При работе приобретённого импортного трансивера в паре со своим старым, надёжным усилителем мощности (РА), служившим верой и правдой владельцу в течение долгих лет, часто возникает ситуация, когда сбрасывается мощность возбуждения РА. Причина в большом входном сопротивлении РА, отличающимся от выходного сопротивления трансивера.
К примеру, входное сопротивление РА с ОС:
на 3- х лампах ГУ-50 около 85 Ом; на 4-х лампах Г-811 около 75 Ом;
на ГК-13 около 375 Ом;
на ГК-71 около 400 Ом;
на двух ГК-71 около 200 Ом;
на ГУ-81 около 200-1000 Ом.
(Данные взяты из описаний конструкций РА в радиолюбительской литературе).
К тому же, входное сопротивление РА неодинаково по диапазонам и реагирует на изменения настройки выходной цепи. Так, для РА на лампе ГУ-74Б приводятся такие данные по входному сопротивлению: 1,9МГц – 98 Ом;
3,5 МГц – 77 Ом;
7 МГц – 128 Ом;
14 МГц – 102 Ом;
21 МГц – 54 Ом;
28 МГц – 88 Ом.
Кроме того, входное сопротивление РА с ОС изменяется в течение периода ВЧ колебаний от нескольких десятков и сотен Ом до нескольких кОм.
Из приведённых цифр видно, что согласование трансивера с РА явно необходимо. Обычно такое согласование выполняют с помощью или параллельных LC контуров, или П-контуров, устанавливаемых на входе лампы. Способ, безусловно, хорош, даёт согласование с КСВ не хуже 1,5, но требуется 6-9 контуров и две галеты переключателей.
Но их не всегда можно разместить в имеющемся старом РА: нет места и всё тут. Выбрасывать старый, хороший РА - жалко, а делать новый – хлопотно.
В зарубежной военной, гражданской, да и любительской радиоаппаратуре давно и широко используются для согласования 50-омных блоков широкополосные ВЧ трансформаторы. Они позволяют согласовывать эти блоки с другими цепями с сопротивлением, отличающимся от 50 Ом и лежащим в пределах 1 – 500 Ом. Такие широкополосные согласующие ВЧ трансформаторы можно использовать и для согласования трансиверов с РА. Они имеют небольшие размеры и всегда можно найти место для их размещения в корпусе (в подвале шасси) старого РА.
На
рис 1а. представлена схема ВЧ трансформатора на тороидальном ферритовом
сердечнике с коэффициентом трансформации со
противлений 1 ׃ │≥ 1…≤ 4 │ , зависящим от точки подключения отвода для выхода.
Рис.1
А на рис.1b – схема ВЧ трансформатора с коэффициентом трансформации сопротивлений 1 ׃ │ ≥4…≤9 │ , также в зависимости от точки подключения отвода для выхода.
Для выходной мощности трансивера до 100 Вт в качестве тороидального сердечника можно использовать два сложенных вместе ферритовых кольца размером 32 х 16 х 8 проницаемостью около 1000, или большего диаметра, но не с меньшим поперечным сечением сердечника.
Если входное сопротивление РА меньше 200 Ом, то намотка трансформатора выполняется по схеме рис.1а, а если – больше 200 Ом, но меньше 450 Ом, то – по схеме рис.1b.
Если же входное сопротивление РА неизвестно, следует изготовить трансформатор по второй схеме, который, в случае плохого согласования, можно переключить на первый вариант. Для этого нужно будет среднюю обмотку отключить, а крайние соединить, как на рис.1а.
Обмотки трансформатора выполняются одновременно для первого варианта двумя, а для второго - тремя проводами, слегка перекрученными, сделав 8 витков. При этом от каждого витка одного провода делается отвод в виде колечка (скрутки). Затем начало одной обмотки соединяется с концом второй, а начало второй обмотки соединяется с концом третьей, у которой сделаны отводы. Провод ПЭТВ диаметром 0,72… 0,8 мм. Кольца (кольцо) надо предварительно обмотать лентой из фторопласта или лакоткани.
