Широкосмуговий трансформатор, що підвищує, на кільцевому феритовому сердечнику. Узгоджувальні пристрої на феритових магнітопроводах. Розмір U I визначається виразом

При роботі придбаного імпортного трансівера в парі зі своїм старим, надійним підсилювачем потужності (РА), який служив вірою та правдою власнику протягом довгих років, часто виникає ситуація, коли скидається потужність збудження РА. Причина у великому вхідному опорі РА, який відрізняється від вихідного опору трансівера.

на 3-х лампах ГУ-50 близько 85 Ом; на 4-х лампах Г-811 близько 75 Ом;

на ГК-13 близько 375 Ом;

надвох ГК-71 близько 200 Ом;

Дотому ж, вхідний опір РА неоднаковий по діапазонах і реагує на зміни налаштування вихідного ланцюга. Так, для РА на лампі ГУ-74Б наводяться такі дані щодо вхідного опору: 1,9 МГц - 98 Ом;

Крімтого, вхідний опір РА з ОС змінюється протягом періоду ВЧ коливань від кількох десятків і сотень Ом до кількох ком.

Алеїх не завжди можна розмістити в старому РА: немає місця і все тут. Викидати старий, хороший РА – шкода, а робити новий – клопітно.

Рис.1

На рис.1b – схема ВЧ трансформатора з коефіцієнтом трансформації опорів 1 ׃ │ ≥4…≤9 │ , також залежно від точки підключення відведення для виходу.

Якщо вхідний опір РА менше 200 Ом, то намотування трансформатора виконується за схемою рис.1а, а якщо більше 200 Ом, але менше 450 Ом, то - за схемою рис.1b.

Якщо вхідний опір РА невідомий, слід виготовити трансформатор за другою схемою, який, у разі поганого узгодження, можна переключити на перший варіант. Для цього потрібно буде середню обмотку відключити, а останні з'єднати, як на рис.1а.

Обмотки трансформатора виконуються одночасно для першого варіанта двома, а для другого - трьома проводами, злегка перекрученими, зробивши 8 витків. При цьому від кожного витка одного дроту робиться відведення у вигляді кільця (скручування). Потім початок однієї обмотки з'єднується з кінцем другої, а початок другої обмотки з'єднується з кінцем третьої, у якої зроблено відводи. Провід ПЕТВ діаметром 0,72…0,8 мм. Кільця (кільце) треба попередньо обмотати стрічкою з фторопласту або лакотканини.

На фото №1 видно два ВЧ трансформатори, виконані за другим варіантом.

Фото №1.

Один трансформатор виконаний без скручування проводів (в один ряд), розпаяний відводами на галеті перемикача, інший ( меншого розміру) - зі скручуванням проводів, обидва трансформатори мають по 9 відводів (7 від обмотки і плюс 2 крайніх).

Результати випробувань трансформаторів .

1. Трансформатор без скручування проводів. Вхідний опір 50 Ом. Вихідний опір трансформується у наступні значення (починаючи від точки з'єднання 2 і 3 обмоток) по відведенням 200 Ом; 220 Ом; 250 Ом; 270 Ом; 300 Ом; 330 Ом; 360 Ом; 400 Ом; 450 Ом. (Цифри орієнтовні). КСВ за діапазонами (за всіма відводами): на 3.5 МГц; 7 МГц; 14 МГц трохи більше 1,3; на 21 МГц трохи більше 1,5; на 28 МГц – 1,8 (до 300 Ом), а далі КСВ ≥ 2.

Котушка безкаркасна - 34 витка, намотується на оправці діаметром 22 мм дротом 1.0 мм. Відведення від входу зроблено через 2+.2+2+3+3+3+4+4+5 та ще 6 витків. Котушка згинається напівдугою і короткими відводами припаюється до контактів галетного перемикача.

У положенні перемикача 1 котушка закорочується (включається «обхід»), а положенні 11 підключається вся котушка. Конденсатор здвоєний від лампових приймачів. Замість змінного конденсатора можна підібрати для кожного діапазону постійні, що перемикаються за допомогою другої галети. Таке СУ дозволяє узгодити трансівер та РА із вхідним опором 60 – 300 Ом. (фото №2).

Фото №2

При налаштуванні перемикати галетник необхідно лише при вимкненій передачі!

1. Е. Ред.Довідковий посібник з високочастотної схемотехніки. - Мир. c.10 - 12.

2. З. Г.Бунін, Л. П. Яйленко, Довідник радіоаматора – короткохвильовика. - Київ, Техніка, 1984. с.146.

3.В.Семичів. ВЧ трансформатори на феритових магнітопроводах. - Радіо, 2007, № 3, с.68 - 69.

4. А. Тарасов. А ви використовуєте узгоджувальний пристрій? - КВ та УКХ, 2003, №4, №5.

5 .Я. С.Лаповок.Я будую КВ радіостанцію – Москва, Патріот, 1992. з. 137, с. 153.

В. Костичів, UN8CB

м. Петропавлівськ.

