УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к усилительным устройствам, и может быть использована в усилителях переменного тока, в частности усилителях следящих систем, применяемых, например, в авиационных гироприборах, гировертикалях и др.
Известны усилители переменного тока, см. «Радиоприемные устройства» под ред. Н.Н.Фомина, М, Радио и Связь, 1996, стр.140-160. Общим недостатком этих усилителей является их конструктивная сложность, а именно наличие двух трансформаторов (входного и выходного), выполнение электронных схем на дискретных элементах, что нетехнологично и увеличивает габаритно-массовые характеристики (ГМХ).
Известны усилители переменного тока на ИМС, например, 148 серии, см. «Справочник. Интегральные микросхемы», М, РадиоСофт, 2001, стр.151-153.
Недостатком этих усилителей является: малый размах входных и выходных напряжений (не более 4 В по выходу) и малые выходные токи, что не позволяет их использовать в следящих системах, кроме того требует специализированного (в настоящее время не стандартного) питания ±12 В, а это дополнительные затраты на ЭРЭ, а следовательно увеличение ГМХ, что крайне нежелательно для применения в авиационной и ракетной технике.
Прототипом является усилитель следящей системы переменного тока авиагоризонтов, например АГР-74, гировертикали МГВ-1С и др., почти удовлетворяющей по техническим характеристикам и ГМХ, но в условиях дальнейшей микроминиатюризации бортового радиоэлектронного оборудования, это уже вчерашний день, см. «Малогабаритная гировертикаль МГВ-1С», Руководство по технической эксплуатации, М, Машиностроение, 1988 г.
Прилагаем схему электрическую усилителя и его блока питания из гировертикали МГВ-1С.
Технической задачей полезной модели является резкое уменьшение ГМХ, повышение точностных и надежностных характеристик.
Для решения указанной задачи предлагается усилитель переменного тока, содержащий операционный усилитель (ОУ) общего назначения, отличающийся тем, что введен усилитель мощности на транзисторе со следующими соединениями: шина входного сигнала напряжения переменного тока через разделительный конденсатор соединена с прямым входом ОУ, с эти же входом соединена средняя точка резистивного делителя, вторые концы которого соединены с положительной шиной источника питания и нулевой шиной соответственно; выход ОУ через резистор обратной связи соединен с инверсным входом, который через последовательно соединенные резистор и конденсатор соединены также с нулевой шиной; Выход ОУ через разделительный конденсатор со средней точкой резистивного делителя, которая соединена через резистор с базой усилителя мощности, выполненном на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, база усилителя мощности также соединена с общей точкой резистивного делителя через ограничительный резистор, вторые концы резистивного делителя соединены соответственно с плюсовой шиной источника питания и нулевой шиной эмиттер транзистора через резистор соединен также с нулевой шиной и является выходом схемы; ОУ включен по схеме с однополярным плюсовым питанием, для чего плюсовый выход ОУ соединен с плюсовой шиной источника питания, а минусовой выход - с нулевой шиной; эмиттер транзистора усилителя мощности охвачен следящей связью со своей базой через конденсатор; нагрузка подключена между эмиттером и нулевой шиной через разделительные конденсаторы.
На фиг. изображено: DA - операционный усилитель (ОУ), VT - транзистор-усилитель мощности, L - нагрузка-обмотка управления электродвигателя
переменного тока, Uвх - входной сигнал напряжения переменного тока частоты 400 Гц (может быть и 1000 Гц), шина питания борта +27 Е, нулевая шина, резисторы и конденсаторы россыпью.