На фото №1 видно два ВЧ трансформатора, выполненных по второму варианту.
Фото №1.
Один трансформатор выполнен без скрутки проводов (в один ряд), распаян отводами на галете переключателя, другой (меньшего размера) – со скруткой проводов, оба трансформатора имеют по 9 отводов (7 от обмотки и плюс 2 крайних).
Результаты испытаний трансформаторов .
1. Трансформатор без скрутки проводов. Входное сопротивление 50 Ом. Выходное сопротивление трансформируется в следующие значения (начиная от точки соединения 2 и 3 обмоток) по отводам 200 Ом; 220 Ом; 250 Ом; 270 Ом; 300 Ом; 330 Ом; 360 Ом; 400 Ом; 450 Ом. (Цифры ориентировочные). КСВ по диапазонам (по всем отводам): на 3.5 МГц; 7 МГц; 14 МГц не более 1,3; на 21 МГц не более 1,5; на 28 МГц - 1,8 (до 300 Ом), а далее КСВ ≥ 2.
При включении этого трансформатора по первому варианту (с отключённой средней обмоткой) выходное сопротивление трансформируется в следующие значения: 50,70, 80, 90, 100, 120, 140, 170, 200 (Ом). КСВ на всех диапазонах (по всем отводам) не больше 1.4.
2.Трансформатор со скруткой проводов показал лучшие результаты. Выходные сопротивления такие же, как и у первого трансформатора, но КСВ значительно меньше: на диапазонах 3,5; 7: 14 МГц не более 1,2; на 21 МГц – не более 1,4; на 28 МГц – 1,5 - 1,65. При включении трансформатора по первой схеме КСВ ещё лучше.
Трансформатор включается в разрыв меду входным разъёмом РА и переходным конденсатором, идущим к лампе (к катоду). Если есть возможность, то нужно установить галетный переключатель. В этом случае потребуется подобрать 2 – 3 позиции, при которых на всех диапазонах будет получен наименьший КСВ. Если такой возможности нет, то придётся искать компромисс, нужно будет найти один отвод от обмотки трансформатора с приемлемым КСВ на всех диапазонах. Подбирать отвод и измерять КСВ следует для работы РА в режиме рабочей мощности.
Для согласования трансивера с РА можно использовать простые согласующие устройства на базе Г-фильтра по схеме на рис.2, в виде отдельного блока, включаемого между трансивером и РА короткими отрезками ВЧ кабелей. (Можно с встроенным КСВ - метром).
Рис.2
Катушка бескаркасная – 34 витка, наматывается на оправке диаметром 22 мм проводом 1.0 мм. Отводы от входа сделаны через 2 +.2 + 2 +3 + 3 + 3 + 4 + 4 + 5 и ещё 6 витков. Катушка изгибается полудугой и короткими отводами припаивается к контактам галетного переключателя.
В положении переключателя 1 катушка закорачивается (включается «обход»), а в положении 11 подключается вся катушка. Конденсатор, сдвоенный от ламповых приёмников. Вместо переменного конденсатора можно подобрать для каждого диапазона постоянные, переключаемые с помощью второй галеты. Такое СУ позволяет согласовать трансивер и РА с входным сопротивлением 60 – 300 Ом. (Фото №2).
Фото №2
Но СУ в виде отдельного блока имеют существенный недостаток: в режиме приёма, когда в РА включается «обход», выход СУ оказывается рассогласованным с антенной. Однако это не сказывается в значительной мере на уровне принимаемого сигнала, т.к. обычно низкоомное сопротивление антенны нагружается на более высокоомный, теперь уже (для антенны) вход СУ.
При настройке переключать галетник необходимо только при выключенной передаче!
Литература
1. Э. Рэд. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике.- Мир. c.10 – 12.
2. С. Г.Бунин, Л. П. Яйленко , Справочник радиолюбителя – коротковолновика. – Киев, Техника, 1984. с.146.
3.В. Семичев . ВЧ трансформаторы на ферритовых магнитопроводах. – Радио, 2007, №3, с.68 – 69.