Питання узгодження вхідного опору антени з хвильовим опором фідера, а також симетрування антен для радіоаматорів завжди були актуальними. В останні роки особливий інтерес проявляється до трансформуючих та узгоджувальних пристроїв на феритових кільцях. Це з тим, такі пристрої можуть бути малогабаритними, мати високий (до 98 %) ККД. Крім того, в них не виявляються резонансні властивості при перекритті частотного інтервалу в декілька октав (наприклад, від 1 до 30 МГц), що особливо зручно, коли використовуються багатодіапазонні антени("квадрати", "INVERTED V", 3-елементний тридіапазонний "хвильовий канал" і т. д.).

У таких широкосмугових трансформаторах обмотки виконують у вигляді двопровідних довгих ліній передачі (на основі коаксіального кабелю або однорідних), намотаних на феритове кільце. Таке виконання обмоток дозволяє практично усунути індуктивність розсіювання та зменшити індуктивність висновків.

Умовне позначення трансформатора на довгих лініях (ТДЛ), прийняте у статті, з однією обмоткою двопровідної лінії наведено на рис. 1.а, з кількома (у даному випадкуз двома) – на рис. 1.б.

На рис. 2 показано включення ТДЛ із коефіцієнтом трансформації n=1.

Трансформатор складається з обмотки у вигляді однорідної довгої лінії, намотаної на кільцевий феритовий магнітопровід. Її електрична довжина P=2пl/L де l - геометрична довжина лінії, L - довжина хвилі (лямбда). Так як при поширенні високочастотної хвилі струми, що протікають по провідникам лінії, рівні за значенням і протилежні у напрямку, то магнітопровід не намагнічується, а це означає, що потужність у ферит практично не втрачається. При узгодженні віл нового опору лінії g з опорами джерела Rг і навантаження Rн ТДЛ теоретично немає нижньої і верхньої граничних -частот. Насправді ж максимальна робоча частота обмежується через індуктивності висновків та випромінювання лінії.

Слід звернути увагу до особливість ТДЛ. яка полягає в наявності двох видів напруг: протифазного U, що діє між провідниками лінії та визначається потужністю сигналу, і синфазного (або поздовжнього) V, обумовленого асиметрією навантаження і залежить від варіанта включення трансформатора.

Як утворюється синфазна напруга, що діє між генератором і навантаженням, тобто на індуктивності лінії Lл добре видно з рис, 3.

Очевидно, що провідники довгої лінії шунтують навантаження і генератор, якщо протікають по них синфазні струми. Введення магнітопроводу різко збільшує індуктивність обмотки, тим самим підвищує опір синфазного струму і різко зменшує їхню шунтуючу дію. У той же час на поширення хвилі магнітопровід не впливає, оскільки забезпечується режим хвилі, що біжить (Rг=g=Rі).

Існує кілька способів побудови ТДЛ з цілим коефіцієнтом трансформації п. Можна, наприклад, дотримуватися наступного правила. Обмотки (їх має бути n) виконують з рівних електричної довжини відрізків двопровідних ліній. Кожну обмотку розміщують на окремому кільцевому магнітопроводі одного типу. Входи ліній з боку, що підвищує, з'єднують послідовно, з понижувальної - паралельно.

У загальному вигляді схема включення ТДЛ з цілим коефіцієнтом трансформації показана на рис. 4.

Тут справедливі співвідношення Rг=n2Rн, U1=nU2, g=nRн.

На рис. 5 зображені різні варіанти включення ТДЛ.

Можна побудувати ТДЛ і на одному магнітопроводі, але при цьому обов'язково дотримуються таких вимог. По-перше, число витків кожної лінії має бути пропорційно значенню синфазної напруги, що діє між кінцями цієї лінії, оскільки обмотки пов'язані загальним магнітним потоком. По-друге, геометричні довжини всіх ліній обов'язково мають бути однаковими. Залежно від варіанта включення ТДЛ може навіть статися, що деякі лінії частково або повністю повинні бути розміщені не на магнітопроводі.

Щоб визначити число витків в обмотках, необхідно обчислити значення синфазної напруги Vк на кожній лінії.

У ТДЛ з несиметричними входом та виходом (тип ПН. рис. 5, а)

в інвертуючому (тип ПН, рис. 5 б) Vк=(n-к+1)Uн;

з симетричним входом та несиметричним виходом (тип СН, рис. 5, в)

Vк=(n/2-к)Uн;

з несиметричним входом та симетричним виходом (тип НС, рис. 5, г)

Vк=(n+1/2-к)Uн;

з симетричними входом та виходом (тип СС, рис. 5, д)

Vк=(n/2+t/2-к)Uн.

У формулах n – коефіцієнт трансформації, до – порядковий номер лінії, рахуючи зверху, Uн – напруга на навантаженні.

Ці формули є вихідними. коли визначають відношення числа витків в обмотках, що розміщуються на магнітопроводі. Якщо, наприклад, ТДЛ із коефіцієнтом трансформації n=3 включають за схемою, зображеною на рис. 5, а то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. З цього випливає, що верхню за малюнком лінію розміщують на магнітопроводі повністю (w1), у другій - лише половину витків (w2=w1/2), а третя цілком (w3=0) повинна бути пне магнитопровода. Геометрична довжина всіх ліній однакова.

