что такое разделительный усилитель
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Разделительный усилитель
Разделительный усилитель РУПД исключает попадание сигнала обратного управления частотой 2500 Гц, передаваемого с ГОУ, в цепь местных промпунктов. [2]
Входное и выходное сопротивления разделительных усилителей равно W. Характеристика ГВЗ несогласованного фазового звена описывается той же формулой, что и для согласованного звена. [4]
При этом предполагается, что разделительный усилитель является усилителем постоянного или переменного тока, не вносящим каких-либо искажений в форму усиливаемого сигнала. [5]
Использование параллельного включения стабилизирующих цепей при помощи разделительных усилителей не приводит к исключению влияния реактивных сопротивлений отдельных цепей на параметры остальных. [6]
При некоторых условиях, например в случае механических или пневматических систем, разделительные усилители не могут быть использованы для образования необходимой корректирующей передаточной функции. [7]
Характерной особенностью этой схемы является то, что в ней выделение ответвлений производится при помощи разделительных усилителей Ус. Эти усилители служат для разделения каналов передачи и приема главного направления и ответвлений, для предотвращения возможности круговой генерации в системе связи совещаний и для компенсации затухания, возникающего вследствие параллельного включения усилителей в пункте разветвления. [8]
Функциональная схема указателя квазипиковых значений уровня ( рис. 5.11) состоит из делителя напряжения Д, входного разделительного усилителя У, выпрямителя В с интегрирующей цепью И, усредняющей выпрямленный ток. [9]
Индуктивности Lj, L2, L3, L4 и конденсаторы Сг и С2 образуют линии задержки, которые задерживают наступление изменений сигналов на выходе разделительных усилителей в течение 160 ммксек после подачи входного импульса запуска. Это позволяет допускать отклонения момента поступления входного импульса запуска на 25 ммксек, снимает трудности согласования быстродействия элементов и обеспечивает дополнительную надежность, обусловленную задержками синхронизирующих сигналов в системе. Общее время задержки в пределах триггера составляет около 200 ммксек. [10]
Изолирующие усилители представляют собой разновидность дифференциальных усилителей, которые позволяют измерять слабые сигналы в присутствии высокого синфазного напряжения, обеспечивая электрическую изоляцию и барьер электробезопасности. Они защищают компоненты сбора данных от синфазных напряжений, которые представляют собой разность потенциалов между заземлением прибора и землей сигнала. Приборы, которые применяются при наличии синфазного напряжения без изолирующего барьера, позволяют циркулировать токам заземления, что в лучшем случае приводит к искажению исследуемого сигнала. В худшем случае, если предположить, что величина синфазного напряжения или тока достаточна, вероятно разрушение прибора. Изолирующие усилители используются в медицинских инструментах для обеспечения изоляции пациента от тока утечки источника питания.
Усилители с изолирующим барьером позволяют входному каскаду усилителя плавать по отношению к синфазному напряжению до предела напряжения пробоя барьера, которое часто составляет 1000 вольт или более. Это действие защищает усилитель и подключенный к нему прибор, позволяя при этом проводить достаточно точные измерения.
Изолирующие усилители могут включать в себя изолированные источники питания как для входных, так и для выходных каскадов или могут использовать внешние источники питания на каждой изолированной части.
Содержание
Концепции
Компоненты источника сигнала
Все источники сигнала состоят из двух основных компонентов. Составляющая нормального режима (V NM ) представляет интересующий сигнал и представляет собой напряжение, которое подается непосредственно на входы усилителя. Синфазная составляющая (V CM ) представляет собой разность потенциалов между нижней стороной составляющей нормального режима и землей усилителя, который используется для измерения интересующего сигнала (напряжение нормального режима).
Во многих ситуациях измерения синфазная составляющая несущественно низкая, но редко равна нулю. Компоненты синфазного режима всего в несколько милливольт часто встречаются и в значительной степени успешно игнорируются, особенно когда составляющая нормального режима на несколько порядков больше.
Однако, если сумма напряжений в нормальном и синфазном режимах превышает либо диапазон синфазных сигналов дифференциального усилителя, либо максимальный диапазон без повреждений, то необходимость в изоляционном усилителе становится очевидной.
