A. X. Vаxidov, D. A. Abdullaеva avtomatikaning tеxnik vositalari toshkеnt- 2011 - bet 45

105
6-bob. Avtomatika kuchaytirgichlari
6.1. Avtomatika kuchaytirgichlari xaqida umumiy ma’lumotlar va
ularga qo’yiladigan asosiy talablar
Avtomatika tizimlarining datchiklari beradigan signallar quvvati odatda
rostlovchi organni boshqarish uchun yetarli bo’lmaydi. Datchiklarning chiqish
quvvati ko’pchilik hollarda vattning mingdan bir ulushlarini tashkil etadi,
vaxolanki, rostlovchi organ uchun zarur bo’lgan quvvat o’nlab va yuzlab kilovattni
tashkil etishi mumkin. Rostlovchi organni boshqarish uchun yetarli quvvatga ega
bo’lish va quvvatli datchiklar ishlatmaslik uchun avtomatika tizimlarida
kuchaytirgichlardan foydalaniladi.
Kuchaytirgichlar chiqish quvvatining qiymatiga; kuchaytirgichga
keltiriladigan yordamchi energiyaning turiga kuchaytirish koeffitsiyentiga; ishlash
prinsipiga; chiqish va kirish miqdorlari o’rtasidagi bog’lanishni ko’rsatuvchi
xarakteristikaning shakliga ko’ra bir-biridan farq qiladi. Avtomatika tizimlarida
ishlatiladigan xozirgi kuchaytirgichlarning chiqish quvvati vattning bir necha
ulushidan o’nlab va undan ortiq kilovattgacha boradi.
Kuchaytirgichlarga keltiriladi gap yordamchi energiyaning turiga qapab
elektrik, elektromexanikaviy, magnitli, elektron, gidravlik, pnevmatik va
kombinatsiyalashgan kuchaytirgichlar bo’ladi. Qishloq xo’jalik ob’ektlarining
avtomatikasida elektrik, elektro-mexanikaviy, magnitli, elektron va gidravlik
kuchaytirgichlar keng ko’lamda ishlatilmoqda. Kuchaytirish koeffitsiyentiga qarab
signalni ming, yuz ming va undan ortiq marta kuchaytiruvchi kuchaytirgichlar
bo’ladi. Elektrik kuchaytirgichlar quvvatni, kuchlanishni yoki tok kuchini
kuchaytirishi mumkin. Тavsifnomaning shakli jixatdan chiziqli va nochiziqli
tavsifnomali kuchaytirgichlar bo’ladi. Chiziqli kuchaytirgichlarda chiqish miqdori
rostlashning barcha intervallarida kirish miqdoriga to’g’ri proporsional bo’ladi.
Nochiziqli kuchaytirgichlarda kirish bilan chiqish o’rtasida proporsionallik
106
bo’lmaydi. Nochiziqli tavsifnomalarning shakli turlicha bo’ladi. Avtomatika
tizimlarining kuchaytirgichlariga quyidagi talablar qo’yiladi.
1. Chiqish quvvati rostlovchi organni boshqarish uchun yetarli bo’lishi.
2. Хarakteristikasi mumkin qadar to’g’ri chiziqqa yaqin kelishi.
3. Nosezgirligi yo’l qo’yiladigandan ortiq bo’lmasligi.
4. Signalni uzatishda kechikish xarakati minimal bo’lishi va yo’l
qo’yiladigan chegaradan chiqmasligi.
Kuchaytirgich qurilmasi kuchaytiruvchi element, rezistor, kondensator,
chiqish zanjiridagi doimiy kuchlanish manbai hamda iste’molchidan iborat. Bitta
kuchaytiruvchi elementi bo’lgan zanjir kaskad deb ataladi. Kuchaytiruvchi element
sifatida qanday element ishlatishiga qarab kuchaytirgichlar elektron, magnitli va
boshqa hillarga bo’linadi. Ish rejimiga ko’ra ular chiziqli va nochiziqli
kuchaytirgichlarga bo’linadi. Chiziqli ish rejimida ishlovchi kuchaytirgichlar kirish
signalining uning shaklini o’zgartirmasdan kuchaytirib beradi. Chiziqli bo’lmagan
ish rejimida ishlovchi kuchaytirgichlarda esa kirish signali ma’lum qiymatga
erishganidan so’ng chiqishdagi signal o’zgarmaydi.
Chiziqli rejimda ishlaydigan kuchaytirgichlarning asosiy xarakteristikasi
amplituda chastota xarakteristikasi (AChХ) dir. Ushbu xarakteristika kuchlanish
bo’yicha kuchaytirish koeffitsiyentining moduli chastotaga qanday bog’liqligini
ko’rsatadi. AChХ siga ko’ra chiziqli kuchaytirgichlar tovush chastotalar
kuchaytirgichi (ТChK), quyi chastotalar kuchaytirgichi (KChK), yuqori chastotalar
kuchaytirgichi (YuChK), sekin o’zgaruvchan signal kuchaytirgichi yoki o’zgarmas
tok kuchaytirgichi (UТK) va boshqalarga bo’linadi.