4. А. Тарасов . А вы применяете согласующее устройство? – КВ и УКВ, 2003, №4, №5.
5 .Я. С.Лаповок. Я строю КВ радиостанцию – Москва, Патриот, 1992. с. 137, с. 153.
В. Костычев, UN8CB
г. Петропавловск.
Статья написана на основе собствен- ого опыта автора и анализа материалов отечественных и зарубежных источников. Она не претендует на какую- либо новизну и предназначена для радиолюбителей-коротковолновиков, особенно начинающих, занимающихся конструированием широкополосных усилителей мощности. В радиолюбительском эфире и в сети Интернет довольно часто можно услышать и прочитать неверные, а зачастую вредные, но произносимые весьма убедительным тоном суждения о плохой работе в усилителях мощности, устройствах согласования антенн и т. д., ВЧ трансформаторов на ферритах с большой магнитной проницаемостью. Попробуем сделать краткий анализ работы ВЧ трансформаторов различных конструкций . Наиболее распространенный тип трансформатора в радиолюбительских конструкциях - на кольцевом магнито- проводе из феррита или порошкового железа, так называемые трансформаторы на длинных линиях (ТДЛ). Их диапазон рабочих частот может составлять до пяти октав, и одна из главных причин, связанных с частотными ограничениями, - его конструкция. Обычно обмотки трансформатора выполняются тремя свитыми между собой проводами на одном кольце. Такая конструкция влечет за собой, по крайней мере, две проблемы. Первая - смещение фаз на высоких частотах во вторичных обмотках (если их несколько), зависящее от типа применяемой для намотки линии. Рассогласование фаз во вторичных обмотках относительно друг друга влечет за собой несогласованную работу пара- фазного каскада, следующего за трансформатором. И вторая проблема заключается в том, что трансформаторы подобного рода, особенно в радиолюбительских разработках, имеют недостаточную магнитную проницаемость магнитопровода. Это приводит к изменению расчетного активного сопротивления в полосе частот (особенно на низких частотах). Такие трансформаторы имеют, как правило, относительно большое число витков, что приводит к значительной индуктивности рассеяния и появлению межобмоточной емкости. Все вышеуказанные факторы не самым лучшим образом влияют на широкополосные свойства ВЧ трансфор- матора. Поэтому применение конструкции, где обмотки выполнены на одном кольцевом магнитопроводе, в широкополосных трансформаторах является достаточно проблематичным. Однако кольцевые магнитопроводы из феррита или порошкового железа неплохо зарекомендовали себя при изготовлении резонансных (узкополосных) контуров в различного рода фильтрах. Хорошая альтернатива ТДЛ - трансформатор с объемным витком (выполнен в виде "бочонка"). В таких конструкциях межобмоточная емкость и паразитная индуктивность рассеяния сведены к минимуму, так как обмотки намотаны на отдельных ферритовых магнитопроводах и помещены в экранированные друг от друга отсеки, а связь между ними обеспечивает металлический стержень (керн). ВЧ трансформаторы подобного рода имеют большую широ- кополосность (сотни мегагерц), с хорошим постоянством параметров в полосе частот. Однако и здесь есть свои подводные камни. Такие трансформаторы имеют ограниченное применение при передаче сигнала большой мощности, так как в качестве элемента связи между обмотками используется стержень из немагнитного материала, проходящий через магнитопроводы. При передаче через трансформатор мощного (десять и более ватт) сигнала происходит ее ограничение на выходе. И чем больше предаваемая мощность, тем хуже коэффициент передачи. Основная же мощность уходит на нагрев трансформатора. Не берусь судить о причинах этого эффекта. По всей видимости, здесь требуются дополнительные эксперименты с применением различных материалов для трансформаторов. На малых же мощностях такие ВЧ трансформаторы имеют великолепные параметры. Еще одна широко распространенная конструкция ВЧ трансформаторов - это трансформаторы с внешним витком, так называемые "бинокли". Их изготавливают на двухотверстных (трансфлюкторах) или трубчатых ферритовых магнитопроводах. И те и другие можно заменить набором из кольцевых магнитопроводов. Но в среде радиолюбителей-конструкторов до сих пор нет единого мнения о методике изготовления подобных трансформаторов и, самое главное, о выборе магнитной проницаемости его основного материала - феррита. Однако это уже давным-давно определено