Транзисторные усилители низкой частоты. Усилители мощности

№ 6 ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ.УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ.

Усилительным транзисторным  каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими деталями, которые обеспечивают ему условия работы как усилителя. Для громкого воспроизведения колебаний звуковой частоты транзисторный усилитель должен быть минимум двух - трехкаскадным. В усилителях, содержащих несколько каскадов, различают каскады предварительного усиления и выходные, или оконечные, каскады. Выходным называют последний каскад усилителя, работающий на телефоны или динамическую головку громкоговорителя, а предварительными - все находящиеся перед ним каскады. Задача одного или нескольких каскадов предварительного усиления заключается в том, чтобы увеличить напряжение звуковой частоты до значения, необходимого для работы транзистора выходного каскада. От транзистора выходного каскада требуется повышение мощности колебаний звуковой частоты до уровня, необходимого для работы динамической головки. Для выходных каскадов наиболее простых транзисторных усилителей радиолюбители часто используют маломощные транзисторы, такие же, что и в каскадах предварительного усиления. Объясняется это желанием делать усилители более экономичными, что особенно важно для переносных конструкций с питанием от батарей. Выходная мощность таких усилителей небольшая - от нескольких десятков до 100 - 150 мВт, но и ее бывает достаточно для работы телефонов или маломощных динамических головок. Если же вопрос экономии энергии источников питания не имеет столь существенного значения, например при питании усилителей от электроосветительной сети, в выходных каскадах используют мощные транзисторы. Каков принцип работы усилителя, состоящего из нескольких каскадов? Схему простого транзисторного двухкаскадного усилителя НЧ вы видите на (рис. 1). Рассмотрите ее внимательно. В первом каскаде усилителя работает транзистор V1, во втором - транзистор V2. Здесь первый каскад является каскадом предварительного усиления, второй - выходным. Между ними - разделительный конденсатор С2. Принцип работы любого из каскадов этого усилителя одинаков и аналогичен знакомому вам принципу работы однокаскадного усилителя. Разница только в деталях: нагрузкой транзистора V1 первого каскада служит резистор R2, а нагрузкой транзистора V2 выходного каскада - телефоны В1 (или, если ыходной сигнал достаточно мощный, головка громкоговорителя). Смещение на базу транзистора первого каскада подается через резистор R1, а на базу транзистора второго каскада - через резистор R3. Оба каскада питаются от общего источника Uи.п., которым может быть батарея гальванических элементов или выпрямитель. Режимы работы транзисторов устанавливают подбором резисторов R1 и R3, что обозначено на схеме звездочками. 
 
 
 

Рис. 1 Двухкаскадный  усилитель на транзисторах.

Действие  усилителя в целом заключается в следующем. Электрический сигнал, поданный через конденсатор С1 на вход первого каскада и усиленный транзистором V1, с нагрузочного резистора R2 через разделительный конденсатор С2 поступает на вход второго каскада. Здесь он усиливается транзистором V2 и телефонами В1, включенными в коллекторную цепь транзистора, преобразуется в звук. Какова роль конденсатора С1 на входе усилителя? Он выполняет две задачи: свободно пропускает к транзистору переменное напряжение сигнала и предупреждает замыкание базы на эмиттер через источник сигнала. Представьте себе, что этого конденсатора во входной цепи нет, а источником усиливаемого сигнала служит электродинамический микрофон с малым внутренним сопротивлением. Что получится? Через малое сопротивление микрофона база транзистора окажется соединенной с эмиттером. Транзистор закроется, так как будет работать без начального напряжения смещения. Он будет открываться только при отрицательных полупериодах напряжения сигнала. А положительные полупериоды, еще больше закрывающие транзистор, будут им «срезаны». В результате транзистор станет искажать усиливаемый сигнал. Конденсатор С2 связывает каскады усилителя по переменному току. Он должен хорошо пропускать переменную составляющую усиливаемого сигнала и задерживать постоянную составляющую коллекторной цепи транзистора первого каскада. Если вместе с переменной составляющей конденсатор будет проводить и постоянный ток, режим работы транзистора выходного каскада нарушится и звук станет искаженным или совсем пропадет. Конденсаторы, выполняющие такие функции, называют конденсаторами связи, переходными или разделительными. Входные и переходные конденсаторы должны хорошо пропускать всю полосу частот усиливаемого сигнала - от самых низких до самых высоких. Этому требованию отвечают конденсаторы емкостью не менее 5 мкФ. Использование в транзисторных усилителях конденсаторов связи больших емкостей объясняется относительно малыми входными сопротивлениями транзисторов. Конденсатор связи оказывает переменному току емкостное сопротивление, которое будет тем меньшим, чем больше его емкость. И если оно окажется больше входного сопротивления транзистора, на нем будет падать часть напряжения переменного тока, большая, чем на входном сопротивлении транзистора, отчего будет проигрыш в усилении. Емкостное сопротивление конденсатора связи должно быть по крайней мере в 3 - 5 раз меньше входного сопротивления транзистора. Поэтому - то на входе, а также для связи между транзисторными каскадами ставят конденсаторы больших емкостей. Здесь используют обычно малогабаритные электролитические конденсаторы с обязательным соблюдением полярности их включения. Таковы наиболее характерные особенности элементов двухкаскадного транзисторного усилителя НЧ. Для закрепления в памяти принципа работы транзисторного двухкаскадного усилителя НЧ предлагаю собрать, наладить и проверить в действии нижеприведенные простейшие варианты схем усилителей. (В конце статьи будут предложенны варианты практической работы, сейчас нужно собрать макет простейшего двухкаскадного усилителя для того чтобы оперативно можно было отслеживать на практике теоритические утверждения).