Hozirgi vaqtda eng keng tarqalgan kuchaytirgichlar kuchaytiruvchi element
sifatida ikki qutbli yoki bir qutbli tranzistorlar ishlatiladi. Kuchaytirish quyidagicha
amalga oshiriladi. Boshqariladigan element (tranzistor) ning kirish zanjiriga kirish
signalining kuchlanishi (U
kir
) beriladi. Bu kuchlanish ta’sirida kirish zanjirida
kirish toki hosil bo’ladi. Bu kichik kirish toki chiqish zanjiridagi tokda
o’zgaruvchan tashkil etuvchini hamda boshqariladigan elementning chiqish
zanjiridagi kirish zanjiridagi kuchlanishdan ancha katta bo’lgan o’zgaruvchan
107
kuchlanishni hosil qiladi. Boshqariladigan elementning kirish zanjiridagi tokning
chiqish zanjiridagi tokka ta’siri qancha katta bo’lsa, kuchaytirish xususiyati
shuncha kuchliroq bo’ladi. Bundan tashqari chiqish tokining chiqish kuchlanishiga
ta’siri qancha katta bo’lsa, (ya’ni R
i
katta), kuchaytirish shuncha kuchliroq bo’ladi.
6.1 - rasmda umumiy emmiterli (UE) kuchaytirish kaskadining sxemasi
hamda kirish va chiqish xarakteristikalari ko’rsatilgan. Kuchaytirish kaskadlari
UE, UB, UK sxemalar bo’yicha yig’iladi. Umumiy kolletorning (UK) sxema tok
va quvvat bo’yicha kuchaytirish imkoniyatiga ega.
6.1- rasm. Umumiy emmiterli (UE) kuchaytirish kaskadining sxemasi.
Chiqishdagi kuchlanishning qiymati katta bo’lishi talab etilganda, mazkur
kaskaddan foydalaniladi. Ko’pincha, umumiy emmiterli (UE) sxema bo’yicha
yig’ilgan kaskadlar ishlatiladi (6.1. - rasm,a). Bunda kaskad tokni xam
kuchlanishni xam kuchaytirish imkoniyatiga ega. Kuchaytirish kaskadining asosiy
zanjiri tranzistor (VT), qarshilik R
k
va manba E
k
dan iborat. Qolgan elementlar
yordamchi sifatida ishlatiladi. C
1
kondensator kirish signalining o’zgarmas tashkil
etuvchisi o’tkazmaydi va ba’zan tinch holatidagi U
bd
kuchlanishning R
g
qarshilikka
bog’liq emasligini ta’minlaydi. Kondensator S
2
iste’molchi zanjiriga chiqish
kuchlanishining doimiy tashkil etuvchisiga o’tkazmay o’zgaruchan tashkil
etuvchisinigina o’tkazish uchun xizmat qiladi. R
1
va R
2
rezistorlar kuchlanish
bo’lgich vazifasini o’tab kaskadning boshlang’ich holatini ta’minlab beradi.
Kollektor dastlabki toki (I
kd
) bazaning dastlabki toki I
bd
bilan aniqlanadi.
Rezistor R
1
tok I
bd
ning o’tish zanjirini hosil qiladi va R
2
bilan birgalikda manba
108
kuchlanishining musbat qutbi bilan baza orasidagi kuchlanish U
bd
ni yuzaga
keltiradi.
Rezistor R
e
manfiy teskari bog’lanish elementi bo’lib, dastlabki rejimning
temperatura o’zgarishiga bog’liq bo’lmasligini ta’minlaydi. Kaskadning
kuchaytirish koeffitsiyenti kamayib ketmasligi uchun qarshilik R
e
rezistorga
parallel qilib kondensator S
e
ulanadi. Kondensator S
e
rezistor R
e
ni o’zgaruvchan
tok bo’yicha shuntlaydi.
Sinusoidal o’zgaruvchan kuchlanish (U
kir
=U
kir max
sin
ωt) kondensator S orqali
baza-emmiter sohasiga beriladi. Bu kuchlanish ta’sirida, boshlang’ich baza toki I
bd
atrofida o’zgaruvchan baza toki xosil bo’ladi. I
bd
ning qiymati o’zgarmas manba
kuchlanishi Ye
k
va qarshilik R
1
ga bog’liq bo’lib, bir necha mikroamperni tashkil
qiladi. Berilayotgan signalning o’zgarish qonuniga bo’ysunadigan baza toki
iste’molchi (R
i
) dan o’tayogan kollektor tokining xam shu konun bo’yicha
o’zgarishiga olib keladi. Kollektor toki bir necha milliamperga teng. Kollektor
tokining o’zgaruvchan tashkil etuvchisi iste’molchida amplituda jihatidan
kuchaytirilgan kuchlanish pasayuvi U
(chik.)
ni hosil qiladi. Kirish kuchlanishi bir
necha millivoltni tashkil etsa, chiqishdagi kuchlanish bir necha voltga tengdir.
