Трансформаторы с магнитной связью icon

Трансформаторы с магнитной связью






Скачать 104.99 Kb.
НазваниеТрансформаторы с магнитной связью
Дата конвертации02.08.2013
Размер104.99 Kb.
ТипДокументы
Широкополосные трансформаторы


Широкополосные трансформаторы с коэффициентом перекрытия по диапазону рабочих частот обычно выполняются с магнитопроводом. В качестве магнитопровода используются ферритовые изделия с относительной магнитной проницаемостью в диапазоне ДВ и в диапазоне ОВЧ. Причина снижения величины относительной магнитной проницаемости связана с увеличением потерь в магнитопроводе с ростом частоты за счет перемагничивания (гистерезиса) и вихревых токов.

Известно, что все трансформаторы делят на два класса:

1) Обычные классические трансформаторы с доминирующей магнитной связью между обмотками. Электрическая связь в таких трансформаторах считается паразитной.

2) Трансформаторы с электромагнитной связью между обмотками. Такой вид связи достигается за счет использования в трансформаторах отрезков длинных линий, намотанных на магнитопровод.

Трансформаторы с магнитной связью



Классические трансформаторы применяются в ДВ, СВ диапазонах. Диапазон КВ они перекрывают лишь частично. Причиной ограничения верхней частоты рабочего частотного диапазона является снижение коэффициента передачи трансформатора из-за роста влияния его паразитных параметров, таких как индуктивность рассеяния обмоток, межобмоточная емкость, межвитковая емкость обмоток, потери в магнитопроводе. Особенно сильно влияние паразитных параметров на коэффициент передачи имеет место в транзисторных каскадах передатчиков из-за низкоомного значения сопротивления нагрузки. Верхняя граница рабочей частоты транзисторных ГВВ с классическими трансформаторами не превышает 5 МГц. В ламповых ГВВ, имеющих более высокоомные сопротивления нагрузки, верхняя граница по частоте находится в пределах (15…25) МГц.

Влияние паразитных параметров на частотные свойства классических трансформаторов хорошо моделируется электрической эквивалентной схемой замещения. При построении АЧХ трансформатора используются два параметра: коэффициент трансформации и коэффициент передачи.

Коэффициент трансформации определяется как отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной обмотки

.

Коэффициент трансформации является величиной действительной и частотно независимой.

Коэффициент передачи определяется как отношение напряжения, действующего на нагрузке вторичной обмотки к напряжению, приложенному к входу первичной обмотки


.

Коэффициент передачи является величиной комплексной и частотно зависимой.

При построении АЧХ трансформатора используется отношение модуля коэффициента передачи трансформатора к его коэффициенту трансформации

.


На рисунке представлен возможный вид АЧХ трансформатора.




Эквивалентная электрическая схема замещения трансформатора



В эквивалентной электрической схеме замещения использованы следующие обозначения:


- индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора.

- межвитковые емкости первичной и вторичной обмоток трансформатора.

- индуктивность намагничивания трансформатора.

- сопротивление потерь в магнитопроводе трансформатора.

- сопротивление потерь первичной и вторичной обмоток трансформатора.

- межобмоточная емкость трансформатора.

ИТ - идеальный трансформатор.


Достоинствами классического трансформатора являются относительная простота конструкции и малый шаг дискретизации, который зависит от соотношения числа витков. Это позволяет получить требуемый коэффициент трансформации с достаточной для инженерной практики точностью.