Принцип работы
Использование развязывающего усилителя
Разделительные усилители используются для измерения слабых сигналов при высоком синфазном напряжении. Емкость изолирующего усилителя зависит от двух основных характеристик изолирующего усилителя:
Частота синфазного напряжения может отрицательно повлиять на производительность. Высокочастотные синфазные напряжения создают трудности для многих изолирующих усилителей из-за паразитной емкости изолирующего барьера. Эта емкость проявляется в виде низкого импеданса для сигналов с более высокой частотой и позволяет синфазному напряжению существенно пройти через барьер и помешать измерениям или даже повредить усилитель. Однако большинство синфазных напряжений складываются из линейных напряжений, поэтому частоты обычно остаются в диапазоне от 50 до 60 Гц с некоторым содержанием гармоник, что находится в пределах диапазона подавления большинства изолирующих усилителей.
Дифференциальные усилители
Неизолированный дифференциальный усилитель не обеспечивает развязку между входными и выходными цепями. У них общий источник питания, и между входом и выходом может существовать путь постоянного тока. Неизолированный дифференциальный усилитель может выдерживать синфазные напряжения только до напряжения источника питания.
Подобно инструментальным усилителям, развязывающие усилители имеют фиксированное дифференциальное усиление в широком диапазоне частот, высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс.
Рекомендации по выбору усилителя
Инструментальные усилители можно разделить на четыре большие категории, от наименее до наиболее дорогостоящих:
Для большинства промышленных приложений, требующих изоляции, несимметричная плавающая конструкция обеспечивает лучшее соотношение цены и качества.
Существует также две широкие категории изолирующих усилителей, которые следует рассматривать вместе с применением:
Типичное применение
Измерения ячеек с накоплением напряжения
Можно использовать неизолированный дифференциальный усилитель, но он будет иметь номинальное максимальное синфазное напряжение, которое нельзя превышать при сохранении точности.
Разделительные усилители и источники питания датчиков
Разделительный усилитель
TV 500
Универсальность исполнения позволяет выделить два исполнения:
1. Разделительный усилитель TV 500 предназначен для разделения потенциалов по входам и выходам и для конвертирования (преобразования) сигналов.
2. Разделительный источник питания ST 500 предназначен для разделения потенциалов по входам, выходам и питанию. Он позволяет дополнительно производить прямое подключение двухпроводных (4. 20 мА) и техпроводных датчиков.
Приборы имеют ширину 22,5 мм и предназначены для монтажа на DIN-рейке. Статус рабочего режима отображают светодиоды на передней панели. Выбор режима по входам и выходам (ток или напряжение) осуществляется переключателями на передней панели.
Разделительный усилитель
TV 500-Ex
Универсальность исполнения позволяет выделить два взрывобезопасных исполнения:
1. Разделительный усилитель TV 500-Ex предназначен для разделения потенциалов по входам и выходам и для конвертирования (преобразования) сигналов и применяется во взрывобезопасном исполнении.
2. Разделительный источник питания ST 500-Ex предназначен для разделения потенциалов по входам, выходам и питанию. Он позволяет дополнительно производить прямое подключение двухпроводных (4. 20 мА) и техпроводных датчиков.
Приборы имеют ширину 22,5 мм и предназначены для монтажа на DIN-рейке. Статус рабочего режима отображают светодиоды на передней панели. Выбор режима по входам и выходам (ток или напряжение) осуществляется переключателями на передней панели.
Блоки формирования сигналов и разделительные усилители
Блоки формирования сигналов и разделительные усилители WAGO характеризуются идентичным профилем при размещении в шкафах. Это позволяет без проблем объединять устройства подачи питания, чтобы отказаться от занимающей много времени прокладки проводки к отдельным компонентам.
Ознакомьтесь со всеми нашими блоками формирования сигналов и разделительными усилителями
Изоляция, усиление, фильтрация и преобразование: изоляционные усилители WAGO реализуют большое количество функций в промышленных условиях и обеспечивают безопасную и безошибочную передачу сигнала.
Наш ассортимент изоляционных усилителей позволит найти оптимальное решение для любого приложения:
Наши разделительные усилители обеспечивают следующие преимущества:
Блоки формирования сигнала частоты
Блоки формирования сигнала частоты WAGO записывают сигналы от 0,1 кГц до 120 кГц c датчиков NAMUR, NPN и PNP и преобразуют частоту в аналоговый стандартный сигнал.
