Вибропреобразователь
Вибропреобразователь — электромеханический аппарат, предназначенный для преобразования постоянного тока низкого напряжения в постоянный ток высокого напряжения. Измерительные вибропреобразователи применяются для модуляции постоянных напряжений в прецизионных усилителях постоянного тока, построенных по системе модулятор - усилитель переменного тока - фазочувствительный демодулятор.
Принцип действия
Постоянный ток от источника низкого напряжения подается на электромагнит. Якорь электромагнита, притягиваясь к обмотке, размыкает контакты, через которые эта обмотка питается, и пружина возвращает якорь в исходное положение. Таким образом якорь колеблется с частотой несколько десятков колебаний в секунду и подключает источник низкого напряжения поочередно то к одной, то к другой половине первичной обмотки повышающего трансформатора. В результате по первичной обмотке протекает переменный ток. Со вторичной обмотки трансформатора снимается высокое напряжение. Чтобы получить на выходе постоянный ток, еще одна группа контактов на якоре электромагнита синхронно подключает вторичную обмотку трансформатора к нагрузке так, чтобы направление тока в нагрузке оставалось постоянным (синхронный преобразователь), либо переменный ток со вторичной обмотки подается на отдельный выпрямитель (асинхронный преобразователь).
В измерительных преобразователях обмотка электромагнита обычно питается от пониженного напряжения сетевой частоты. Центральный подвижный контакт (якорь) настроен на механический резонанс с частотой сети (обычно 50 Гц) и поочередно замыкается с двумя боковыми контактами. Если на боковых контактах имеются разные постоянные напряжения, то на центральном контакте появляются пульсации, амплитуда которых пропорциональна разности входных напряжений, а фаза отражает знак этой разности. Например, на один боковой контакт подается измеряемое напряжение, на другой — потенциал с потенциометра, скользящий контакт которого механически связан с пером самописца. Если измеряемое напряжение больше, то на центральном контакте вибропреобразователя появятся пульсации в одной фазе с напряжением, питающим электромагнит. Эти пульсации будут усилены и сдвинуты по фазе на 90 градусов усилителем переменного тока. Полученное переменное напряжение подается на одну обмотку двухфазного асинхронного двигателя, на другую подается переменное напряжение в одной фазе с питающим вибропреобразователь. Ротор двигателя придет в движение, и с помощью системы тросов и шкивов будет перемещать перо самописца до тех пор, пока постоянное напряжение, снимаемое с потенциометра не станет равным измеряемому. Если измеряемое напряжение станет меньше опорного, то двигатель будет вращаться в другую сторону, так как на его обмотках фазы напряжения окажутся сдвинуты не на 90 градусов, а на −90. Так, например, работает самописец КСП-4.
Такие схемные решения позволяют строить усилители постоянного тока практически без дрейфа нуля.
Применение
Вибропреобразователи широко применялись до 1950-х гг. для питания портативной и бортовой ламповой аппаратуры — портативных и автомобильных радиоприёмников, радиостанций и пр. — от аккумуляторов и гальванических элементов. Во многих случаях это оказывалось экономически выгоднее, чем питание от высоковольтных анодных батарей. Выпускались вибропреобразователи с выходным напряжением до 400 В и более, током нагрузки до 90 мА. Коэффициент полезного действия достигал 40-80 %.
Недостатки — высокий уровень создаваемых им импульсных помех, акустический шум, низкая надежность контактов. Вибропреобразователь требовал тщательного экранирования, эффективной фильтрации выходного напряжения, герметизации механической части прибора — вибратора. Срок службы вибратора обычно не превышал 1000 часов непрерывной работы, после чего вибратор приходилось менять.
С развитием полупроводниковых приборов вибропреобразователи были практически полностью вытеснены транзисторными преобразователями напряжения, гораздо более экономичными, долговечными и практически бесшумными.
Другая область применения вибропреобразователей — измерительные приборы. С их использованием строились автоматические компенсационные системы, самописцы (например КСП-4), рН-метры, милли- и микровольтметры постоянного тока. Позднее стали использоваться преобразователи с динамическим конденсатором. Сегодня для этих целей применяются сверхпрецизионные операционные усилители (пример - К140УД24, К140УД13), работающие по тому же принципу (модулятор - демодулятор), но использующие вместо механического переключателя аналоговые ключи на полевых МОП-транзисторах.