Основным недостатком классического трансформатора, как было указано выше, является ограничение верхней части рабочего диапазона частот значениями (5…25)МГц. Это хорошо видно из эквивалентной схемы замещения трансформатора, справедливой для области высоких частот





Трансформаторы с электромагнитной связью




В диапазонах КВ, ОВЧ широкое применение находят трансформаторы « Длинная линия» (ТДЛ). В отличие от классических трансформаторов верхняя граница частотного диапазона у ТДЛ достигает (200…250) МГц. Этот тип трансформаторов также выполняется на основе магнитопровода. В качестве магнитопровода используются ферритовые кольца с относительной магнитной проницаемостью в диапазоне КВ и в диапазоне ОВЧ. Причина снижения величины относительной магнитной проницаемости связана с увеличением потерь в магнитопроводе за счет перемагничивания (гистерезиса) и вихревых токов. Однако в отличие от классических трансформаторов ТДЛ имеет слабые магнитные поля, что существенно снижает потери в магнитопроводе и уменьшает габаритные размеры трансформаторов. Рассмотрим физику работы трансформатора «длинная линия».

Отрезки длинных линий, используемых в ТДЛ разнообразны по своей конструкции. Примеры наиболее распространенных отрезков длинных линий показаны на рисунке.


Отрезок длинной линии в виде двух скрученных изолированных проводов



Отрезок длинной линии в виде двух гибких полосок и диэлектрической изоляцией между ними




Отрезок длинной линии в виде В.Ч. кабеля





Отрезок гибкой длинной линии наматывается на ферритовое кольцо или пропускается через несколько ферритовых колец.







Допустим, что мы имеем отрезок длинной линии без потерь с электрической длиной L согласованный по входу и выходу, т.е. . Тогда широкополосность такой линии передачи бесконечно большая. Фактическое ограничение широкополосности будет связано только с потерями в диэлектрике и омическими потерями в проводах линии.

Введем понятие продольной индуктивности проводов линии и и их продольного сопротивления

.

Если электрическая длина отрезка линии достаточно велика, то продольные сопротивления проводников будут весьма большими и будут удовлетворять неравенствам

.


Это обстоятельство позволяет утверждать, что точки 1-3 и 2-4 длинной линии развязаны между собой, т.к. между ними включены очень большие сопротивления . Точки 1 и 2 являются началом линии, а точки 3 и 4 – концами линии. Развязка между началом и концом линии позволяет без ущерба для работы линии передачи подсоединять к корпусу любую комбинацию точек начала и конца отрезка длинной линии. Возможные варианты таких подключений показаны на рисунках.


Передача сигнала без инверсии фазы




Передача сигнала с инверсией фазы на





Переход от несимметричного генератора к симметричной нагрузке



Переход от симметричного генератора к несимметричной нагрузке




Как видно из приведенных рисунков достаточно длинный отрезок линии позволяет решать ряд весьма важных для генераторной техники задач, а именно передавать сигналы с инверсией и без инверсии фазы, осуществлять переход от несимметричного генератора к симметричной нагрузке и от симметричного генератора к несимметричной нагрузке. Однако использование относительно длинных отрезков конструктивно неудобно. Кроме того, длинные отрезки нуждаются в тщательном выполнении согласования, нарушение которого приводит к резкому ухудшению работы ГВВ.

Для того, чтобы уменьшить геометрическую и электрическую длину отрезка длинной линии, но сохранить условие

,

отрезок длинной линии наматывают на магнитопровод, например, ферритовое кольцо с относительной проницаемостью . В результате продольные индуктивности отрезка длинной линии увеличиваются в раз. Это во столько же раз позволяет уменьшить длину отрезка длинной линии. Марку феррита и его относительную магнитную проницаемость выбирают с таким расчетом, чтобы потери в магнитопроводе не превышали допустимых норм, а электрическая длина отрезка длинной линии отвечала условию

.

В этом выражении «с» – скорость света, - диэлектрическая проницаемость изолирующего материала отрезка длинной линии.

На более низких рабочих частотах это условие будет тем более выполняться.

Достоинством коротких отрезков длинных линий является то, что влияние собственных потерь и рассогласования здесь сказывается слабо. Входное сопротивление линии без потерь при известном сопротивлении нагрузки определяется из соотношения

.

Графики изменения модуля и фазы входного сопротивления короткого отрезка длинной линии для случая, когда сопротивление нагрузки чисто активная величина, но не равная , представлены на рисунке.