Гидравлические  усилители

Гидравлические усилители  служат для увеличения давления или  расхода рабочей жидкости, поступающей  от датчика под небольшим давлением. В ряде случаев рабочая жидкость должна подаваться в исполнительные звенья в виде рабочих гидроцилиндров под давлением до 20 МПа. При этом чаще всего приходится регулировать величину и направление потока рабочей жидкости с помощью малых гидравлических или других сигналов. Усилителями служат гидрораспределители и струйные трубки. Гидрораспределитель представляет собою цилиндр, на штоке которого закреплены два поршня (двухкромочный гидрораспределитель). Бывают гидрораспределители и с четырьмя поршнями. 
 
Жидкость, подаваемая под большим давлением от насоса, не может переместить одинаковые по размерам поршни, так как давление на них одинаковое. Это перемещение осуществляется жидкостью, поступающей от датчика в цилиндр под небольшим давлением. В среднем положении плунжеры перекрывают оба канала, и жидкость в рабочие цилиндры не подается. Такая система используется в гидросистемах станков с аккумуляторами. 
 
Гидроусилитель со струйной трубкой. Струйная трубка диаметром 5 — 7 мм закреплена шарнирно на оси и имеет коническую насадку диаметром 1,8 — 2 мм. От насоса подается масло под давлением 6 МПа. Проходя через коническую насадку, скорость струи масла возрастает, что приводит к увеличению кинетической энергии, преобразующейся в рабочих цилиндрах в потенциальную энергию. При среднем положении трубки давление в соплах 7 и 10 одинаково. Датчик через толкатель поворачивает трубку, преодолевая давление регулируемой пружины. При этом давление в сопле 7 увеличивается, масло пойдет в полость рабочего цилиндра, а в сопле 10 давление уменьшается и масло пойдет на слив. Коническая насадка трубки находится в цилиндрическом колпачке, заполненном маслом, что устраняет подсос воздуха в приемные сопла. В корпусе имеется отверстие для слива масла. 
 
На рисунке показана статическая характеристика струйной трубки. На оси ординат показано отношение давления питания к рабочему при изменении положения трубки. На оси абсцисс — отклонение трубки от среднего положения вправо и влево. Кривая изменения давления для одного приемного сопла показана сплошной, для другого — штриховой линией. В крайнем положении трубки давление масла в полости равно атмосферному, а в другой — 0,85 давления питания от насоса. Усилители со струйной трубкой надежны в работе, имеют простую конструкцию и удобны в эксплуатации. Они применяются в гидрокопировальных суппортах станков. 
 