Наши блоки формирования сигнала частоты обеспечивают следующие преимущества:
Блоки формирования сигнала температуры
Блоки формирования сигнала температуры WAGO обеспечивают запись и преобразование сигналов с датчиков и резисторов Pt, TC, Ni, KTY и RTD в аналоговый стандартный сигнал на стороне выхода. Целесообразность использования резистентного температурного устройства и термопары определяется такими факторами, как максимальный температурный диапазон, окружающая среда установки и необходимая точность измерения:
Наши блоки формирования сигнала температуры обеспечивают следующие преимущества:
Переключатели порогового значения
Переключатели порогового значения WAGO контролируют различные измерительные сигналы, такие как температура, ток и напряжение. Пользователь может настроить срабатывание функции аварийной остановки или отправки аварийных сигналов, если значение падает выше или ниже порогового. В дополнение к переключателям порогового значения для аналоговых сигналов WAGO предлагает переключатели порогового значения RTD для датчиков температуры сопротивления и потенциометров, а также переключатели порогового значения TC для термопар, позволяющие осуществлять мониторинг и измерение сигналов.
Наши переключатели порогового значения обеспечивают следующие преимущества:
Блоки формирования сигналов потенциометра
Блоки формирования сигналов положения потенциометра WAGO записывают сигналы сопротивления, например с потенциометров, и преобразуют их в аналоговый стандартный сигнал.
Наши блоки формирования сигнала потенциометра обеспечивают следующие преимущества:
Блоки формирования сигналов тока, напряжения и мощности
Помимо блоков формирования сигналов тока и напряжения, которые регистрируют ток и напряжение постоянного и переменного тока, этот впечатляющий диапазон включает блок формирования сигналов мощности, который может параллельно измерять ток и напряжение, преобразовывать их в мощность и выводить их в виде аналогового стандартного сигнала. Кроме того, блоки формирования сигналов WAGO для катушек Роговского предлагают решение модернизации существующих систем. Отсоединять активный проводник при этом не придется.
Наши блоки формирования сигналов тока, напряжения и мощности обеспечивают следующие преимущества:
Разделительные усилители
Изоляция, усиление, фильтрация и преобразование: изоляционные усилители WAGO реализуют большое количество функций в промышленных условиях и обеспечивают безопасную и безошибочную передачу сигнала.
Наш ассортимент изоляционных усилителей позволит найти оптимальное решение для любого приложения:
Наши разделительные усилители обеспечивают следующие преимущества:
Усилитель
Электронный усилитель — это усилитель, задача которого состоит в том, чтобы увеличить сигнал по мощности, при этом сохраняя форму усиливаемого сигнала. Более подробно это определение можно прочесть в Википедии. В этой статье мы поверхностно пробежимся по основам теории усилителей.
Что такое усилитель?
В электрических схемах очень часто встречаются сигналы малой мощности. Например, это может быть звуковой сигнал с динамического микрофона
слабый радиосигнал, который ловит из эфира ваш китайский радиоприемник
Либо отраженный сигнал от ракеты противника, который уже потом ловит, усиливает и отслеживает радиолокационная установка. Для примера: зенитно-ракетный комплекс ТОР:
Как вы видите, в электронике абсолютно везде требуется усиление слабых сигналов. Для того, чтобы их усиливать, как раз нужны усилители сигналов. Усилители широко применяются в радиолокации, телевидении, радиовещании, телеметрии, в вычислительной технике, авторегулировании, в системах автоматики и тд.
Что такое черный ящик в электронике
В общем виде усилитель можно рассматривать как черный ящик. 
Что представляет из себя этот черный ящик? Это ящик. Он черный). А так как он черный, то абсолютно никто не знает, что находится в нем. Остается только предполагать. Но возможен и такой вариант, что мы можем предпринять какие-либо действия и ждать ответной реакции. После ответной реакции этого черного бокса, можно предположить, что находится у него внутри.
То есть по сути черный ящик должен иметь какие-либо «сенсоры» для восприятия информации извне, некий «вход», а также некий «выход» для ответной реакции. То есть подавая на вход какое-либо воздействие, мы ждем ответной реакции черного ящика на выходе.
Пусть в черном ящике будет кот или кошка, но пока никто не знает, что он(а) там есть. Что мы сделаем в первую очередь? Потрясем ящик или пнем по нему, так ведь? Если там кто-то мяукнет, значит однозначно или кошка, или кот). То есть последовала ответная реакция. Как определить дальше кошка или кот? Открываем ящик, и из него вылазит лохматое чудо. Если побежала — значит кошка. Если побежал — значит кот).