Построение сделано для случая, когда , а коэффициент отражения нагрузки Гн = 0.33 (КСВ=2, КБВ=0.5).




Второй особенностью ТДЛ является то, что напряженность магнитного поля H в магнитопроводе обусловлена разностью токов, протекающих по проводникам L13 и L24. В режиме согласования эти токи равны и сдвинуты по фазе наπ. В результате разностный ток равен нулю. Это обстоятельство позволяет утверждать, что магнитопровод в ТДЛ работает в режиме слабых полей, и по проводам трансформатора могут протекать большие токи и не приводить при этом к насыщению сердечника. Малыми будут и потери в магнитопроводе.


Объединение трансформаторов длинная линия


В рассмотренных выше ТДЛ задача трансформации сопротивления нагрузки не решалась, если не принимать во внимание случаи перехода от несимметричного генератора к симметричной нагрузке и перехода от симметричного генератора к несимметричной нагрузке.

Для решения задачи трансформации прибегают к объединению трансформаторов. Объединение нескольких ТДЛ можно выполнить по «параллельному», последовательному и параллельно-последовательному принципам.

При «параллельном» способе объединения трансформаторов желательно использовать ТДЛ с одинаковым волновым сопротивлением. Различают следующие две основные комбинации «параллельного» объединения: 1) параллельное соединение входов и последовательное выходов всех ТДЛ (рисунок «а»); 2) последовательное соединение входов и параллельное выходов всех ТДЛ (рисунок «б»).

Первый трансформатор (рис. «а») является повышающим. Для выполнения условия согласования сопротивление нагрузки выбирается из условия

.

Входное сопротивление трансформатора определяется параллельным соединением n согласованных линий, и поэтому определяется соотношением

.



Следовательно, коэффициент трансформации по сопротивлению составит

.

Во всех приведенных формулах n – число объединенных ТДЛ.

Второй трансформатор (рис. «б») является понижающим. Для выполнения условия согласования сопротивление нагрузки выбирается из условия

.

Входное сопротивление трансформатора определяется последовательным соединением n согласованных линий, и поэтому оно определяется соотношением

.

Следовательно, коэффициент трансформации по сопротивлению составит

.

Если n принимает значения 1, 2, 3, 4, то коэффициент трансформации по сопротивлению повышающего трансформатора составит соответственно значения 1, 4, 9, 16, а понижающего трансформатора – 1, . Модуль трансформации по напряжению для повышающего и понижающего трансформаторов будет соответственно равен



Следует заметить, что для нормальной работы ТДЛ при их «параллельном» объединении желательно, чтобы продольные напряжения на отдельных ТДЛ были одинаковыми. Это условие удается выполнить при объединении не более четырех ТДЛ.

Различают следующие способы включения объединенных по параллельному принципу нескольких ТДЛ.

1.Несимметричное включение по входу и выходу.

2. Симметричное включение по входу и выходу.

3. Симметричное включение по входу и несимметричное по выходу.

4. Несимметричное включение по входу и симметричное по выходу.

Рассмотрим некоторые частные случаи.

Пусть параллельно соединены два ТДЛ и образовали повышающий трансформатор с с несимметричным включением по входу и выходу.




Как видно из рисунка, обмотка L24 второго ТДЛ находятся под нулевым продольным напряжением, а продольное напряжение на обмотке L13 обусловлено только фазовым набегом короткого отрезка длинной линии. Поэтому второй ТДЛ без большого ущерба можно устранить и для сохранения коэффициента трансформации воспользоваться принципом вольт добавки.



В результате образуется схема на одном ТДЛ с тем же коэффициентом трансформации, равным четырем. Аналогичную операцию можно выполнить на понижающем трансформаторе , а также на трансформаторах с числом объединенных ТДЛ три и четыре.



Рассмотрим второй частный случай.

Пусть повышающий трансформатор с выполнен на четырех объединенных «параллельно» ТДЛ и имеет симметричные вход и выход.




Условие полного согласования трансформатора

.

