

Оставьте комментарий к статье