Широко используются гидравлические и пневматические усилители типа сопло — заслонка. Они действуют аналогично пневматическим датчикам. Масло или воздух подаются в усилитель через жиклер при постоянном давлении. За счет малого зазора х между торцом сопла и заслонкой в рабочей камере давление масла значительно возрастает, и оно направляется к исполнительному звену. 
 
Гидравлический усилитель чувствительнее пневматического, так как полный ход заслонки у него 0,01 — 0,02 мм. Гидро- и пневмоусилители могут быть, как и электромагнитные, многокаскадными, при последовательном подключении. Коэффициент усиления в гидроусилителях достигает (5 - 25) 104.

Пневматические усилители

Пневматические  усилители и преобразователи: Пневмоусилители и преобразователи непрерывного действия, применяемые в приборах и устройствах пневмоавтоматики, выполняют по двум принципиально различным схемам: компенсации перемещения и компенсации усилия. В первом случае входной сигнал - перемещение чувствительного органа, а во втором случае - усилие, прилагаемое к чувствительному органу, в пневмопреобразователях преобразуются в пропорциональные этим величинам давления сжатого воздуха. 
По схеме компенсации перемещения построен пневмоусилитель типа сопло-заслонка . В нем сжатый воздух постоянного давления от источника питания через постоянный дроссель поступает в междроссельную камеру. Из нее через сопло, прикрываемое заслонкой, воздух вытекает в атмосферу. Сопло с заслонкой образуют управляемый дроссель.  
Входным сигналом является перемещение заслонки относительно сопла. При перемещении заслонки изменяется расстояние h между соплом и заслонкой и, следовательно, изменяется сопротивление управляемого дросселя. Это, в свою очередь, изменяет давление рг в междроссельной камере, которое и является выходным сигналом усилителя.  
По линии связи давление р2 передается в глухую камеру измерительного прибора или другого пневматического устройства. Статическая характеристика усилителя представляет собой зависимость выходного сигнала (давления р2) от изменения входного сигнала (зазора h между соплом и заслонкой). Как видим, достаточно незначительного перемещения заслонки относительно сопла (около 0,05 мм), чтобы выходное давление изменилось на 90-95 % его полного диапазона.  
На практике такие усилители работают не на всем диапазоне изменения давления, а лишь на участке с линейной частью характеристики. Поскольку в состав усилителя входит пневматическая проточная камера с управляемым дросселем на выходе, расчет ее статической характеристики довольно сложен. Пневмопреобразователь, работающий по схеме компенсации усилия , состоит из постоянного дросселя, через который сжатый воздух под давлением рг поступает в междроссельную камеру, и управляемого дросселя, образованного соплом и заслонкой.  
В качестве заслонки служит торец жесткого центра эластичной мембраны. Входным сигналом преобразователя является усилие х, приложенное к жесткому центру мембраны. Принцип компенсации усилия в этой схеме состоит в том, что изменение выходного давления в междроссельной камере, вызванное изменением входного сигнала (усилия) х, продолжается до тех пор, пока усилие, создаваемое давлением на мембране, не становится равным усилию входного сигнала х.  
Давление в междроссельной камере изменяется вследствие изменения зазора h между соплом и заслонкой, вызванного изменением входного сигнала х. Изменение выходного давления в междроссельной камере по линии связи передается в глухую камеру измерительного прибора или пневматического регулятора для отработки управляющего воздействия. В этом преобразователе сопло и заслонка находятся внутри проточной камеры, а воздух из междроссельной проточной камеры вытекает не в атмосферу, а в другую камеру прибора с давлением.  
Такие пневмопреобразователи называют пневмопреобразователями с закрытым соплом, в отличие от преобразователей с открытым соплом, где сжатый воздух через сопло вытекает в атмосферу. Примерный вид статической характеристики для пневмопреобразователя с закрытым соплом тот же, что и для преобразователя с открытым соплом. Рассмотренные пневмопреобразователи непрерывного действия одновременно являются и пневматическими усилителями. 
Для более длинных линий связи, соединяющих измерительные преобразователи (датчики), регуляторы и исполнительные механизмы применяют пневмолинии диаметром 4...8 мм. Динамика пневматической системы определяется динамическими характеристиками всех ее звеньев - пневматических элементов и линий связи, а быстродействие системы - временем срабатывания функциональных элементов и временем передачи сигнала по пневматическим линиям связи.  
При этом время передачи сигнала во многих случаях значительно превышает время выполнения операций элементами системы управления, и следовательно, определяет быстродействие системы управления. Пневмолинии можно рассматривать как сочетание пневмосопротивления и пневмоемкости. Причем в отличие от пневматических емкостей сосредоточенного объема с пневмосопротивлениями пневматические линии связи рассматривают как устройства с распределенными параметрами.  
При передаче пневматических сигналов по коммуникационным каналам имеет место сочетание двух процессов - процесса разгона массы среды и волновых явлений . В этих расчетах сопротивление воздухопровода заменяют эквивалентным ему по сопротивлению и пропускной способности соплом, а внутренний объем воздухопровода рассматривают как сосредоточенный объем пневматической емкости апериодического звена.  
Однако такие расчеты весьма приближенны и требуют экспериментальной проверки. Несоответствие времени наполнения одинаковых по величине сосредоточенного объема (емкости) и распределенного объема (трубопровода) вызвано неэквивалентностью гидравлических потерь и различием термодинамических процессов при их наполнении.  
В первом случае имеет место политропный процесс, во втором- процесс изотермический, при котором происходит не только конвективный теплообмен между слоями газа, но и интенсивный теплообмен между газом и стенками трубопровода, а при значительной длине трубопровода - полный теплообмен между сжатым воздухом и стенками трубопровода. Существуют различные методы учета влияния пневматических линий связи на динамику и быстродействие пневматических емкостей. Наиболее точны расчеты, основанные на использовании так называемых "расчетных объемов". 
Усилитель состоит из пневмопреобразователя типа сопло-заслонка, включающего в себя постоянный дроссель проточную камеру А и управляемый дроссель с соплом, и мембранного блока с мембранами, соединенными жестким центром, с эффективными площадями, причем. Торец жесткого центра служит одновременно заслонкой сопла. Усилитель имеет две проточные камеры: камеру Г с постоянным дросселем на входе и регулируемым дросселем на выходе и камеру В с постоянным дросселем на входе и регулируемым дросселем на выходе.