Kaskadning ishini grafik usulda tahlil qilish mumkin. Тranzistorning chiqish
xarakteristikasida AV-nagruzka chizig’ini o’tkazamiz (6.1 rasm b). Bu chiziq
U
ke
=Ye
k
, I
k
=0 va U
ke
=0 , I
k
=E
i
/R
n
koordinatali A va V nuqtalardan o’tadi. AV
chiziq I
k max
, U
ke max
va R
k
=U
k max
*I
k max
bilan chegaralangan soxaning chap
tomonida joylashishi kerak. AV chiziq chiqish xarakteristikasini kesib o’tadigan
qismda ish uchastkasini tanlaydi. Ish uchastkasida signal eng kam buzilishlar bilan
kuchaytirilishi kerak. Nagruzka chizig’ining S va D nuqtalar bilan chegaralangan
qismi bu shartga javob beradi. Ish nuqtasi O, shu uchastkaning o’rtasida
joylashadi. DO kesmaning abssissalar o’qidagi proyeksiyasi kolektor kuchlanishi
o’zgaruvchan tashkil etuvchisini amplitudasini bildiradi. SO kesmaning ordinatalar
o’qidagi proyeksiyasi kollektor tokining amplitudasini bildiradi. Boshlang’ich
kollektor toki (I
ko
) va kuchlanishi (U
keo
) O nuqtaning proyeksiyalari bilan
aniqlanadi. Shuningdek, O nuqta boshlang’ich tok I
bo
va kirish xarakteristikasida O
109
ish nuqtasini aniqlab beradi. Chiqish xarakteristikasidagi S va D nuqtalarida kirish
xarakteristikasidagi S' va D' nuqtalari mos keladi. Bu nuqtalar kirish signalining
buzilmasdan kuchaytiriladigan chegarasini aniqlab beradi. Kaskadning chiqish
kuchlanishi
U
chik
=I
k
*R
i
(6.1)
Kaskadning kirish kuchlanishi
U
kir
=I
b
*R
kir
;
(6.2)
Bu yerda R
kir
– tranzistorning kirish qarshiligi.
Тok i
k
> I
b
va qarshilik R
H
> R
kir
bo’lgani uchun sxemaning chiqishdagi
kuchlanish kirish kuchlanishidan ancha kattadir. Kuchaytirgichning kuchlanish
bo’yicha kuchaytirish koeffitsiyenti K
i
quyidagicha aniqlanadi:
K
i
=U
chik max
/U
kir max
(6.3)
yoki garmonik signallar uchun
K
i
=U
chik
/U
kir
(6.4)
Kaskadning tok bo’yicha kuchaytirish koeffitsiyenti
K
i
=I
chik
/I
kir
(6.5)
Bu yerda: I
chik
– kaskadning chiqish tomonidagi tokning qiymati; I
kir
–
kaskadning kirish tomonidagi tokining qiymati. Kuchaytirngichning quvvat
bo’yicha kuchaytirish koeffitsiyenti:
K
r
=R
chik
/R
kir
, (6.6)
Bu yerda R
chik
– iste’molchiga beriladigan quvvat; R
kir
– kuchaytirgichning
kirish tomonidgi quvvat.
Kuchaytirish texnikasida bu koeffitsiyentlar logarifmik qiymat – detsibellda
o’lchanadi.
K
i
(dB)=20 lg K
i
yoki K
i
=10 K
i
(dB)/2;
K
i
(dB)=20 lg K
i
yoki K
i
=10 K
i
(dB)/2;
K
r
(dB)=10 lg K
r
yoki K
r
=10 K
r
(dB)
Odamning eshitish sezgirligi signalni 1dB ga o’zgarishini ajrata olgani uchun
ham shu o’lchov birligi kiritilgan. Har bir kuchaytirgich kuchaytirish
koeffitsiyentlaridan tashqari quyidagi parametrlarga ham egadir.
110
Kuchaytirgichning chiqish kqvvati (iste’molchiga signalni buzmasdan
beriladigan eng katta quvvat):
R
2
chik max
/R
H
(6.7)
Kuchaytirgichning foydali ish koeffitsiyenti
η=R
chik
/R
um
, (6.8)
bu yerda R
um
– kuchaytirgichning hamma manbalardan iste’mol qiladigan
quvvati. Kuchaytirgichning dinamik diapazoni kirish kuchlanishining eng kichik
va eng katta qiymatlarining nisbatiga teng bo’lib, dB da o’lchanadi:
D=20 lg U
kir max
/U
kir min
(6.9)
Chastotaviy buzilishlar koeffitsiyenti M(f) o’rta chastotalardagi kuchlanish
bo’yicha kuchaytirish koeffitsiyenti K
i0
ning ixtiyoriy chastotadagi kuchlanish
bo’yicha kuchaytirish koeffitsiyentiga nisbatidir:
M(f)=K
i0
/K
uf
(6.10)
Chiziqkli bo’lmagan buzilishlar koeffitsiyenti
γ yuqori chastotalar
garmonikasi o’rta kvadratik yig’indisining chiqish kuchlanishining birinchi
garmonikasiga nisbatidir:
|