транзисторный или ламповый усилитель сколь угодно медленно меняющихся электрических сигналов. П. т. у. обычно используют в приборах измерительной техники и автоматики (в сочетании с разного рода датчиками, например Фотоэлементом, термопарой (См. Термопара) и др.), при измерении малых токов и зарядов (так называемый электрометрический П. т. у.), а также в электронных аналоговых вычислительных машинах - в качестве операционных усилителей (см. Решающий усилитель). При проектировании и эксплуатации П. т. у. особое внимание уделяют уменьшению медленных изменений (дрейфа) выходного напряжения или тока в отсутствие входного сигнала, которые обусловлены рядом неконтролируемых факторов: старением элементов усилителя, колебаниями температуры окружающей среды и напряжения электропитания и др.

Различают П. т. у. прямого усиления и с преобразованием по частоте. Особенность П. т. у. прямого усиления (рис. 1, 2) - отсутствие в цепях связи между усилительными каскадами реактивных элементов (конденсаторов, трансформаторов). В таких П. т. у., исторически более ранних, проблема дрейфа решается непосредственным уменьшением его в каждом из каскадов усилителя и прежде всего - во входном. С этой целью используют дифференциальные каскады (рис. 2), в которых минимизация разностного дрейфа на выходе достигается тщательным симметрированием обоих плеч. В П. т. у. с преобразованием по частоте (рис. 3) проблема дрейфа решается путём преобразования (модуляции) входного, медленно меняющегося сигнала с помощью вспомогательных колебаний (т. е. преобразованием входного сигнала в сигнал на частоте вспомогательных колебаний с амплитудой, пропорциональной амплитуде на входе), после чего преобразованный сигнал усиливается бездрейфовым (с реактивными элементами связи между каскадами) усилителем, а затем путём детектирования (демодуляции) вновь преобразуется в сигнал, повторяющий форму входного.

У современных (1975) П. т. у. - интегральных операционных усилителей коэффициент усиления доходит до 10⁶, их Полоса пропускания в пределах от 0 до 100 Мгц, а дрейф в течение длительного времени (несколько десятков часов) и в широком диапазоне температур (от -60 до +100 °С) не превышает нескольких десятков мкв.

Лит.: Эрглис К. Э., Степаненко И. П., Электронные усилители, 2 изд., М., 1964.

И. П. Степаненко.

Рис. 1. Схема простейшего однотактного усилителя постоянного тока: Т - транзистор; R - нагрузочный резистор; R_э - резистор в цепи эмиттера; Д - стабилитрон; U_вх - напряжение на входе; U_вых - напряжение на выходе; Е - напряжение источника электропитания.

Рис. 3. Усилитель постоянного тока с преобразованием по частоте: а - схема; б - временные диаграммы напряжения сигнала в точках 1, 2, 3, 4; М - модулятор; У - бездрейфовый усилитель; ДМ - демодулятор; U_вх - напряжение на входе; U_вых - напряжение на выходе; U₁, U₂, U₃, U₄ - напряжения в соответствующих точках усилителя; t - время.

электрическая машина, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию постоянного тока (генератор) или обратное преобразование (двигатель). П. т. м. обратима, т. е. одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель; так, например, работают тяговые двигатели подвижного состава и исполнительные двигатели мощных электроприводов постоянного тока. Действие генератора основано на явлении индукции электромагнитной (См. Индукция электромагнитная). При вращении витка из электропроводящего материала в постоянном магнитном поле (рис. 1) в витке возникает переменная эдс с частотой , где р - число пар полюсов магнитной системы, Ω - угловая скорость. Для преобразования переменной эдс в постоянное напряжение служит Коллектор электромашинный. К пластинам коллектора подсоединяются концы витка (в реальной машине имеется большое число витков и коллекторных пластин). Для подключения внешней цепи служат угольные или графитные щётки, соприкасающиеся с пластинами коллектора. Работа двигателя основана на взаимодействии проводников с током и магнитного поля (см. Ампера закон), что приводит к появлению электромагнитного вращающего момента.

Активными частями П. т. м. являются магнитные сердечники, обмотки Статора и Ротора (якоря) и коллектор (рис. 2). Магнитный сердечник статора состоит из стальной станины, шихтованных (набранных из стальных пластин) главных и массивных дополнительных полюсов. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения, на дополнительных - обмотка, соединённая последовательно с обмоткой якоря. Магнитопровод (сердечник) якоря также шихтованный; в его пазах расположена рабочая обмотка. Конструктивные элементы П. т. м. - вал, подшипники, подшипниковые щиты, токосъёмное устройство, вентилятор. Обмотка возбуждения создаёт основное магнитное поле. При подключении обмотки якоря к внешней цепи по ней проходит ток, создающий магнитное поле якоря. Результирующий поток в зазоре между статором и ротором благодаря влиянию магнитного поля якоря меньше, чем поле при холостом ходе (когда цепь отключена). Размагничивающее действие магнитного поля якоря обусловлено насыщением и увеличением магнитного сопротивления полюсных наконечников.

