Магнитный усилитель (МУ) — это электрический аппарат, предназначенный для усиления электрического сигнала по току, напряжению или мощности. В схеме простейшего дроссельного МУ (ДМУ), называемого дросселем насыщения (рис.5.1), используется управляемое индуктивное сопротивление. Замкнутый магнитопровод изготавливается из материала с резко выраженной нелинейностью кривой намагничивания
. Рабочая обмотка переменного тока
включается в цепь нагрузки
. В обмотку управления
подается управляющий постоянный ток
.
Кривая намагничивания материала магнитопровода приведена на рис. 5.2. При прохождении переменного тока по обмотке на обмотке
наводится ЭДС. Эта ЭДС будет создавать переменный ток в цепи управления, для ограничения которого включается балластный дроссель
.
При отсутствии
тока управления (цепь управления разомкнута) индуктивное сопротивление рабочей обмотки
,
где – индуктивность рабочей обмотки;
– число витков рабочей обмотки;
– активное сечение магнитопровода;
– средняя длина магнитной линии в магнитопроводе.
При неизменных ,
,
индуктивность
определяется абсолютной магнитной проницаемостью
. При
магнитопровод характеризуется ненасыщенным состоянием (рис. 5.2, зона 1). В этом случае магнитная проницаемость
велика и индуктивное сопротивление обмотки
максимально.
Обычно<<
, поэтому ток в цепи рабочей обмотки определяется только значением
и имеет минимальное значение, равное
. Напряженность магнитного поля
находится по индукции
.
Подадим в обмотку управления такой постоянный ток управления , чтобы магнитопровод перешел в насыщенное состояние (рис. 5.2, зона 2) В области насыщения материал имеет магнитную проницаемость
. Индуктивное сопротивление рабочей обмотки
резко уменьшается. Значения
и
выбираются так, что
<<
. Тогда ток в цепи определяется только сопротивлением нагрузки. При этом все напряжение источника питания приложено к сопротивлению нагрузки
и активному сопротивлению
рабочей обмотки
;
.
Мы рассмотрели два крайних режима усилителя – режим холостого хода, когда и ток в нагрузке имеет минимальное значение
, и режим максимального тока нагрузки. При плавном увеличении тока
ток нагрузки плавно увеличивается от
до максимального значения
за счет уменьшения магнитной проницаемости
. Характеристика управления ДМУ приведена на рис. 5.3. По оси абсцисс отложен ток управления, приведенный к рабочей обмотке
. Идеальная характеристика управления 1 является прямой, идущей из начала координат под углом 45° к оси
. Реальная характеристика 2 отличается от идеальной наличием тока холостого хода
и плавным переходом от линейной части характеристики к току
. В линейной зоне характеристики соблюдается равенство средних значений МДС
или
.
Это равенство не зависит от колебаний питающего напряжения, сопротивления нагрузки и частоты источника. Данному значению тока управления всегда соответствует единственное значение тока нагрузки . Таким образом, ДМУ является управляемым источником тока.
Вследствие низких значений коэффициента усиления и большой массы ДМУ в настоящее время применяются редко, в основном как измерительные трансформаторы постоянного тока и напряжения.