Узгоджувальні пристрої: призначення та принцип побудови. Все про узгоджувальний трансформатор Симетричні антенні трансформатори схеми та розрахунок

Останні мої публікації, присвячені КВ антенам, викликали у багатьох читачів низку питань щодо конструкції трансформаторів і дроселів, що використовуються в них.

Це питання добре висвітлено в радіоаматорській літературі та численних статтях і, начебто, не потребує подальших коментарів.

Феритові трансформатори на феритових трубках виконують відразу кілька функцій: трансформують опір, симетрують струми в плечах антени і пригнічують синфазний струм оплетки коаксіального фідера. Найкращим вітчизняним феритовим матеріалом для широкосмугових трансформаторів є ферит марки 600НН, але з нього не виготовляли трубчастих сердечників.

Зараз у продажу з'явилися феритові трубки зарубіжних фірм добрими характеристиками,
зокрема FRR-4,5і FRR-9,5, Що мають розміри dxDxL 4,5x14x27 та 9,5х17,5х35 відповідно. Останні трубки використовувалися як перешкодно-переважних дроселів на кабелях, що з'єднують системні блокикомп'ютерів із моніторами на електронно-променевих трубках. Нині їх масово замінюють на матричні монітори, а старі викидають разом із феритами.

Рис.1.Феритові трубки FRR-9,5

Чотири таких трубки, складені поруч по дві, утворюють еквівалент «бінокля», на якому можна розмістити обмотки трансформаторів, що перекривають усі КВ діапазони від 160 до 10 м. Трубки мають заокруглені грані, що унеможливлює пошкодження ізоляції проводів обмоток. Трубки 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, що дозволяє зменшити індуктивність розсіювання і за рахунок цього підвищити верхню межу робочої смуги частот. Одним витком вважатимемо провід, пройнятий через отвори обох трубок «бінокля». Половиною витка – провід, пройнятий через отвір однієї трубки «бінокля». У таблицю
зведені варіанти трансформаторів, здійснених цих трубках.

У таблиці зведені варіанти трансформаторів, здійснених цих трубках.

Як бачимо, виходить широкий вибір співвідношення опорів. Трансформатор з коефіцієнтом 1:1 - подібно до дроселя симетрує струми в плечах антени і пригнічує синфазний струм в обплетенні 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 й верхня частота смуги пропускання та їх значно вища. Тому для трансформаторів, що використовуються від діапазонів 160 м і 80 м краще використовувати двовиткові варіанти, а від 40 м 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 деяким запасом. Провід первинної та вторинної обмоток щільно скручую до намотування на сердечник. Якщо отвір фериту не заповнений обмотками, краще протягувати витки у відповідні по діаметру термоусаджувані 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 підвищуючий 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 дротів, з'єднаних паралельно.

Перевірку трансформатора можна проводити за допомогою вимірювача КВВ, навантаживши його вихід на безіндуктивний резистор відповідного номіналу. Межі смуги визначаються за допустимим рівнем КСВ, наприклад, 1,1. Виміряти втрати, що вносяться трансформатором, можна шляхом вимірювання ослаблення, що вноситься двома однаковими трансформаторами, послідовно включеними, так, щоб вхід і вихід 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 і 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 реактивну складову вхідного імпедансу, трансформатор передає ще реактивну потужність, яка може насичувати магнітний сердечник і викликати додатковий нагрівання.

На рисунках показано приклади практичних конструкцій. На рис.5 - трансформатор, що має два виходи: на 200 та 300 Ом.

Рис.2.Трансформатор 50:110

Рис.3.Трансформатор 50:200

Рис.4.Трансформатор 50:300

Рис.5.Трансформатор 50:200/300

Трансформатори можна розмістити на відповідного розміру друкованої плати,
захистивши її від опадів будь-яким практичним способом.

Владислав Щербаков, RU3ARJ

info - http://cqmrk.ru

Вітаю, дорогі друзі. З вами Тимур Гаранін, і сьогодні ми поговоримо про узгоджувальні пристрої, точніше про балуни та трансформатори опору.