зарубежными фирмами, специализирующимися на выпуске средств радиосвязи, которые широко используют подобные трансформаторы в своих конструкциях - симметрирующих трансформаторах, антенн (балунах) с различными коэффициентами трансформации, входных и выходных ВЧ трансформаторах усилителей мощности, различных согласователях. Диапазон рабочих частот трансформаторов подобного исполнения при работе на нагрузку с полным сопротивлением до 500 Ом может достигать десяти октав, если реактивное сопротивление обмоток трансформатора на самой низкой рабочей частоте составляет не более четверти от соответствующих нагрузочных импедансов. В противном случае снижается нижняя рабочая частота трансформатора. Попробуем ближе рассмотреть процесс конструирования такого ВЧ трансформатора. Итак, чтобы обеспечить малую индуктивность рассеяния и межобмоточную емкость, обмотки следует стремиться выполнять с малым числом витков. Но тогда не хватит индуктивности на низкочастотном участке рабочего диапазона!? Увеличить ее можно, применив феррит с высокой или очень высокой магнитной проницаемостью. Не 100 и не 400, как часто можно услышать в эфире от "знатоков", и даже не 1000, а еще выше - не менее 2-5 тысяч. Фирменные трансформаторы, работающие в полосе частот 1...500 МГц, выполняются на ферритах с проницаемостью даже 10000. Не верьте "знатокам", утверждающим, что такие ферриты "...не работают на высоких частотах...". И не нужно ему там работать. Его основная задача - обеспечение высокой индуктивности обмоток при минимальном количестве витков в них. Да, есть и в этом случае паразитные межобмоточная емкость и индуктивность рассеяния, но эти величины при таком исполнении пренебрежительно малы, особенно емкость. Компенсировать паразитную индуктивность рассеяния при нагрузочных импедансах до 500...600 Ом просто. Достаточно подключить параллельно обмотке такую же реактивность, но с другим знаком - конденсатор. Компенсировать же паразитную емкость можно, подключив к обмотке тот же конденсатор, но последовательно с ней. Правда, при нашей (радиолюбительской) полосе частот это не основ- Rв х / R в ы х О м 50/50 50/110 50/200 50/300 50/450 50/600 50/800 Число витков первичной обмотки 2 2 2 2 2 2 2 Число витков вторичной обмотки 1+1 1,5+1,5 2+2 2,5+2,5 3+3 3,5+3,5 4+4 ная паразитная реактивность. Поэтому компенсацией межобмоточной емкости, в нашем случае, можно и пожертвовать. Паразитную индуктивность рассеяния с достаточной точностью можно измерить измерителем индуктивнос- тей, пересчитав ее в реактивность. Полученное значение реактивности следует заменить на отрицательное, т. е. на емкость. Или же просто подобрать конденсатор по минимуму КСВ. Найти ферриты с высокой магнитной проницаемостью (несколько тысяч) не сложно. Они в виде трубчатых изделий широко применяются во всевозможных импортных кабелях для защиты от наводок и помех (шнуры питания офисной и домашней техники, соединительные шнуры цифровых фотоаппаратов, мо- ниторные и компьютерные кабели, USB-удлинители и т. д.). "Трубки" оте- чественных производителей отличаются по своим магнитным свойствам не в лучшую сторону. Однако и на них получаются трансформаторы довольно высокого качества. При намотке трансформатора следует стремиться максимально заполнить внутренний объем "бинокля". Это достигается применением провода большого сечения с равномерным заполнением отверстий либо выполнением обмоток коаксиальным кабелем или линией (например, сетевым шнуром от паяльника). Хороший вариант - использовать для намотки жгут, составленный из свитых между собой проводов МГТФ. В таблице приведены ориентировочные намоточные данные ВЧ трансформаторов на трубчатых ферритах с большой магнитной проницаемостью . Как видно, выбор по коэффициенту трансформации сопротивления достаточно широк и соответствует основным значениям, используемым в радиолюбительской практике. Первичную обмотку можно выполнить и из одного витка сохранив при этом пропорции для вторичной обмотки. Вторичную обмотку мотают двойным проводом или коаксиальным кабелем. Конец одного провода вторичной обмотки, соединенный с началом ее другого провода, образует среднюю точку обмотки. Соединив среднюю точку вторичной обмотки с одним из выводов первичной обмотки, кроме трансформации, получим и симметрирование вторичной обмотки. Автором был изготовлен трансформатор на ферритовых трубках от кабелей питания