Но также в черном ящике может быть абсолютно любое тело или вещество. Для таких ситуаций мы должны провести как можно больше опытов, то есть произвести как можно больше входных воздействий для более точного определения содержимого черного ящика.
Что такое четырехполюсник
В электронике черным ящиком является четырехполюсник. Что вообще такое четырехполюсник? Четырехполюсник — это черный ящик, внутри которого имеется неизвестная электрическая цепь. Здесь мы видим две клеммы на вход, через которые подается входное воздействие и две клеммы на выход, с которых мы уже будем снимать отклик нашего «электрического черного ящика».
Пассивный четырехполюсник
Например, RC-цепь является пассивным четырехполюсником, так как она имеет четыре вывода: два на вход и два на выход, и как мы видим, она не содержит в себе какой-либо источник питания. Эта RC цепочка является пассивным фильтром низкой частоты (ФНЧ).
В пассивных четырехполюсниках напряжение или ток на выходе могут быть больше, чем на входе, но мощность при этом не увеличивается. Как же напряжение или ток на выходе могут быть больше, чем на входе? Здесь достаточно вспомнить трансформатор, а также последовательный и параллельный колебательные контура. Для них точнее было бы определение преобразователи напряжения, но никак не усилитель, так как усилитель должен иметь в своем составе обязательно источник питания, у которого он будет брать энергию для усиления слабого входного сигнала.
Также в пассивном четырехполюснике мощность на выходе никак не будет больше мощности, чем на входе. Если вы этого добьетесь, то сразу же получите вечный источник энергии и Нобелевскую премию в придачу. Но помните, что закон сохранения энергии, который впервые был еще сформулирован Лейбницем в 17 веке, никто не отменял.
Активный четырехполюсник
Загоняя на вход такой схемы синусоиду, на выходе мы получим ту же самую синусоиду, но ее амплитуда будет в разы больше.
Это, конечно же, верно для идеального усилителя, т.е. абсолютно линейного и без ограничения на амплитуду входного и выходного сигнала. В реальных усилителях, требуется чтобы амплитуда не превышала допустимую и усилитель был правильно спроектирован. Кроме того, любой реальный усилитель вносит искажения и характеризуется коэффициентом нелинейных искажений (КНИ) и еще многими другими параметрами, которые мы рассмотрим в следующей статье.
В активном четырехполюснике, одним из которых является усилитель мощности, мощность на выходе будет больше, чем на входе. Естественно, при этом не нарушается закон сохранения энергии, так как мощность, которая выделяется на нагрузке — это преобразованная мощность источника питания. Входной слабый сигнал просто управляет этой мощностью. Более подробно можно прочитать в статье про принцип усиления транзистора.
Обобщенная схема усилителя
Она выглядит примерно вот так:
Как вы уже знаете, источник питания играет главную роль в усилительном каскаде. Маломощный слабый сигнал управляет расходом энергии источника питания. В результате на выходе мы получаем умощненную копию входного слабого сигнала. Усиление произошло благодаря тому, что источник питания давал свою мощность для усиления входного сигнала. Ну как-то вот так).
Типы усилителей
Усилители можно разделить на три группы:
Усилитель напряжения
Усилитель напряжения (УН) усиливает входное напряжение в заданное число раз. Этот коэффициент называется коэффициентом усиления по напряжению и вычисляется по формуле:
KU — это коэффициент усиления по напряжению
Uвых — напряжение на выходе усилителя, В
Uвх — напряжение на входе усилителя, В
Усилитель тока
Усилитель тока (УТ) усиливает входной ток в заданное число раз. Этот коэффициент называется коэффициентом усиления по току и вычисляется по формуле:
где KI — коэффициент усиления по току
Iвых — сила тока в цепи нагрузки, А
Смысл работы усилителя тока такой: при определенной силе тока во входной цепи, на выходе в цепи нагрузки мы получаем силу тока, бОльшую в KI раз, независимо от того, какое значение принимает номинал нагрузки. Здесь уже работает простой закон Ома I=U/R.
Если сила тока должна быть постоянной, а значение сопротивления у нас может быть плавающим, то для поддержания постоянной силы тока в цепи нагрузки у нас усилитель автоматически изменяет напряжение Uвых на нагрузке. В результате, ток как был постоянной величиной, так и остался. Или буквами: Rн =var, Iвых= const.