Але спочатку розберемося у тому, які є типи ліній. Лінії бувають симетричні та несиметричні. Симетрична лінія- Це така лінія, провідники якої однакові.

Відповідно, несиметрична лінія складається з провідників, різних за формою та характеристиками.

Прекрасним прикладом симетричної лінії є кручена пара. А ось коаксіальний кабель – це класичний приклад несиметричної лінії.

Що є в лініях корисний сигнал і перешкода? Корисний сигнал, якщо описувати його самими простими словами, це струм, що тече у протилежних напрямках у провідниках лінії. Так як він тече у протилежних напрямках, то при замиканні ланцюга на навантаженні він без проблем у ньому виділяється.

Перешкода в лінії є струмом, що тече в одному напрямку в обох провідниках. При замиканні ланцюга на навантаженні струми з цих провідників віднімаються, і на навантаженні не виділяються.

Теоретично все красиво, але практично є нюанси.

Обидва типи лінії, і симетрична та несиметрична, досить добре стійкі до магнітної складової перешкод, що падають на ці лінії. Силові лінії магнітного поля, перетинаючи обидва провідники лінії, збуджують у них струми однакової сили, що поточні в одному напрямку. Тому на навантаженні вони віднімаються.

З електричної складової перешкоди все набагато цікавіше. Якщо лінія симетрична, то зовнішнє електричне поле діє одночасно на обидва провідники практично однаково. Отже, збуджує струми в обох провідниках однакової сили та напрямки. Симетрична лінія, наприклад кручена пара, дуже стійка до зовнішнього електричного поля.

З несиметричною лінією ситуація кардинально інакше. Розглянемо уважно пристрій коаксіального кабелю. Обплетення кабелю, зовнішній провідник, фактично є клітиною Фарадея. Це означає, що зовнішнє електричне поле ніяк не може вплинути на центральний провідник коаксіального кабелю. Тобто зовнішнє електричне поле не збуджує струм у центральному провіднику кабелю. Зате в самому обплетенні, тобто у зовнішньому провіднику кабелю, під дією зовнішнього електричного поля заряди розподіляються так, як і слід очікувати. Зовнішнє змінне електричне поле збуджує в оплетці коаксіального кабелю справжнісіньке ешельме бешельме. Обплетення кабелю працює як полотно антени.

В результаті ми отримуємо ситуацію, коли перешкода викликає струм лише в одному провіднику лінії. Отже цей сигнал не віднімається на навантаженні, а виділяється.

Ось і під'їхало головне завдання. Як відокремити сигнал від перешкоди?

На допомогу до нас прийдуть балуни. Balun - це скорочення від англійської мови balanced/unbalanced. Що по суті розкриває призначення цього пристрою, підключати симетричне навантаження до несиметричної лінії.

Найпростіший балун – це дросель, індуктивний фільтр. Він може являти собою феритовий тороїд, на який намотано кілька витків кабелю, або феритові клямки, що одягаються поверх кабелю.

Принцип його дії простий, як у індуктивного фільтра. Корисний сигнал, амплітуда якого в обох провідниках кабелю однакова, магнітного поля не створює, оскільки струм тече у провідниках у протилежних напрямках. А якщо він не створює магнітного поля, то індуктивний фільтр не є для нього перешкодою, і корисний сигнал спокійно проходить крізь фільтр.

Але якщо сигнал надходить тільки з одного провідника кабелю, а в другому провіднику немає сигналу протилежного за напрямом і рівного по амплітуді, цей сигнал в одному дроті створює магнітне поле. Індуктивний опір фільтра становитиме перешкоду велику перешкоду, і перешкода не зможе пройти крізь балун.

Де потрібно розташовувати балун на кабелі? Якщо ми працюємо на передачу, фільтр потрібно розташовувати перед антеною, щоб перешкоди, наведені на кабель, не випромінювались антеною. Якщо ми працюємо на прийом, то балун потрібно розташовувати перед входом приймача, щоб заблокувати проходження перешкод на підсилювальний каскад.