При работе П. т. м. может появляться искрение под щётками в процессе коммутации тока. При прохождении секции обмотки якоря из зоны одной полярности (например, N) в зону др. полярности (S) направление тока в ней меняется на обратное. Вследствие этого в секции, замкнутой накоротко щёткой, индуктируется т. н. реактивная эдс. Она представляет собой сумму эдс самоиндукции, обусловленной изменением тока, и эдс взаимоиндукции (если коммутируются одновременно несколько секций). Помимо этого, в коммутируемой секции возникает т. н. эдс вращения, обусловленная перемещением секции в поле якоря, которое в зоне коммутации имеет наибольшую величину. Эти эдс вызывают замедление изменения тока, увеличение плотности тока под сбегающим краем щётки и искрение под щётками. Для компенсации реактивной эдс в коммутируемой секции применяют дополнительные полюса, изменяющие направление поля якоря в зоне коммутации. Наличие коллектора и щёточного устройства усложняет конструкцию, обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкую надёжность П. т. м.

Первый двигатель постоянного тока, пригодный для практических целей, был построен Б. С. Якоби в 1838. Двигатель получал питание от гальванических батарей и использовался для привода гребного вала лодки. Первый генератор постоянного тока создан также Якоби в 1842. Вначале в П. т. м. использовались постоянные магниты. Существенным шагом вперёд явилось применение электромагнитов. В 1859 А. Пачинотти изобрёл электродвигатель с кольцевым якорем, который был усовершенствован З. Т. Граммом в 1869. Начало широкого промышленного применения П. т. м. относят к 70-м гг. 19 в., когда Ф. Хефнер-Альтенек (См. Хёфнер-Альтенек) заменил кольцевой якорь барабанным, упростив тем самым конструкцию П. т. м. и увеличив вдвое её мощность. В таком виде П. т. м. сохранилась практически без изменений, усовершенствования касались главным образом применения лучших изоляционных и конструкционных материалов, более прогрессивной технологии, разработки точных методов расчёта и оптимизации габаритов. П. т. м. были созданы и получили промышленное применение ранее машин переменного тока, но утратили доминирующее положение после изобретения М. О. Доливо-Добровольским (См. Доливо-Добровольский) системы трёхфазного тока (1889). П. т. м. использовались лишь в отдельных областях, где необходимо регулирование частоты вращения в широком диапазоне: генераторы - как возбудители синхронных машин, сварочные генераторы, в системах генератор-двигатель; двигатели - в электроприводах на транспорте, в металлургии (на мощных прокатных станах) и т.п. Однако с 50-х гг. 20 в. сфера применения П. т. м. вновь расширилась: П. т. м. средней мощности стали применять как электромашинные усилители (ЭМУ), а микроэлектромашины - в системах автоматического регулирования и в бытовых электрических устройствах. Микродвигатели постоянного тока имеют лучшие характеристики, больший диапазон регулирования по частоте вращения и более высокую точность регулирования, чем микродвигатели переменного тока. В то же время П. т. м. утрачивают своё значение как возбудители синхронных машин, на смену им приходят ионные и полупроводниковые системы возбуждения.

В СССР созданы серии П. т. м., которые полностью удовлетворяют потребность в такого рода электрических машинах. В 70-х гг. разработанная ранее серия П (диапазон мощностей 0,3-1400 квт, напряжение 110/220/440 в) заменяется новой серией 2П, показатели которой соответствуют современным требованиям энергетики. Помимо серийных, существует большое разнообразие специальных П. т. м.: электромашинные усилители, сварочные генераторы, генераторы для гальванических процессов и электролиза, униполярные П. т. м. Применяемые в бытовой технике микромашины также различны как по конструкции, так и по режимам работы.

Лит.: Рихтер Р., Электрические машины, пер. с нем., т. 1, М. - Л., 1935; Петров Г. Н., Электрические машины, 2 изд., ч, 3, М. - Л., 1968; Брускин Д. Э., 3орохович А. Е., Хвостов B. C., Электрические машины и микромашины, М., 1971; Электротехнический справочник, 4 изд., т. 1, кн. 1, М., 1971.

Л. М. Петрова.