промышленной электроники, проницаемость - более 6000. Первичная обмотка состояла из двух витков монтажного провода сечением 3 мм2. Вторичная - из трех витков сетевого шнура от электропаяльника. Начало одного провода шнура соединено с концом другого провода шнура (3+3 витка вторичной обмотки). Коэффициент трансформации - 1:9. Габаритная мощность трансформатора достаточна для передачи мощности до 1 кВт. Трансформатор с подключенной к вторичной обмотке нагрузкой 510 Ом, при входном сопротивлении 50 Ом, имел КСВ = 1,1 ...1,2 в полосе частот 1,7...26 МГц. КСВ повышался до 1,7 ближе к частоте 38 МГц. При подключении параллельно первичной обмотке трансформатора конденсатора емкостью 52 пФ (компенсация индуктивности рассеяния обмоток) КСВ вы- равнялся до 1...1.2 в полосе частот от 1,7...42 МГц. На фотографиях (рис.1 - 3) показаны результаты измерений, выполненных прибором MFJ-269. На рис. 4 можно наблюдать результат измерения параметров трансформатора с коэффициентом трансформации 1:4, также изготовленного автором . Вторичная обмотка состоит из двух витков коаксиального кабеля, с последующим последовательным соединением центрального провода кабеля и экрана в качестве половин обмоток. Частот- ный диапазон трансформатора без применения компенсирующих емкостей составил 1,8...29 МГц при КСВ = 1,1...1,6. При подключении к первичной обмотке конденсатора емкостью 43 пФ и 10 пФ к вторичной КСВ в полосе частот 3,4...32 МГц был равен единице, а в полосе 1,7. ..47 МГц не превышал 1,2. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что не следует бояться применять ферриты с большой магнитной проницаемостью в своих конструкциях. Кроме того, автор считает ошибочным рекомендации о применении в "биноклях" ферритов смешанных значений проницаемости (например, ВЧ50+1000НН и т.д.). ЛИТЕРАТУРА 1. Бунин С. Г., Яйленко Л. П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. - Киев, Техника, 1984, с. 146. 2. Рэд Э. Т. Схемотехника радиоприемников - М.: Мир, 1989.
Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.
Конструкция (виды) импульсных трансформаторов
В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:
- стержневом;
- броневом;
- тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник);
- бронестержневом;
На рисунках обозначены:
- A – магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
- В – катушка из изолирующего материала
- С – провода, создающие индуктивную связь.
Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.
Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.
Принцип работы
Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.
Схема: подключение импульсного трансформатора
Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.
На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е (t) , временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала t u , после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-t u).
Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τ p =L 0 /R н
Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=В max – В r
- В max – уровень максимального значения индукции;
- В r –остаточный.
Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.
Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U 2 , в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр i u).
Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.
Уровень напряжения в диапазоне от 0 до t u остается неизменным, его значение е t =U m . Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:
при этом:
- Ψ – параметр потокосцепления;
- S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.
Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:
в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром t u , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.
Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на t u . В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:
U m x t u =S x W 1 x ∆В
Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.
Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:
Здесь:
- L 0 – перепад индукции;
- µ а – магнитная проницаемость сердечника;
- W 1 – число витков первичной обмотки;
- S – площадь сечения сердечника;
- l cр – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
- В r – величина остаточной индукции;
- В max – уровень максимального значения индукции.
- H m – Напряженность магнитного поля (максимальная).
Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µ а, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра В r , отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.
Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора
Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.
Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.
Расчет импульсного трансформатора
Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ. Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений. В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.
В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой: Р=1,3 х Р н.
Значение Р н отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Р гб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:
Необходимые для вычисления параметры:
- S c – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
- S 0 – площадь его окна (как наитии это и предыдущее значение показано на рисунке);
- В макс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
- f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.
Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:
(полученный результат округляется в большую сторону)
Величина U I определяется выражением:
U I =U/2-U э (U – питающее преобразователь напряжение; U э – уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).
Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:
Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.
Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:
Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиотехнике в трансформаторных устройствах и устройствах суммирования мощности при построении радиопередатчиков КВ-УКВ диапазонов. Внутри протяженного ферритового сердечника высокочастотного (ВЧ) трансформатора на его оси установлена цилиндрическая трубка из электропроводящего материала, которая около торцевых границ сердечника соединяется электропроводящими перемычками с соответствующими выводами оплетки отрезка ВЧ кабеля, проходящего внутри трубки. Технический результат состоит в выравнивании магнитного поля в радиальном направлении ферритового сердечника высокочастотного трансформатора. 3 ил.
Изобретение относится к трансформаторам высокочастотных устройств используемых при построении радиопередатчиков и усилителей КВ-УКВ диапазона.
Известен высокочастотный трансформатор типа длинной линии (Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А. «Широкополосные радиопередающие устройства. Л., Связь, 1978 г., стр. 155, рис. 8.14б), состоящий из ферритовой трубки или набора ферритовой колец, внутри которых помещен ВЧ кабель.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является высокочастотный трансформатор (В.В. Шахгильдян. «Проектирование радиопередающих устройств». Л., Радио и связь, 1984 г., стр. 176, рис. 4-20б), выбранный в качестве прототипа «одновитковой» конструкции трансформатора, в котором ВЧ кабель, образующий виток трансформатора, пропущен через два цилиндрических ферритовых сердечника.
Недостатком прототипа при повышенной ВЧ мощности в кабеле являются значительные изменения магнитной индукции вдоль радиуса ферритового сердечника, а следовательно, и мощность потерь, определяющих температуру всего устройства.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в принудительном выравнивании в сечении сердечника высокочастотных магнитных полей даже при возможном отклонении кабеля от оси сердечника.
В мощных ВЧ трансформаторах внутренний диаметр сердечника должен выбираться существенно больше, чем радиальный размер кабеля, находящегося внутри этого сердечника. Делается это для того, чтобы уменьшить изменение магнитной индукции вдоль радиуса сердечника, которая изменяется обратно пропорционально расстоянию от оси проводника с током, находящегося внутри сердечника. Поэтому при увеличении радиальных размеров сердечника различие магнитной индукции на его внутренней и внешней поверхностях снижается, а следовательно, уменьшается и мощность потерь, выделяемая в этих областях, и температура ферритового сердечника. Поскольку к крайним зажимам наружного проводника коаксиального кабеля прикладывается высокочастотное напряжение, по наружной поверхности оплетки этого кабеля будет проходить ток. Магнитное поле тока имеет центральную, относительно оси кабеля, симметрию. Именно поэтому ось симметрии коаксиального кабеля внутри цилиндрического сердечника и ось самого сердечника должны совпадать. При отклонении кабеля от продольной оси сердечника, магнитное поле в различных частях сердечника по периметру кольца будет различным, и различие это будет тем сильнее, чем больше кабель отклоняется от оси сердечника. При этом различие магнитных полей в частях сердечника может быть существенным, поэтому и напряженности магнитного поля в этих частях сердечника могут отличаться в несколько раз. Следствием захода в область насыщения магнитного материала даже в небольшой части сердечника будет не только появление искажений в передаваемом сигнале, но и возникновение градиента температуры по периметру сердечника. Последнее обстоятельство может служить причиной механического разрушения сердечника. Поэтому, чтобы избежать насыщения даже в небольшой части сердечника, приходится при расчете делать запас по величине допустимой магнитной индукции по всему объему сердечника, что ведет, в итоге, к существенному росту габаритов и массы трансформатора.