У будь-якому випадку балун стабілізує параметри вже налаштованої системи і не дає їм змінюватися під впливом зовнішніх факторів.

Ще один популярний тип узгоджувальних пристроїв, схожих на балуни, - це трансформатори опору. У найпростішому випадку вони влаштовані так само як трансформатори напруги. Але зверніть увагу, що коефіцієнт трансформації опору дорівнює квадрату коефіцієнта трансформації напруги. Трансформаторів опору існує безліч, з гальванічною розв'язкою і без, на феритах і на повітрі. Але мета всіх трансформаторів опору однакова — узгодити хвильовий опір лінії з опором антени.

Коли ви купуєте антену, часто можете зустріти невелику коробочку в її складі. Як ви вважаєте, що це таке, і що знаходиться всередині цієї коробочки? Це ніщо інше як простий узгоджуючий пристрій. Іноді всередині нього знаходиться феритовий балун, а іноді й просто друкарські трансформатори, тобто трансформатори із плоских доріжок. Трансформатори опору трапляються досить часто. Плоскі друковані трансформатори працюють так само як і звичайні феритові трансформатори. Так як частота у антен відносно висока, навіть дві доріжки, розташовані на платі один поруч з одним, вже працюють як трансформатор.

Давайте зробимо висновки:

1. Несиметричні лінії потенційно схильні до перешкод з боку джерел змінного електричного поля

2. Для відокремлення корисного сигналу від перешкоди використовуються балуни, прості індуктивні фільтри.

3. Для узгодження хвильового опору лінії з хвильовим опором антени часто використовуються трансформатори опору

4. Балуни та трансформатори опору можуть бути виконані як на феритовому сердечнику, так і на повітрі або навіть на друкованій платі

На сьогодні все. Якщо вважаєте, що ролик був корисним, ставте лайк і поділіться з друзями. Запитання та пропозиції пишіть у коментарях. Всім удачі!

Трансформатором називають пристосування, завдання якого полягає у зміні напруги змінного струму на змінний струм іншої напруги. Такі перетворювачі є невід'ємними елементами різних електричних систем, таких як:

зварювальні апарати;
нагрівальні апарати;
випрямні пристрої.

У цій статті йтиметься про такий різновид перетворюючих пристроїв, як узгоджуючий трансформатор.

Сутність та принцип дії

Узгоджуючий трансформатор (далі СТ) використовує узгодження імпедансів різних частин електричного ланцюгапід час трансформації та передачі електросигналів. Трансформаторні пристрої узгоджують джерело сигналу, що надходить з вхідним імпедансом каскаду в підсилювачах з низькими частотами(УНЧ).

Підсилювачі низької частоти – пристрої, що збільшують частоти електричних хвиль до діапазону частот, що чують людиною (20 Гц – 20 кГц). Такі підсилювачі використовують як окремий пристрій або застосовують як частину складнішого.

Приклади приладів з наявністю підсилювача:

мікрофон;
телевізор;
радіоприймач і т.п.

Сутність СТ полягає в наступному - пристрій містить підкладку, виконану з діелектричного матеріалу і феритну пластину, що має в робочих частотах дисперсну магнітну проникність. З боку підкладки, зверненої до пластини, розташовуються 1-ї, 2-ї, 3-ї провідники, що мають П-подібну форму. На звороті підкладки наноситься металізація, що має два зазори у вигляді «П».

СТ складається з:

1. Підкладки діелектричної; 2-4. Провідників; 5. Смужкового провідника; 6. Металізації; 7. Контур щілинного; 8. Пластини феритної; 9. Металізації; 10–11. Зазорів; 12-13. Допоміжні щілинні ділянки.

Мал. 1 Креслення узгодженого трансформатора

Принцип роботи полягає:

Первинна обмотка отримує 4 вхідний сигнал. Пластина 8 і металізація 6 відіграють роль сполучної ланки між провідниками 2-4.
Потім вводяться нові елементи:
1. з одного боку провідник 4 діелектричної підкладки;
2. зі зворотної – металізація.