№ 31

Земляное полотно – это часть автомобильной дороги, поэтому организацию производства земляных работ разрабатывают с учетом выполнения смежных работ – постройки мостов, строительства дорожной одежды и сооружения зданий производственных комплексов. Все эти основные работы выполняют в течение одного строительного сезона или за несколько .лет, поэтому и решения по организации работ принимают различные в каждом частном случае.

При строительстве  автомобильных дорог применяют  поточный метод организации строительства  или участковый (иначе его еще называют последовательным или цикличным). Соответственно и организация земляных работ при применении того или иного метода не одинакова. При поточном методе на земляных работах создают подразделения (отряды или бригады), специализированные по видам земляных работ, то есть одни сооружают насыпи из привозного грунта, другие из грунта резервов, третьи устраивают насыпи на болотах. В отличие от специализированных отрядов по устройству дорожной одежды их производительность согласована по объему работ, выраженному в кубических метрах, а не по протяжению построенной дороги, потому что объем земляных работ по длине строящейся дороги изменяется в зависимости от высоты насыпей и глубины выемок в соответствии с этим и протяжение земляного полотна, построенного за единицу времени, не может быть постоянным.

Принципы поточной организации применяют и при  планировании работы каждого отряда или бригады в отдельности. В  этих случаях комплектуют специализированные звенья, которые выполняют определенные технологические процессы. Производительность звеньев согласовывают, поскольку каждое из них готовит фронт работ для последующего, за исключением последнего отделочного звена, которое завершает работу; производительность его также должна соответствовать темпу работы отряда (бригады). Иногда это подразделение выполняет отделочные работы на нескольких участках попеременно вслед за выполнением работ разными специализированными отрядами. Схемы организации работ (схемы потоков), которые входят в состав технологических карт, фактически представляют собой частные потоки по возведению земляного полотна.

При непоточных методах организации земляных работ  возведение земляного полотна ведут  одним механизированным подразделением, включающим различные основные машины для земляных работ (экскаваторы, скреперы, бульдозеры и т. д.). Работа этих машин отдельно или группами происходит в соответствии с характером и видом распределения земляных работ по дороге.