Рис. 1. Схема работы машины постоянного тока: N, S - полюса постоянного магнита; I - ток в нагрузке; 1 - щётки; 2 - пластина коллектора; 3 - виток провода на якоре машины; 4 - нагрузка.

Рис. 2. Машина постоянного тока: 1 - коллектор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - станина; 4 - главные полюса; 5 - магнитопровод якоря; 6 - рабочая обмотка якоря; 7 - дополнительные полюса; 8 - обмотка дополнительных полюсов.

Постоянного тока машина, работающая в режиме двигателя. П. т. э. дороже двигателей переменного тока и требуют больших затрат на обслуживание, однако они позволяют плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах, вследствие чего получили распространение на рельсовом и безрельсовом электрифицированном транспорте, в подъёмных кранах, на прокатных станах, в устройствах автоматики и т.п.

Основные характеристики П. т. э. - зависимость частоты вращения n от вращающего момента (момента на валу) М, называемая механической характеристикой, и зависимость вращающего момента от тока якоря (ротора) I_я. Вид характеристик (рис. 2) определяется системой возбуждения двигателя (рис. 1); возбуждение может быть независимым, параллельным или смешанным. При независимом и параллельном возбуждении частота вращения меняется незначительно, зависимость n = f (M) имеет слабо выраженный падающий характер (т. н. "жёсткая" характеристика). Для того чтобы частота вращения при изменении момента вращения менялась в широких пределах, применяют последовательное возбуждение; при этом зависимость n = f (M) имеет явно выраженный падающий характер ("мягкая" характеристика). Иногда у П. т. э. с независимым возбуждением частота вращения по разным причинам может увеличиваться с возрастанием момента на валу, что приводит к неустойчивой работе двигателя. Для поддержания устойчивого режима работы, обеспечиваемого падающим характером кривой n = f (M). часто применяют смешанное возбуждение (устаревшее название - Компаундное возбуждение), при котором основной магнитный поток создаётся параллельной обмоткой возбуждения, а последовательная обмотка является стабилизирующей. При смешанном возбуждении механическая характеристика имеет промежуточный характер.

При подключении П. т. э. к источнику питания ток в обмотке якоря (пусковой ток) в 15-20 раз превышает номинальное значение (в начальный момент эдс якоря равна 0 и ток ограничивается лишь сопротивлением цепи якоря). Для того чтобы уменьшить пусковой ток, в цепь якоря включают т. н. Пусковое сопротивление, которое по мере нарастания частоты вращения постепенно уменьшают; по окончании пуска его замыкают накоротко.

П. т. э. с параллельным возбуждением имеют пределы регулирования частоты вращения примерно 1: 3. У них удобнее и дешевле всего регулировать частоту вращения реостатом в цепи возбуждения. Регулирование может производиться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения частоты вращения, причём при всех частотах вращения кпд сохраняется достаточно высоким.

У П. т. э. с последовательным возбуждением частота вращения регулируется в сторону уменьшения реостатом в цепи якоря, в сторону увеличения - включением параллельно обмотке возбуждения шунтирующего сопротивления. Потери в реостате, введённом в цепь якоря, существенно снижают кпд. При шунтировании обмоток возбуждения кпд изменяется незначительно.

В СССР П. т. э. выпускаются сериями, например серия ДК мощностью 40-110 квт на напряжения 250, 350, 750 в с регулированием частоты вращения от 0 до 4000 об/мин - для городского электрифицированного транспорта, серия Д мощностью 2,5-185 квт на напряжения 220-440 в с диапазоном регулирования частоты вращения 1: 3 - для привода мощных прокатных станов, подъёмных кранов всех типов и т.п. В системах автоматического регулирования и в электроприборах бытового назначения получили распространение электроприводы с микродвигателями постоянного тока. Основное их достоинство - значительно большие, чем у микродвигателей переменного тока, диапазон и точность регулирования.

Лит. см. при ст. Постоянного тока машина.

Л. М. Петрова.

Рис. 1. Схемы возбуждения двигателя постоянного тока: а - параллельное, б - последовательное, в - смешанное возбуждение; U - напряжение питания; Я - якорь; Д - обмотка дополнительных полюсов; В - параллельная обмотка возбуждения; П - последовательная обмотка возбуждения; ПР - пусковой реостат; РР - регулировочный реостат; I_в - ток возбуждения; I_я - ток якоря.

Рис. 2. Естественные (без регулирования возбуждения) механические характеристики (вверху) и характеристики момента (внизу) двигателей постоянного тока: а - при параллельном, б - при последовательном, в - при смешанном возбуждении; n - частота вращения двигателя; М - момент на валу; I_я - ток якоря: I₀ - ток холостого хода.