Комутація провідників 2-4 забезпечує зменшення частоти вдвічі. Даний варіант конфігурації СТ стає простішим, відсутній контакт між шарами. Узгоджувальний пристрійможе бути виконано як фрагмент друкованої плати ускладненої схеми.

Конструкція

Пристрої даного типуу своїх конфігураціях використовують низку базових елементів, такі як:

магнітний провідник;
корпус для витків;
самі обмотки;
інші допоміжні елементи (кріпильні фрагменти, засоби захисту трансформатора).

СТ виготовляються із магнітних провідників високої якості. Існують різновиди малих та великих розмірів.

Конструктивні особливості СТ малих габаритів:
1. пластини сердечника не потребують додаткової ізоляції;
2. кожна пластина має оксидну плівку, яка утворює ізоляцію.
СТ великих розмірів:
1. пластини сердечника ізолюються шляхом покриття з одного боку ізолюючого лаку;
2. Пристрої такої конфігурації застосовуються при напругах на виток порядку не більше десятих Вольта або вище.

Рис 2. Узгоджувальний трансформатор

Обмотки навколо магнітопроводу, як правило, намотують із мідного ізольованого дроту круглого перерізу. Провідник прямокутного перерізу застосовується у разі використання великого перерізу близько 5-10 мм2.

Корпус такого трансформатора найчастіше виконується циліндричним. Така конструкція більш проста у виготовленні та має меншу величину індуктивності розсіювання.

Сердечник відбирається за 2-ма критеріями:

конструкційна постійна характеристика нижніх частотяка визначає частотний показник пристрою на низьких частотах;
конструкційна стала магнітної індукції, яка визначає амплітуду складової магнітної індукції на найнижчій частоті.

Величину сердечника вибирають, враховуючи постійну конструкційну нижніх величин частот, а також постійну величину магнітної індукції в сердечнику.

Матеріал осердя вибирають виходячи з типу трансформатора, враховуючи його робоче середовище, ступінь зношування, а також конструкційні особливості та економічні витрати.

Типи узгоджувальних сигнальних трансформаторів

Залежно від сфери застосування, зовнішніх факторів і вимог до апаратури існує безліч різновидів електричних перетворювачів. Розглянемо приклади моделей ТОТ, ТІЛ і ТВТ.

Трансформаторні пристрої типу ТОТ

Розшифровка абревіатури:

Т-«трансформатор»;

О - "кінцевий";

Т-транзисторний.

Призначаються для роботи в холодних кліматичних умовах при температурі (-60…+90 °С), з високою ймовірністю зношування та відносною вологістю ~93 – 96%.

Мал. 3 Вид трансформаторів ТОТ-типу

Мал. 3. демонструє технічні особливостіпристрої, з позначення основних конструктивних параметрів.

Конструктивні розміри вказані у таблиці 1. Виробництво даних різновидів трансформаторних пристроїв використовує сучасну технологіювиробництва на друкованих платахіз заливкою, крім того, використання лакування дозволяє протидіяти погодним та механічним впливам.

Таблиця 1. Конструкційні розміри перетворювачів типу ТОТ.

Трансформаторні пристрої типу ТІЛ

Розшифровка абревіатури:

Т-«трансформатор»;

О - "кінцевий";

Л-"ламповий".

Пристрої даного типу застосовуються для роботи в холодних, тропічних кліматичних умовах, з високою ймовірністю зносу при температурі (-50 ... +130 ° С) і відносною вологістю ~96 - 100%.

Мал. 4 Вид трансформаторів ТОЛ-типу

На рис. 4. представлені зображення пристрою з різних видівта позначення основних конструктивних параметрів.

Таблиця 2. Допустимі значення перетворювачів виду ТОЛ.

Виробництво приладів ТОЛ – забезпечує роботу не ушкоджуючи обмотки, а також унеможливлює виникнення корозії на сталевих деталях. Крім того, такі прилади мають високу стійкість до високим температурам, механічним впливам та тривалим періодом служби.