Поставленная задача решается за счет того, что в ферритовом сердечнике устанавливается электропроводящая трубка, внутри которой проходит отрезок ВЧ кабеля, концы оплетки которого присоединены к соответствующим концам трубки.
Изобретение (высокочастотный трансформатор) поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен трансформатор, используемый для инвертирования или симметрирования ВЧ сигнала коаксиального кабеля, на фиг. 2 - «одновитковый» трансформатор, на фиг. 3 - вариант исполнения «одновиткового» трансформатора.
Внутри ферритового сердечника 1 (фиг. 1), составленного из отдельных колец, вдоль его внутренней поверхности устанавливается цилиндрическая трубка 2 из электропроводящего материала. Края этой трубки перемычками 3 и 4 (изготовленными из того же материала, что трубка) соединяются с помощью проводников 5, 6 с оплеткой коаксиального кабеля 7, расположенного внутри трубки. В итоге ток, определяемый разностью потенциалов на границах оплетки кабеля, пойдет не по наружной поверхности оплетки кабеля, а по поверхности установленной цилиндрической трубки 2 по перемычкам 3, 4 и проводникам 5, 6. При этом местоположение кабеля внутри цилиндрической трубки не влияет ни на токи внутри кабеля, ни на ток по внешней поверхности цилиндрической трубки. Внутри объема, определяемого цилиндрической поверхностью и замыкающими его перемычками, кабель может располагаться произвольно, например так, как показано на рисунке фиг. 1. При разбиении сердечника на две части (аналогично тому, как это выполнено на фиг. 2) электропроводящие конструкции устанавливаются в обеих частях сердечника с соответствующими соединениями в каждой из них. Длина кабеля трансформатора может быть сокращена за счет спрямления кабеля внутри проводящих цилиндров и эксцентричного его расположения внутри них (фиг. 3). Для уменьшения влияния участков ферритового сердечника на магнитное поле оплетки отрезка коаксиального кабеля, соединяющего две части конструкции, целесообразно эту часть кабеля отдалить от плоской поверхности сердечников с одновременным увеличением длины электропроводящей конструкции.
Высокочастотный трансформатор, выполненный в виде цилиндрического ферритового сердечника, с размещенным внутри коаксиальным кабелем, к концам оплетки которого приложено высокочастотное напряжение, отличающийся тем, что внутри сердечника на его оси устанавливается цилиндрическая трубка из электропроводящего материала, торцы которой соединяются с соответствующими концами оплетки кабеля, размещенного в трубке.
Похожие патенты:
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для преобразователей тока, трансформаторов или катушек индуктивности общего режима. Техническим результатом является уменьшение габаритов преобразователей, уменьшение энергии, рассеиваемой за счет эффекта Джоуля, уменьшение отрицательного влияния индуктивности утечки.
Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для ограничения уровней магнитных полей промышленной частоты, создаваемых в окружающем пространстве в общественных, административных зданиях с электронно-техническим оборудованием, например аппаратурой релейной защиты и автоматики, или жилых помещениях электрическими однофазными реакторами без ферромагнитного сердечника.
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для ограничения уровней магнитных полей промышленной частоты, создаваемых в окружающем пространстве в общественных, административных зданиях или жилых помещениях электрическими однофазными реакторами без ферромагнитного сердечника.
Для того, чтобы фидер был согласован с антенной, используются согласующие устройства (СУ) – в радиолюбительском сленге, “балун ” (BALUN – balanced/unbalanced, т.е. симметричный\несимметричный). Если быть до конца точным, то СУ бывают разных комбинаций “симметричный-несимметричный” (BALUN, BALBAL, UNUN). Несимметричный вход подключается к коаксиальному фидеру или несимметричной антенне (LW, например). Симметричный вход подключается к двухпроводному фидеру или симметричной антенне (например, диполь). Регулируемое согласующее устройство часто называют антенным тюнером (которое иногда выполняет функции преселектора).