Объяснение выше вы будете рассказывать своему преподу по электронике, а теперь объяснение для полных чайников. Итак, во входной цепи Eи —>Rи —>Rвх пусть у нас течет сила тока в 10 мА. Коэффициент KI =100, следовательно, на выходе в цепи нагрузки Eвых —>Rвых —> Rн будет течь ток с силой в 1 А (10мА х 100). Но сам по себе такой ток не будет ведь гулять по этой цепи. Ему надо создать условия для протекания. Допустим, у нас нагрузка 10 Ом. Какое тогда напряжение должно быть в этой цепи для получения силы тока в этой цепи в 1 А? Вспоминаем дядюшку Ома: I=U/R. 1=Uвых /10, получаем U=10 В. Вот такое напряжение нам будет выдавать усилитель тока на выходе.
Но что, если нагрузка поменяет свое значение? Ток должен остаться таким же, не забывайте, то есть 1 А, так как это у нас усилитель тока. В этом случае, чтобы сила тока в цепи оставалась 1 А усилитель автоматически поменяет свое значение напряжения на выходе Uвых на 1=Uвых /5. Uвых =5/1=5 В. То есть на выходе у нас уже будет 5 Вольт.
Усилитель мощности
Раньше было очень круто и модно собирать усилители мощности (УН) своими руками, включить Ласковый Май и вывернуть громкость на всю катушку. Сейчас же УМ может собрать или купить каждый, благо интернет и Алиэкпресс всегда под рукой.
Чем же УМ отличается от УН и УТ?
Если в УТ мы увеличивали только силу тока, в УН — напряжение, то в УМ мы увеличиваем в кратное число раз ток и напряжение.
Формула мощности для постоянного и переменного тока при активной нагрузке выглядит вот так:
Следовательно, коэффициент усиления по мощности запишется как:
KP — коэффициент усиления по мощности
Pвых — мощность на выходе усилителя, Вт
Pвх — мощность на входе усилителя, Вт
Также не забывайте, что нагрузки могут быть как чисто активными (типа лампочки накаливания, резистора, различных нагревашек), так и иметь реактивную составляющую (катушки индуктивности, конденсаторы, двигатели и тд).
Выходная мощность усилителя
Выходная мощность усилителя, отдаваемая в активную нагрузку, будет выражаться формулой:
Pвых — выходная мощность усилителя, Вт
Iвых — сила тока в цепи нагрузки, А
UВых — напряжение на нагрузке, В
Мощность на нагрузку с реактивной составляющей будет уже выражаться через формулу:
Pвых — выходная мощность усилителя, Вт
Iвых — сила тока в цепи нагрузки, А
cos φ — где φ — это разность фаз между осциллограммой тока и напряжения
Например, разность фаз между током и напряжением в активной нагрузке равна нулю, следовательно, cos0=1. Поэтому формула для активной нагрузки принимает вид
Более подробно про это можно прочитать в статье про активное и реактивное сопротивление.
Максимальная выходная мощность, при которой искажение сигнала на выходе не превышает качественных значений усилителя, называют номинальной мощностью усилителя.
Ну и обобщенное правило, для того, чтобы было проще запомнить все эти три вида усилителя:
Виды усилителей по полосе пропускания
По ширине полосы пропускания усилители делятся на:
Усилители низкой частоты
Также их еще называют усилители звуковой частоты (УЗЧ). Они предназначенные для усиления сигналов с частотой от десятков Герц и до 20 кГц. 20 кГц — это предел частоты, которая может быть воспринята человеческим ухом. Поэтому, такой тип усилителей очень любят меломаны и радиолюбители.
Усилители высокой частоты
Они предназначены для усиления сигналов во всем диапазоне частот, используемых электроникой.
Широкополосные усилители
Они позволяют усиливать широкую полосу частот (например, от десятков герц до нескольких мегагерц). Здесь, думаю, все понятно.
Узкополосные усилители
Они усиливают узкую полосу частот. Это могут быть резонансные фильтры, а также фильтры, которые строятся на основе УВЧ и УНЧ.
Усилители постоянного тока
Усиливают сколь угодно медленные электрические колебания, начиная с частоты, равной нулю герц (постоянный ток).
Если вы желаете больше знать об усилителях, то читайте статью основные параметры усилителя.