Электрическая схема имеет следующие соединения. Усилитель переменного тока, содержащий операционный усилитель (ОУ) общего назначения, отличающийся тем, что введен усилитель мощности на транзисторе VT со следующими соединениями: шина входного сигнала напряжения переменного тока через разделительный конденсатор С1 соединена с прямым входом ОУ, с эти же входом соединена средняя точка резистивного делителя R1-R2, вторые концы которого соединены с положительной шиной источника питания и нулевой шиной соответственно; выход ОУ через резистор обратной связи R4 соединен с инверсным входом, который через последовательно соединенные резистор R3 и конденсатор С2 соединены также с нулевой шиной; выход ОУ через разделительный конденсатор С3 соединен со средней точкой резистивного делителя R5-R6, которая соединена через резистор R7 с базой усилителя мощности VT, выполненном на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, вторые концы резистивного делителя R5-R6 соединены соответственно с плюсовой шиной источника питания и нулевой шиной, эмиттер транзистора через резистор R8 соединен с нулевой шиной и является выходом схемы; ОУ включен по схеме с однополярным плюсовым питанием, для чего плюсовый выход ОУ соединен с плюсовой шиной источника питания, а минусовой выход - с нулевой шиной; эмиттер транзистора усилителя мощности VT охвачен следящей связью со своей базой через конденсатор; нагрузка L подключена между эмиттером и нулевой шиной через разделительные конденсаторы.
Позиционные обозначения схемы могут быть выполнены на следующих электрорадиоэлементах.
ОУ - операционный усилитель серии 140, например 140 УД6, см. «Справочник. Интегральные микросхемы», М, РадиоСофт, 2001, стр.410-411;
VT - кремниевый транзистор типа 2Т 825А, см. «Справочник. Транзисторы и их зарубежные аналоги», М, РадиоСофт, 2001, стр.412-418; резисторы типа С2-33, см. «Справочник. Резисторы», М, Радио и Связь, 1987, стр.51; конденсаторы типа К73 с органическим диэлектриком, см «Справочник по электрическим конденсаторам», М, Радио и Связь, 1983, стр.140-240.
Усилитель работает следующим образом. Выбираем схему включения ОУ от однополярного источника питания, в данном случае +27 В. Это выбрано из условий: не нужно делать отдельный источник питания ±15 В (это - трансформатор, выпрямители, стабилизаторы напряжений, схемы защиты от К3, от перенапряжений, ЭРЭ россыпью, это увеличение ГМХ), а источник питания +27 В это стандартная борт-сеть самолета. Выбираем рабочую точку ОУ (+13,5 В на выходе при нулевом входном сигнале Uвх). Рабочая точка выбирается делителем R1-R2, номиналы которых, равны между собой, а их средняя точка +13,5 В соединена с не инвертирующим входом 3 ОУ, следовательно на выходе ОУ имеем +13,5 В. Входной сигнал через разделительный конденсатор С1 подается на тот же вход и без инверсии передается на выход ОУ с коэффициентом передачи, определенным соотношением резисторов R4 и R3 между собой. Усиленный на ОУ входной сигнал через разделительный конденсатор поступает на базу p-n-p транзистора VT, рабочая точка которого задается цепочкой резисторов R5-R7. Сам VT включен в режиме эмиттерного повторителя, поэтому сигнал с VT снимается с его эмиттера (резистор R8) и подается на нагрузку L (обмотка управления электродвигателя следящей системы гировертикали). Нагрузка L включена через разделительные конденсаторы С5 и С6, чтобы отсечь постоянную составляющую сигнала на выходе VT, которая может привести к перегреву электродвигателя. VT охвачен следящей связью посредством конденсатора С4 для увеличения стабильности.
Т.о. применение прилагаемой схемы усилителя позволяет резко снизить ГМХ, уменьшить потребление тока, увеличить надежность (за счет уменьшения количества ЭРЭ).
Очевидно, что эта схема может найти применение и на частотах 1000 Гц, на которую сейчас переходит авиационная техника, и эта частота применяется в ракетах воздух-воздух, воздух-поверхность.
Применение операционных усилителей с однополярным питанием описано в ж. «Схемотехника», М, №4, 2002, стр.10-14, editor@dian.ru.