Наиболее популярны СУ в виде широкополосных согласующих трансформаторов, обмотки которых образуют длинную линию. Соотношение сопротивлений обмоток вычисляется по формуле: R1=k^2*R2, где к – коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной).
За рубежом в радиолюбительскую практику вошли широкополосные трансформаторы двух типов: Guanella (по току) и Ruthroff (по напряжению), по фамилиям авторов соответствующих статей:
1. Guanella, G., “Novel Matching Systems for High Frequencies”, Brown-Boveri Review, Vol 31, Sep 1944, pp. 327-329.
2. Ruthroff, C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proc IRE, Vol 47, August 1959, pp. 1337-1342.
В СССР своими публикациями о широкополосных трансформаторах известен В.Д. Кузнецов.
Сейчас популярны широкополосные трансформаторы (ШПТ, “балуны”) на ферритовых кольцах, стержнях или “биноклях”. Но также есть ШПТ без ферритовых сердечников. Ферритовые сердечники, как правило, не работаю как магнитопровод на высоких частотах (на ВЧ работают карбонильные сердечники), а трансформация тока происходит за счет взаимной индукции (магнитной связи) обмоток. В этом случае ферритовый сердечник только увеличивает индуктивность обмоток. Балун с соотношением 1:1 как правило является обычным ВЧ дросселем, хотя есть и симметрирующие СУ.
Когда необходимо сочетать минимальный коэффициент рассеяния с минимальной проходной емкостью рекомендуется применять трансформаторы с объемным витком. Относительная ширина рабочего диапазона 10-15 (отношение верхней частоты к нижней).
Трансформаторы с объемным витком (индуктивным шлейфом)
Конструкция трансформатора с объемным витком
Такому трансформатору свойственна высокая симметрия, так как емкостная связь между его обмотками сведена к минимуму.
Связь между первичной и вторичной обмотками, расположенными на кольцевых ферритовых сердечниках с большой магнитной проницаемостью, осуществляется при помощи объемного витка (индуктивного шлейфа), образованного корпусом (экраном) трансформатора и стержнем – болтом, стягивающим всю конструкцию.
Однако вследствие того, что трансформаторная связь между первичной и вторичной обмотками осуществляется через объемный виток, образованный металлической перегородкой, металлическими стаканами и стрежнем, такой трансформатор не способен передавать значительную мощность из-за токов Фуко (вихревыми токами нагревается медный “объемный виток”).
Такой трансформатор применялся на радиостанции Р-140 как симметрирующий трансформатор приемной V-антенны.
Трансформаторы с внешним витком (на ферритовых трубках “биноклях”) работают за счет взаимной индукции обмоток. Ферритовый сердечник, в данном случае, должен иметь большую магнитную проницаемость для повышения индуктивности обмоток. Как магнитопровод сердечник тут не работает.
Катушка с бифилярной намоткой для балуна 4:1
У ферритов два главных свойства: магнитная проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше удельное сопротивление, тем меньше потери на вихревых токах, тем меньше нагревается сердечник.
У балунов с “воздушным сердечником” (т.е. без сердечника вообще) есть ряд преимуществ перед ферритовыми. Они менее требовательны к монтажу, выдерживают большую мощность и проще в изготовлении. Однако по сравнению с ферритовыми трансформаторами они имеют более узкий рабочий диапазон частот.
Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора (Q-match – Quarter Wavelength Transformer Matching)
Четвертьволновый фидер является трансформатором сопротивления и если имеется антенна с входным сопротивлением Rа.вх и фидер с волновым сопротивлением Qф, то для согласования необходимо включить между ними четвертьволновый трансформатор, имеющий волновое сопротивление: Qтр=√(Rа.вх*Qф).
Теоретически, можно построить Q-match на любой случай, если иметь возможность создавать фидерные четвертьволновые линии любого волнового сопротивления. Однако в радиолюбительской практике Q-match используется редко, например, при согласовании антенны Delta Loop (которая имеет входное сопротивление около 112 Ом) с 50-омным кабелем. В этом случае между антенной и фидером включается четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля. Другим ограничением для Q-match является однодиапазонность.