При узгодженні "хвильового каналу", що має вхідний опір 18,5 Ом, з 75-омним коаксіальним кабелемза допомогою ТДЛ (включений за схемою рис. 5, г) з коефіцієнтом трансформації 2 співвідношення витків обмоток дорівнює w1: w2 = (2 + 1/2-1: (2 + 1/2-2) = 3: 1. Це означає , Що на магнітопроводі верхня по малюнку обмотка повинна бути повністю, а у другий - тільки її третина.

Коли довжина ліній для обмоток набагато менше довжини робочої хвилі, ТДЛ можуть бути спрощені: лінії, де синфазні напруги дорівнюють нулю. замінюють перемичкою. У цьому випадку, наприклад, триобмотувальний ТДЛ (рис. 5, д) перетворюється на двообмотувальний (рис. 6).

Коефіцієнт передачі ТДЛ залежить від того, наскільки хвильовий опір відмінно від оптимального значення і яке при цьому співвідношення довжини електричної лінії і довжини хвилі. Якщо, наприклад, відрізняється від необхідного в два рази, то втрати в ТДЛ дорівнюють 0,45 дБ при довжині лінії лямбда/8 і 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 наведена залежність коефіцієнта передачі ТДЛ з n=2 від фазової довжини ліній для трьох значень g.

Розрахунок, наведений в показує, що, якщо використовуються лінії з оптимальними значеннями у, коефіцієнт стоячої хвилі в ТДЛ не перевищує 1,03 при довжині лінії лямбда/16 і 1,2 при довжині лямбда/8. Звідси можна дійти невтішного висновку, що параметри ТДЛ залишаються задовільними при довжині двопровідних ліній менше лямбда/8.

Вихідними даними при розрахунку ТДЛ є коефіцієнт трансформації п, варіант включення ТДЛ, нижня і верхня межі робочого діапазону частот (у герцах), максимальна потужність Рmax на навантаженні (у ватах), опір навантаження Rн (в омах) і опір хвиля фідера g (в омах). Розрахунок ведуть у такій послідовності.

1. Визначають мінімальну індуктивність провідника лінії Lл (в генрі) за умови, що

Lд>>Rг/2fн.

На практиці Lл можна брати в 5...10 разів більше обчисленого відношення Rг до 2fн.

2. Знаходять число витків w лінії на кільці магнітопроводу:

де dcp - середній діаметр кільця (см), S - площа поперечного перерізу магнитопровода (см 2),u - відносна магнітна проникність магнитопровода. 3. Розраховують синфазний струм Ic; (в амперах), що протікає по обмотці ТДЛ, на нижчій робочій частоті:

Ic=Vc/2пfнLл,

де Vc - синфазна напруга на лінії, що обчислюється для конкретних варіантів включення відповідно до вищенаведених співвідношень.

4. Визначають магнітну індукцію (у теслах) Магнітопроводу:

B=4*10 -6 .uIc/dcp.

Магнітопровід вибирають з урахуванням, щоб він не насичувався синфазним струмом (або постійним, якщо він є). Для цього магнітна індукція в магнітопроводі повинна бути на порядок менша від індукції насичення (беруть із довідників).

5. Знаходять Пікова напруга Uпік у лінії:

де у - КСВ у фідері.

6. Обчислюють ефективне значення струму Iеф (в амперах):

7. Визначають діаметр d дротів (у міліметрах) довгої лінії:

де J – допустима щільність струму (в амперах на квадратний міліметр).

Для ТДЛ узгоджувальних антенних пристроїв підходять кільцеві (типорозмірами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнітопроводи з феритів 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а також 400НН, 200НН, 10. При необхідності магнітопровід може бути складений з кількох кілець. Потрібне хвильове опір довгої лінії одержують, рівномірно скручуючи між собою (з певним кроком) провідники (див. таблицю). У разі хрестоподібного з'єднання проводів виявляється нижче, ніж коли з'єднані між собою сусідні провідники. Хвильовий опір лінії з нескручених проводів діаметром 1.5 мм дорівнював 86 Ом.

Хвильовий опір довгої лінії в залежності від кроку скручування та виду з'єднань

* При діаметрі проводів 1 мм.
** При діаметрі дротів 0.33 мм.

Щоб поліпшити параметри (зокрема, коефіцієнт асиметрії) і одночасно спростити конструкцію узгоджувально-трансформуючого вузла, застосовують послідовне з'єднання декількох ТДЛ різного типу.

Наприклад за наведеною методикою розрахуємо складовий ТДЛ з n=2. Він повинен узгодити вхідний опір 12,5 Ом симетричної антениіз коаксіальним кабелем РК-50. Нижня робоча частота – 14 МГц. Потужність не перевищує 200 Вт. Для ТДЛ передбачається використовувати магнітопроводи типорозміром К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см 2) з фериту 100НН (його питома індукція насичення - 0,44 Тл/см 2 ).

Нехай перший ступінь із коефіцієнтом трансформації n=2 складеного ТДЛ (рис. 8) буде включений за схемою рис. 5 а, а друга (з n=1) -за схемоюРис. 5, р.

Розраховуємо перший ТДЛ.

1. Знаходимо Lл:

Приймемо Lл рівною 13,5 мкГн.