Трансформаторні пристрої типу ТВТ

Розшифровка абревіатури:

Т-«трансформатор»;

В - "вхідний";

Т-транзисторний.

Такі СТ виготовляються малогабаритними та використовуються в помірно-холодних кліматичних умовах. Робоча температура коливається (-60 ... +85 ° С), вологість менше 95%. У таких перепадах температури має місце ймовірність часткового зношування трансформатора.

Мал. 5 Вид трансформаторів ТВТ-типу

Таблиця 3. Конструкційні розміри перетворювачів виду ТВТ

Конструкційна особливість каркаса забезпечує додаткову жорсткість у вигляді монтажних висновків. Ділянку між відведеннями рекомендується витримувати близько 2,5 – 3,0 мм. При виготовленні застосовуються магнітні провідники у вигляді стрижнів з високою магнітною проникністю (марки сталей – 79НМА та 50Н), а також високим показником індукції технічного насичення.

Наприкінці варто відзначити, що пристрої з узгоджуючим трансформатором, перед тим як будуть запущені в експлуатацію, повинні пройти необхідні випробування та бути гарантованими для подальшої служби. Умовою, необхідною для забезпечення відповідного ступеня надійності, є реалізація обмежень перенапруги, оскільки при роботі СТ може зазнавати серйозніших навантажень і мати більшу ймовірність зносу, ніж при тих, що проводилися на попередніх випробуваннях.

Відео про узгоджувальний трансформатор

Саморобні широкосмугові симетруючі дроселі та трансформатори на феритових трубках

Зараз у продажу з'явилися феритові трубки зарубіжних фірм з хорошими характеристиками,
зокрема FRR-4,5 та FRR-9,5, що мають розміри dxDxL 4,5x14x27 та 9,5х17,5х35 відповідно. Останні трубки використовувалися як перешкодно-переважних дроселів на кабелях, що з'єднують системні блоки комп'ютерів з моніторами на електронно-променевих трубках. Нині їх масово замінюють на матричні монітори, а старі викидають разом із феритами.

Рис.1. Феритові трубки FRR-9,5

З різних схем широкосмугових трансформаторів я використовував найпростішу, з роздільними обмотками, витки яких мають додатковий зв'язок за рахунок щільного скручування провідників між собою, що дозволяє зменшити індуктивність розсіювання та за рахунок цього підвищити верхню межу робочої смуги частот. Одним витком вважатимемо провід, пройнятий через отвори обох трубок «бінокля». Половиною витка – провід, пройнятий через отвір однієї трубки «бінокля». У таблицю
зведені варіанти трансформаторів, здійснених цих трубках.

У таблиці зведені варіанти трансформаторів, здійснених цих трубках.

Число витків первинної обмотки	Число витків вторинної обмотки	Коефіцієнт трансформації напруг	Коефіцієнт трансформації опорів	Співвідношення опорів за джерела 50 Ом
1	1	1:1	1:1	50:50
1	1,5	1:1.5	1:2.25	50:112.5
1	2	1:2	1:4	50:200
1	2.5	1:2.5	1:6.25	50:312.5
1	3	1:3	1:9	50:450
1	3.5	1:3.5	1:12.5	50:625
2	1	1:0.5	1:0.25	50:12.5
2	1,5	1:0.75	1:0.56	50:28
2	2	1:1	1:1	50:50
2	2,5	1:1.25	1:1.56	50:78
2	3	1:1,5	1:2,25	50:112,5
2	3,5	1:1,75	1:3	50:150
2	4	1:2	1:4	50:200
2	4,5	1:2,25	1:5	50:250
2	5	1:2,5	1:6,25	50:312.5
2	5,5	1:2,75	1:7,56	50:378
2	6	1:3	1:9	50:450
2	6,5	1:3,25	1:10,56	50:528
2	7	1:3,5	1:12,5	50:625

Рис.2.Трансформатор 50:110

Рис.3. Трансформатор 50:200

Рис.4. Трансформатор 50:300

Рис.5. Трансформатор 50:200/300

Владислав Щербаков, RU3ARJ