三、低频位移检测放大器
低频位移检测放大器的作用是将副杠杆上检测片的微小位移:转换成直流输出电流Io所以它实质上是一个位移-电流转换器.
位移检测放大器包括差压变送器、低频振荡器、整流滤波及功率放大器等部分.图2-12是其原理线路图。
1.差动变压器
差动变压器由检测片(衔铁)，上、下罐形磁芯和四组线圈构成，如图2-13所示，其作用是将检测片的位移s转换成相应的电压信号μCD
匝数相同的原边两组线圈和副边两组线圈分别绕在上、下罐形磁芯的芯柱上，且原边线圈是同相连接的，副边线圈是反相连接的.磁芯的中心柱截面积等于其外环的截面积。下磁芯的中心柱人为地磨成一个δ=0.76mm的固定气隙。上磁芯的磁路空气隙长度是随检测片的位移s而变化的，也即随测量信号而变化。为便于分析差动变压器的工作原理，现把图2-13改画成图2-14所示的原理图。图中μAB为原边绕组的电压;μCD为副边绕组的感应电势,由于副边两组线圈的感应电势e2′和e2″反相，因而μCD值为e2′和e2″之差，当μAB一定时，e2″是一固定值，而e2′随s大小而变化。
当检测片位移因差动变压器上、下两部分磁路的磁阻相等，原、副边绕组之间的互感也相等，故上、下两部分的感应电势e2′、e2″相等，结果差动变压器无输出。
当检测片位移s<δ时，因差动变压器上半部磁路磁阻减小，互感增加，故感应电势e2′将大于e2″ 且μCD随着s的减小而增加，此时μCD与μAB同相。
2.低频放大器
低频放大器由振荡器、整流滤波及功率放大器三部分组成。
(1)振荡器振荡器电路如图2-15所示。由图可见，它是一个采用变压器耦合的LC振荡电路。由差动变压器原边绕组的电感LAB和电容C构成的并联谐振回路，作为晶体管VT1的集电极负载。副边绕组CD接在VT1的基极和发射极之间，用以耦合反馈信号。电阻R6和二极管VD1, VD2构成分压式偏置电路，VD1, VD2还具有温度补偿作用。R2是电流负反馈电阻，用来稳定VT1的直流工作点。
由LAB, C;构成的并联振荡回路的固有频率也就是低频振荡器的振荡频率:
将有关元件数值LAB=39mH,C4=0.047μF代入，则可算得fo≈4kHz。
振荡器的输出电压经差动变压器藕合得到的μCD，反馈至放大器的输入端。如果反馈信号能满足振荡的相位条件和振幅条件，则放大器能形成自激振荡。
现先分析振荡的相位条件。由电路图可知，只要μCD与μAB的相位相同，则反馈信号与放大器的输入信号同相，电路就形成正反馈。在检测片的位移μCD=0故不可能振荡；因μCD与μAB反相，也不可能振荡；同相，才能形成正反馈，满足振荡的相位条件，电路才可能振荡。
至于振荡的振幅条件，即KF=1（K为放大器电压放大系数，F为反馈系数），只要选择合适的电路变量，是容易满足的。
下面再讨论检测片位移s与振荡器输出电压μAB之间的关系.图2-16(a)所示为振荡器的放大特性和反馈特性，此图表明，振荡器的放大特性是非线性的，而反馈特性在铁芯未饱和的情况下是线性的。两条线的交点P即为稳定后的工作点，P点对应的μAB就是振荡器的输出电压。
振荡器的反馈系数是随检测片位移s的改变而变化的，在s较大时因磁阻较大，F就比较小;反之，s较小时，磁阻较小，F就比较大。检测片在不同位置s1、s2、s3时，其相应的反馈系数为Fl , F2, F3。若.s3 <s2<s1，则F3>F2>F1。由图2-16b)可见不同F时的反馈特性与放大特性相交于P1 , P2
P3，此时对应的输出电压分别为μAB1、μAB2、μAB3
综上所述，当检测片位移s改变时，反馈系数F随之改变，使特性曲线上的交点P上下移动，所以输出电压μAB也随之改变。其变化趋势为:s↓→F↑→P点上移→μAB↑。
(2)整流滤波 整流滤波电路如图2-17所示。振荡器的输出电压μAB经二极管VD4整流以及通过电阻R8, R9和电容C5滤波得到平滑的直流电压信号，再送至功放级.整流滤波电路并联在LAB, C4回路的两端，因此它的总阻抗不能太小，否则将影响振荡器的工作。
(3)功率放大器 功率放大器由晶体管VT2 , VT3和电阻R3, R4, R5组成，如图2-18所示。放大器采用PNP-NPN互补型复合管，其目的一是提高电流放大系数;二是电平配置，使VT2的基极电平与前级输出信号的电平相匹配。
图中，R3为稳定工作点的反馈电阻，同时提高功放级的输入阻杭，有利于滤波器输出电压的稳定。R5为VT2、VT3集电极与发射之间的穿透电流提供旁路，用以改善放大器的温度性能。R5的接入同时也降低了功放级的增益，但提高了电路的稳定性。
低频放大器线路中其他元件的作用如下。
R1, C1起相位校正作用，它对高次谐波造成一相移，破坏其振荡的相位条件，即防止高次谐波产生寄生振荡。
R7起稳定振荡管输入电压的作用.由于VT1的工作点比乙类稍高，在μCD的正负半周.输入阻抗变化较大.接入R7可使差动变压器的副边负载比较均匀。
R10用来改变放大器的灵敏度.当变送器用在高量程时，通过端子7, 8将R10接入，与差动变压器副边并联，使灵敏度降低。
C3, C6为高频旁路电容，可减小交流分量。
VD9为防止电源反接的保护二极管.
3.本质安全防爆措施
考虑本质安全防爆的原则是尽可能减少储能元件(电感、电容)，并使现有储能元件在故障情况下释放的能量(电压、电流)限制在安全定额以下.在图2-12的线路中采取了如下本质安全防爆措施。
差动变压器原边线圈兼作振荡器的谐振电感，振荡器和功放器直接藕合，这样就最大限度地减少了感性和容性储能元件。
反馈动圈W1, W2两端并联二极管VD5~VD8，在断电时给动圈储存的磁场能量以泄放的通路，避免产生过高的反冲电压。各用两个二极管作冗余备用，以确保安全。
二极管VD10~VD13用以限制电容C5两端的电压，二极管VD3用以限制电容C2两端的电压，防止蓄能过多。
R8, R9为C5的放电能量限流电阻，在VD4氏击穿时，可限制C5的放电电流。
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