2. Обчислюємо число витків обмотки:

Таке число витків подвійного товстого дроту важко розмістити у вікні магнитопровода. Тому доцільно використовувати два кільця. У цьому випадку магнітопровід матиме розміри К45Х 28Х16 (S=1.4 см 2). Нове число w:

3. Визначаємо пікову напругу на навантаженні:

4. Знаходимо синфазну напругу на обмотках відповідно до схеми включення (рис. 5, а):

V1=(2-1)71=71 У. Оскільки синфазна напруга другої обмотці дорівнює 0, то ця обмотка замінюється перемичками (рис. 6).

5. Синфазний струм дорівнює:

6. Обчислюємо магнітну індукцію в магнітопроводі:

В = 4 * 10 -6 * 100 * 9 * 0,06 / 3,65 = 59 * 10 -6 Тл, що значно менше індукції насичення.

Хвильовий опір лінії g1 = 50 Ом.

У другому ТДЛ доцільно застосовувати такі ж кільця, як і першому. Тоді Lл=13,5 мкГн, w=9 витків.

7. Синфазна напруга на обмотці V=(2+1/2-1)71=106,5 Ст.

8. Синфазний струм дорівнює:

L = 106,5 / 2 * 3,14 * 14 * 10 6 * 13,5 * 10 -6 = 0,09 А.

9. Магнітна індукція

В = 100 * 4 * 10 -6 * 9 * 0,09 / 3,65 = 89 * 10 -6 Тл.

І в даному випадку вона виходить меншою за індукцію насичення. Хвильовий опір лінії обмотки вибирають близько 12 Ом.

Діаметр проводів для ліній ТДЛ визначають так само, як діаметр проводів для обмотки у звичайних трансформаторах. Цей розрахунок тут не наводиться.

Уважний читач може помітити неточність у наведеному розрахунку (пов'язана із застосуванням складових ТДЛ). Вона полягає в тому, що індуктивність Lл обчислюється без урахування того, що обмотки ТДЛ першого та другого ступеня з'єднані, тобто з деяким запасом. Так що на практиці в ТДЛ кожного ступеня можна зменшити кількість витків в обмотках і застосувати феритові магнітопроводи менших розмірів.

Використовуючи комбінації різних одиночних ТДЛ можна отримати широку гаму ТДЛ із заданими характеристиками .

У виготовлених ТДЛ слід вимірювати ККД та коефіцієнт асиметрії. Схема включення ТДЛ щодо першого параметра показано на рис. 9, другого – на рис. 10. Втрати а (у децибелах) у трансформаторі розраховують за формулою: а=20lg(U1/nU2).

Симетруючий ТДЛ (тип НС) з коефіцієнтом трансформації n=1, що працює в діапазоні частот 1,5... 30 МГц при вихідній потужності до 200 Вт, для узгодження фідера РК-50 з вхідним опором антени 50 Ом можна виготовити на магнітопроводі 50ВНС

К65Х40Х9. Число витків обмоток лінії (g=50 Ом) - 9. Обмотки 1-1", 2-2" (рис. 12) мотають у 2 дроти ПЕВ-2 1,4 біфілярно, без скруток. Щоб забезпечити сталість відстані між проводами, ними надягають фторопластовую трубку. Обмотку 3-3" намотують окремо на вільній частині кільця тим самим проводом і тією ж довжиною, що обмотки 1-1", 2-2". ККД виготовленого ТДЛ був близько 98%. коефіцієнт асиметрії - більше 300.

ТДЛ з коефіцієнтом трансформації n=2 (тип НС), розрахований на потужність до 200 Вт, що узгоджує 75-омне хвильове опір фідера з симетричним входом антени, у якої вхідний опір 18 Ом. можна виготовити на магнітопроводі 200НН (рис. 13) типорозміром К65Х40Х9. Обмотки повинні містити 9 витків ліній із проводів ПЕВ-2.1,0. Виготовлений трансформатор мав ККД 97%, коефіцієнт асиметрії на частоті 10 МГц – 20, на частоті 30 МГц – не менше 60.

На рис. 14 наведена схема включення складового ТДЛ (типу СР) з коефіцієнтом трансформації n=3, що узгоджує антену, що має вхідний опір 9 Ом, з 75-омним коаксіальним кабелем. ТДЛ, розрахований працювати в діапазоні 10...30 МГц при потужності до 200 Вт, виконують на кільцях (типорозмір К32Х20Х6) з фериту 50ВНС. Магнітопроводи трансформаторів WT1 і WT2 складають з двох кілець, обмотки та котушка L1 повинні містити по 6 витків. Довгі лінії та котушку виконують проводом ПЕВ-2 1,0. Хвильовий опір лінії для WT1 – 70 Ом, для WT2 – 25 Ом. Побудований ТДЛ мав ККД 97%, коефіцієнт асиметрії – не менше 250.

Перед експлуатацією ТДЛ слід вжити заходів щодо захисту їх від несприятливих кліматичних впливів. Для цього трансформатори обмотують фторопластової стрічкою, поміщають у коробку і, якщо є можливість, заливають компаунд КЛТ.