Благодаря симметрии продольные напряжения на 2-ом и 3-ем ТДЛ равны нулю. Следовательно, эти ТДЛ можно удалить и заменить их вольт добавками. В результате образуется схема трансформатора с , но выполненная на двух ТДЛ.




Следует заметить, что появление в трансформаторах с «параллельным» объединением отдельных ТДЛ с нулевыми продольными напряжениями явление редкое. При переходе от симметричного генератора к несимметричной нагрузке и обратно, при решении задачи инверсии фазы и ряда других ТДЛ с нулевыми продольными напряжениями нет и для реализации схемы необходим полный набор ТДЛ.

При последовательном (каскадном) соединении трансформаторов используются ТДЛ с разными волновыми сопротивлениями. Рассмотрим это на примере. Пусть нам необходимо построить понижающий трансформатор с kR=1/16. Выполнить это можно с помощью двух последовательно соединенных трансформаторов с . Воспользуемся понижающими трансформаторами, выполненными на одном ТДЛ.




Условие полного согласования


.


Аналогичную задачу можно выполнить иначе и обеспечить переход от несимметричного генератора к симметричной нагрузке.




Условие полного согласования


.


Цепи коррекции в широкополосных каскадах усиления


При работе каскада усиления в широкой полосе частот без перестройки большое влияние на АЧХ усилителя оказывает изменение коэффициента усиления активного элемента по току. Для примера на рисунке показано изменение коэффициента усиления по току у биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ.





При инженерных расчетах вполне допустимо для оценки коэффициента усиления по току в диапазоне от () использовать соотношение

.

Основной задачей цепи коррекции является обеспечение постоянства коэффициента усиления тандема «цепь коррекции - активный элемент» во всем рабочем диапазоне частот



.

Иногда цепь коррекции решает одновременно и вторую задачу: обеспечение постоянной величины входного сопротивления в рабочем диапазоне частот, т.е.


.


Цепи коррекции это цепи с потерями. Их постановка снижает коэффициент усиления по мощности каскада, но одновременно выравнивает его АЧХ. Наиболее простой корректирующей цепью при включении транзистора по схеме ОЭ является цепь, показанная на рисунке.




Более сложная цепь коррекции, обеспечивающая постоянство коэффициента передачи по току и входного сопротивления в рабочем диапазоне частот, представлена ниже.



Методика расчета элементов цепей коррекции приведена в литературе по проектированию широкополосных усилителей.

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

Трансформаторы с магнитной связью iconНовые доказательства в современной теории гравитации - Автореферат Носитель магнитной волны и как возникает магнитное поле, до сих пор наукой не
284.5kb.   Теория состоит из четырех частей
Трансформаторы с магнитной связью icon''Разработка активного фильтра с многопетлевой обратной связью с электронной перестройкой амплитуды'' студент 3-го курса, мсф, гр. Атп-10 Сидорук Б. Н
6kb.  
Трансформаторы с магнитной связью icon''Разработка активного фильтра с многопетлевой обратной связью с электронной перестройкой амплитуды'' студент 3-го курса, мсф, гр. Атп-10 Сидорук Б. Н
6kb.  
Трансформаторы с магнитной связью icon''Разработка активного фильтра с многопетлевой обратной связью с электронной перестройкой амплитуды'' студент 3-го курса, мсф, гр. Атп-10 Сидорук Б. Н
6kb.  
Трансформаторы с магнитной связью icon''Разработка активного фильтра с многопетлевой обратной связью с электронной перестройкой амплитуды'' студент 3-го курса, мсф, гр. Атп-10 Сидорук Б. Н
6kb.  
Трансформаторы с магнитной связью iconАвтогенераторы гармонических колебаний с внешней цепью положительной обратной связью
267kb.   Аг можно пренебречь, напряжения uвх, uвых, uос следует считать гармоническими, а при анализе установившегося режима использовать...
Разместите кнопку на своём сайте:
Рефераты


База данных защищена авторским правом ©CoolReferat 2000-2012
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
Основная база рефератов
Рефераты