Література:

1. Беньківський З., Липинський Е. Аматорські антени коротких і ультракоротких хвиль. - М.; Радіо та зв'язок, 1983.
2. Ротхаммель До. Антени.- М.: Енергія, 1979.
3. Захаров В. Тридіапазонна триелементна антена хвильовий канал. - Радіо, 1970. № 4.
4. Лондон З. Є., Томашевич С.В. - Довідник з високочастотних трансформаторних пристроїв. - М.; Радіо та зв'язок, 1984.
5. Михайлова М. та інших. Магнитомягкие ферити для радіоелектронної аппаратуры.- М.: Радіо зв'язок, 1983.

РАДІО N 6, 1987 р., c.26-29.

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використане в радіотехніці трансформаторних пристроях і пристроях підсумовування потужності при побудові радіопередавачів КВ-УКХ діапазонів. Всередині протяжного феритового осердя високочастотного (ВЧ) трансформатора на його осі встановлена ​​циліндрична трубка з електропровідного матеріалу, яка біля торцевих меж сердечника з'єднується електропровідними перемичками з відповідними висновками обплетення відрізка ВЧ кабелю, що проходить усередині трубки. Технічний результат полягає у вирівнюванні магнітного поля в радіальному напрямку феритового сердечника високочастотного трансформатора. 3 іл.

Винахід відноситься до трансформаторів високочастотних пристроїв, що використовуються при побудові радіопередавачів та підсилювачів КВ-УКХ діапазону.

Відомий високочастотний трансформатор типу довгої лінії (Алексєєв О.В., Головков А.А., Польовий В.В., Соловйов А.А. «Широкополосні радіопередавальні пристрої. Л., Зв'язок, 1978, стор 155, рис. 8.14б), що складається з феритової трубки або набору феритових кілець, всередині яких поміщений кабель ВЧ.

Найбільш близьким до пропонованого технічним рішеннямє високочастотний трансформатор (В.В. Шахгільдян. «Проектування радіопередаючих пристроїв». Л., Радіо і зв'язок, 1984, стор. 176, рис. 4-20б), обраний як прототип «одновіткової» конструкції трансформатора, в якому ВЧ кабель, що утворює виток трансформатора, пропущений через два циліндричні феритові сердечники.

Недоліком прототипу при підвищеній ВЧ потужності в кабелі є значні зміни магнітної індукції вздовж радіусу феритового сердечника, а отже, і потужність втрат, що визначають температуру всього пристрою.

Технічна задача, розв'язувана винаходом, полягає у примусовому вирівнюванні в перерізі сердечника високочастотних магнітних полів навіть при можливому відхиленні кабелю від осі сердечника.

У потужних ВЧ трансформаторах внутрішній діаметр сердечника повинен вибиратися суттєво більше, ніж радіальний розмір кабелю, що знаходиться усередині цього сердечника. Робиться це для того, щоб зменшити зміну магнітної індукції вздовж радіусу сердечника, яка змінюється обернено пропорційно відстані від осі провідника зі струмом, що знаходиться всередині сердечника. Тому при збільшенні радіальних розмірів сердечника відмінність магнітної індукції на його внутрішній та зовнішній поверхнях знижується, а отже, зменшується і потужність втрат, що виділяється в цих областях, і температура феритового сердечника. Оскільки до крайніх затискачів зовнішнього провідника коаксіального кабелю прикладається високочастотна напруга, зовнішньої поверхні обплетення цього кабелю буде проходити струм. Магнітне поле струму має центральну відносно осі кабелю симетрію. Саме тому вісь симетрії коаксіального кабелю всередині циліндричного сердечника і вісь самого осердя повинні збігатися. При відхиленні кабелю від поздовжньої осі сердечника, магнітне поле у ​​різних частинах сердечника по периметру кільця буде різним, і це буде тим сильніше, що більше кабель відхиляється від осі сердечника. При цьому відмінність магнітних полів у частинах осердя може бути суттєвою, тому і напруженості магнітного поля в цих частинах осердя можуть відрізнятися в кілька разів. Наслідком заходу в область насичення магнітного матеріалу навіть у невеликій частині сердечника буде не тільки поява спотворень в сигналі, що передається, але і виникнення градієнта температури по периметру сердечника. Остання обставина може спричиняти механічне руйнування сердечника. Тому, щоб уникнути насичення навіть у невеликій частині осердя, доводиться при розрахунку робити запас за величиною допустимої магнітної індукції по всьому об'єму осердя, що веде, в результаті, до суттєвого зростання габаритів та маси трансформатора.

Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в феритовому сердечнику встановлюється електропровідна трубка, всередині якої проходить відрізок кабелю ВЧ, кінці обплетення якого приєднані до відповідних кінців трубки.

Винахід (високочастотний трансформатор) пояснюється малюнками, де на фіг. 1 зображено трансформатор, який використовується для інвертування або симетрування ВЧ сигналу коаксіального кабелю, на фіг. 2 - «одновитковий» трансформатор, на фіг. 3 - варіант виконання «одновіткового» трансформатора.

Всередині феритового сердечника 1 (фіг. 1), складеного з окремих кілець, уздовж його внутрішньої поверхні встановлюється циліндрична трубка 2 електропровідного матеріалу. Краї цієї трубки перемичками 3 і 4 (виготовленими з матеріалу, що трубка) з'єднуються за допомогою провідників 5, 6 з оплеткою коаксіального кабелю 7, розташованого всередині трубки. У результаті струм, який визначається різницею потенціалів на межах обплетення кабелю, піде не по зовнішній поверхні обплетення кабелю, а по поверхні встановленої циліндричної трубки 2 по перемичкам 3, 4 і провідникам 5, 6. При цьому місце розташування кабелю всередині циліндричної трубки не впливає ні на струми всередині кабелю, ні на струм на зовнішній поверхні циліндричної трубки. Всередині об'єму, що визначається циліндричною поверхнею і замикаючи його перемичками, кабель може розташовуватися довільно, наприклад так, як показано на малюнку фіг. 1. При розбитті сердечника на дві частини (аналогічно тому, як це виконано на фіг. 2) електропровідні конструкції встановлюються в обох частинах сердечника з відповідними сполуками кожної з них. Довжина кабелю трансформатора може бути скорочена за рахунок спрямування кабелю всередині циліндрів, що проводять, і ексцентричного його розташування всередині них (фіг. 3). Для зменшення впливу ділянок феритового сердечника на магнітне поле обплетення відрізка коаксіального кабелю, що з'єднує дві частини конструкції, доцільно віддалити цю частину кабелю від плоскої поверхні сердечників з одночасним збільшенням довжини електропровідної конструкції.

Високочастотний трансформатор, виконаний у вигляді циліндричного феритового сердечника, з розміщеним всередині коаксіальним кабелем, до кінців обплетення якого прикладена високочастотна напруга, що відрізняється тим, що всередині сердечника на його осі встановлюється циліндрична трубка з електропровідного матеріалу, торці якої з'єднуються з відповідними кінцями у трубці.

Схожі патенти:

Винахід відноситься до електротехніки і призначене для перетворювачів струму, трансформаторів або котушок індуктивності загального режиму. Технічним результатом є зменшення габаритів перетворювачів, зменшення енергії, що розсіюється за рахунок ефекту Джоуля, зменшення негативного впливу індуктивності витоку.

Винахід відноситься до електроенергетики і призначене для обмеження рівнів магнітних полів промислової частоти, створюваних в навколишньому просторі в громадських, адміністративних будинках з електронно-технічним обладнанням, наприклад апаратурою релейного захисту та автоматики, або житлових приміщеннях однофазними електричними реакторами без феромагнітного сердечника.

Винахід відноситься до електротехніки і призначене для обмеження рівнів магнітних полів промислової частоти, що створюються в навколишньому просторі в громадських, адміністративних будинках або житлових приміщеннях однофазними електричними реакторами без феромагнітного сердечника.

Різні типи трансформаторного обладнання застосовуються в електронних та електротехнічних схемах, які потрібні в багатьох сферах. господарської діяльності. Наприклад, імпульсні трансформатори (далі за текстом ІТ) – важливий елемент, який встановлюється практично у всіх сучасних блоках живлення.

Конструкція (види) імпульсних трансформаторів

Залежно від форми сердечника та розміщення на ньому котушок, ІТ випускаються у наступних конструктивних виконаннях:

• стрижневий;
  
• броньовому;
  
• тороїдальному (не має котушок, провід намотується на ізольований сердечник);
  
• бронестрижневому;
  

На малюнках позначено:

• A – магнітопровідний контур, виконаний з марок трансформаторної сталі, виготовленої за технологією холодного або гарячого металопрокату (за винятком осердя тороїдальної форми, він виготовляється з фериту);
• В – котушка з ізолюючого матеріалу
• С - дроти, що створюють індуктивний зв'язок.

Зауважимо, що електротехнічна сталь містить мало добавок кремнію, оскільки він стає причиною втрати потужності від впливу вихрових струмів на контур магнітопроводу. В ІТ тороїдального виконання сердечник може виробляється з рулонної або феримагнітної сталі.

Пластини для набору електромагнітного сердечника підбираються завтовшки залежно від частоти. Зі збільшенням цього параметра необхідно встановлювати пластини меншої товщини.

Принцип роботи

Основна особливість трансформаторів імпульсного типу (далі ІТ) полягає в тому, що на них подаються однополярні імпульси з постійною струмовою складовою, у зв'язку з чим магнітопровід знаходиться в стані постійного підмагнічування. Нижче показано принципова схемапідключення такого пристрою.

Як бачите, схема підключення практично ідентична зі звичайними трансформаторами, чого не скажеш про тимчасову діаграму.

На первинну обмотку надходять імпульсні сигнали, що мають прямокутну форму е (t), часовий інтервал між якими досить короткий. Це спричиняє зростання індуктивності під час інтервалу t u , після чого спостерігається її спад в інтервалі (Т-t u).

Перепади індукції відбуваються зі швидкістю, яку можна виразити через постійну часу за формулою: p = L 0 / R н

Коефіцієнт, що описує різницю індуктивного перепаду, визначається наступним чином: ∆В = max - r

• max – рівень максимального значення індукції;
• У r-залишковий.

Найбільш наочно різниця індукцій представлена ​​малюнку, що відображає зміщення робочої точки в магнитопроводном контурі ІТ.

Як видно на часовій діаграмі, вторинна котушка має рівень напруги U 2 в якому присутні зворотні викиди. Так проявляє себе накопичена в магнітопроводі енергія, яка залежить від намагнічування (параметр iu).

Імпульси струму, що проходить через первинну котушку, відрізняються трапецеїдальною формою, оскільки струми навантаження і лінійні (викликані намагнічуванням сердечника) поєднуються.

Рівень напруги в діапазоні від 0 до t u залишається незмінним його значення е t = U m . Що стосується напруги на вторинній котушці, його можна обчислити, скориставшись формулою:

при цьому:

• Ψ – параметр потокозчеплення;
• S - величина, що відображає переріз магнітопровідного сердечника.

Враховуючи, що похідна, що характеризує зміни струму, що проходить через первинну котушку, є постійною величиною, зростання рівня індукції в магнітопроводі відбувається лінійно. Виходячи з цього, допустимо замість похідної внести різницю показників, зроблених через певний інтервал часу, що дозволяє внести зміни до формули:

у цьому випадку ∆t ототожнюватиметься з параметром t u , який характеризує тривалість, з якою протікає вхідний імпульс напруги.

Щоб обчислити площу імпульсу, з яким напруга утворюється у вторинній обмотці ІТ, необхідно обидві частини попередньої формули помножити на t u . В результаті ми прийдемо до виразу, який дозволяє отримати основний параметр ІТ:

U m x t u = S x W 1 x ∆В

Зауважимо, що з параметра ∆В прямо пропорційно залежить величина площі імпульсу.

Друга за значимістю величина, що характеризує роботу ІТ, - перепад індукції, на нього впливають такі параметри, як переріз і магнітна проникність сердечника магнітопроводу, а також числа витків на котушці:

Тут:

• L0 – перепад індукції;
• µ а – магнітна проникність осердя;
• W 1 - Число витків первинної обмотки;
• S – площа перерізу сердечника;
• l cр - довжина (периметр) сердечника (магнітопроводу)
• У r – величина залишкової індукції;
• max – рівень максимального значення індукції.
• H m – напруга магнітного поля (максимальна).

Враховуючи, що параметр індуктивності ІТ повністю залежить від магнітної проникності осердя, при розрахунку необхідно виходити з максимального значення µ а, яке показує крива намагнічування. Відповідно, що у матеріалу, з якого робиться сердечник, рівень параметра r, що відображає залишкову індукцію, повинен бути мінімальним.

Відео: докладний описпринципу роботи імпульсного трансформатора

Виходячи з цього, як роль матеріалу сердечника ІТ, ідеально підходить стрічка, виготовлена ​​з трансформаторної сталі. Також можна застосовувати пермалу, у якого такий параметр як коефіцієнт прямокутності, мінімальний.

Високочастотним ІТ ідеально підходять осердя з феритових сплавів, оскільки цей матеріал відрізняється незначними динамічними втратами. Але через його низьку індуктивність доводиться робити ІТ великих розмірів.

Розрахунок імпульсного трансформатора

Розглянемо, як потрібно робити розрахунок ІТ. Зауважимо, ККД пристрою безпосередньо з точністю обчислень. Як приклад візьмемо схему звичайного перетворювача, в якій використовується ІТ тороїдального вигляду.

Насамперед нам потрібно обчислити рівень потужності ІТ, для цього скористаємося формулою: Р=1,3 х Р н.

Значення Р н відображає, скільки потужності споживатиме навантаження. Після цього розраховуємо габаритну потужність (Р гб), вона повинна бути не меншою за потужність навантаження:

Необхідні для обчислення параметри:

• S c – відображає площу перерізу тороїдального сердечника;
• S 0 - площа його вікна (як натиску це і попереднє значення показано на малюнку);

• У макс – максимальний пік індукції, вона залежить від цього, яка використовується марка феромагітного матеріалу (довідкова величина береться з джерел, що описують характеристики марок феритів);
• f – параметр, що характеризує частоту, з якою перетворюється напруга.

Наступний етап зводиться до визначення кількості витків у первинній обмотці Тр2:

(Отриманий результат округляється у більшу сторону)

Величина U I визначається виразом:

U I =U/2-U е (U - живильне перетворювач напруга; U е - рівень напруги, що надходить на емітери транзисторних елементів V1 і V2).

Переходимо до обчислення максимального струму, що проходить через первинну обмотку ІТ:

Параметр η дорівнює 0,8, це ККД, з яким має працювати наш перетворювач.

Діаметр дроту, що використовується в обмотці, обчислюється за формулою:

Якщо у вас виникли проблеми з визначенням основних параметрів ІТ, в інтернеті можна знайти тематичні сайти, що дозволяють в онлайн режимірозрахувати будь-які імпульсні трансформатори.

Трансформатори на феритових трубках виконують відразу кілька функцій: трансформують опір, симетрують струми в плечах антени і пригнічують струм зовнішньої поверхні обплетення коаксіального фідера. Найкращим вітчизняним феритовим матеріалом для широкосмугових трансформаторів(ШПТ) є ферит марки 600НН, але з нього не виготовляли трубчастих магнітопроводів.

Зараз у продажу з'явилися феритові трубки зарубіжних фірм добрими характеристиками, зокрема, FRR-4,5 та FRR-9,5 (рис. 1), що мають розміри dxDxL 4,5x14x27 та 9,5x17,5x35 мм відповідно. Останні трубки використовувалися як помеходавлячі дроселі на кабелях, що з'єднують системні блокикомп'ютерів з моніторами на електронно-променевих трубках. Наразі їх масово замінюють на матричні монітори, а старі викидають разом із сполучними кабелями.

Рис. 1. Феритові трубки

Чотири феритові трубки, складені поруч по дві, утворюють еквівалент "бінокля", на якому можна розмістити обмотки трансформаторів, що перекривають усі КВ-діапазони від 160 до 10 метрів. Трубки мають заокруглені грані, що унеможливлює пошкодження ізоляції проводів обмоток. Їх зручно скріпити разом, обмотавши широким скотчем.

З різних схем широкосмугових трансформаторів я використав найпростішу, з роздільними обмотками, витки яких мають додатковий зв'язокза рахунок щільного скручування провідників між собою. Це дозволяє зменшити індуктивність розсіювання і рахунок цього підвищити верхню межу робочої лінії частот. Одним витком будемо вважати провід, пройнятий через отвори обох трубок "бінокля", а "половиною витка" - провід, пройнятий через отвір однієї трубки "бінокля". У таблиці зведені варіанти трансформаторів, здійснених цих трубках. Тут N1 – число витків первинної обмотки; N2 - число витків вторинної обмотки; U - коефіцієнт трансформації напруг; K R – коефіцієнт трансформації опорів; М - співвідношення опорів за джерела з вихідним опором 50 Ом.

Таблиця

Як бачимо, виходить дуже широкий вибірспіввідношення опорів. Трансформатор з коефіцієнтом 1:1, подібно до дроселя, симетрує струми в плечах антени і пригнічує струм на зовнішній поверхні обплетення кабелю живлення. Інші трансформатори на додаток до цього ще й трансформують опір. Чим керуватися при виборі числа витків? За інших рівних умов трансформатори з одновітковою первинною обмоткою мають приблизно вчетверо більш високу нижню межу смуги пропускання порівняно з двовитковою, але і верхня частота смуги пропускання у них значно вища. Тому для трансформаторів, що використовуються від діапазонів 160 і 80 метрів, краще використовувати двовиткові варіанти, а від 40 метрів і вище одновиткові. Використовувати цілі числа значення витків переважно, якщо бажано зберегти симетрію і рознести висновки обмоток на протилежні сторони "бінокля".

Що коефіцієнт трансформації, то важче отримати широку смугу пропускання, оскільки зростає індуктивність розсіювання обмоток. Компенсувати її можна шляхом включення конденсатора паралельно до первинної обмотки, підбираючи його ємність по мінімуму КСВ на верхній робочій частоті.

Для обмоток зазвичай використовую провід МГТФ-0,5 або більш тонкий, якщо потрібне число витків не вміщається в отворі. Заздалегідь розраховую потрібну довжину дроту та відрізаю її з деяким запасом. Провід первинної та вторинної обмоток щільно скручую до намотування на магнітопровід. Якщо отвір фериту не заповнений обмотками, краще протягувати витки у відповідні по діаметру термоусаджувальні трубки, відрізані по довжині "бінокля", які після завершення намотування сідають за допомогою фена. Щільне притискання витків обмоток один до одного розширює смугу трансформатора і часто дозволяє виключити конденсатор, що компенсує.

Слід мати на увазі, що підвищує трансформатор може працювати і як знижуючий, з тим самим коефіцієнтом трансформації, якщо його "перевернути". Обмотки, призначені для підключення до низькоомних опорів, потрібно виконувати з екранної "плетінки" або кількох проводів, з'єднаних паралельно.

Перевірку трансформатора можна проводити вимірювачем КВВ, навантаживши його вихід на безіндукційний резистор відповідного номіналу. Межі смуги визначаються за допустимого рівняКСВ (зазвичай 1,1). Виміряти втрати, що вносяться трансформатором, можна шляхом вимірювання ослаблення, що вноситься двома однаковими трансформаторами, послідовно включеними так, щоб вхід і вихід пристрою мали опір 50 Ом. Результат не забудьте поділити на два.

Дещо важче оцінити потужнісні характеристики трансформатора. Для цього знадобиться підсилювач та еквівалент навантаження, здатний витримувати необхідну потужність. Використовується та сама схема з двома трансформаторами. Вимір проводиться на нижній робочій частоті. Поступово піднімаючи потужність CW та підтримуючи її приблизно хвилину, визначаємо рукою температуру фериту. Рівень, у якому ферит за хвилину починає трохи помітно нагріватися, вважатимуться максимально допустимим даного трансформатора. Справа в тому, що при роботі не на еквівалент навантаження, а на реальну антену, що має деяку реактивну складову вхідного імпедансу, трансформатор передає ще й реактивну потужність, яка може насичувати магнітопровід і викликати додатковий нагрівання.

На рис. 2 показана практична конструкція трансформатора, що має два виходи: на 200 Ом та 300 Ом.

Рис. 2. Практична конструкціятрансформатора, що має два виходи

Трансформатори можна розмістити на відповідних розмірах платі, захистивши її від опадів будь-яким практичним способом.

Дата публікації: 07.12.2016

Думки читачів

• Петро / 31.07.2018 - 14:23
  Ну і де трубки купити?