Широкополосный повышающий трансформатор на кольцевом ферритовом сердечнике. Симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках

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.

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.

Трансформаторы на ферритовых трубках выполняют сразу несколько функций: трансформируют сопротивление, симметрируют токи в плечах антенны и подавляют ток на внешней поверхности оплётки коаксиального фидера. Наилучшим отечественным ферритовым материалом для широкополосных трансформаторов (ШПТ) является феррит марки 600НН, но из него не изготавливали трубчатых магнитопроводов...

Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками, в частности, FRR-4,5 и FRR-9,5 (рис. 1), имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5x17,5x35 мм соответственно. Последние трубки использовались в качестве помехоподавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электроннолучевых трубках. Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с соединительными кабелями.

Рис. 1. Ферритовые трубки

Четыре ферритовые трубки, сложенные рядом по две, образуют эквивалент "бинокля", на котором можно разместить обмотки трансформаторов, перекрывающих все КВ-диапазоны от 160 до 10 метров. Трубки имеют скруглённые грани, что исключает повреждения изоляции проводов обмоток. Их удобно скрепить вместе, обмотав широким скотчем.

Из различных схем широкополосных трансформаторов я использовал простейшую, с раздельными обмотками, витки которых имеют дополнительную связь за счёт плотной скрутки проводников между собой. Это позволяет уменьшить индуктивность рассеяния и за счёт этого повысить верхнюю границу рабочей полосы частот. Одним витком будем считать провод, продетый через отверстия обеих трубок "бинокля", а "половиной витка" - провод, продетый через отверстие одной трубки "бинокля". В таблице сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках. Здесь N1 - число витков первичной обмотки; N2 - число витков вторичной обмотки; К U - коэффициент трансформации напряжений; K R - коэффициент трансформации сопротивлений; М - соотношение сопротивлений при источнике с выходным сопротивлением 50 Ом.

Таблица

		К U

Как видим, получается весьма широкий выбор соотношения сопротивлений. Трансформатор с коэффициентом 1:1, подобно дросселю, симметрирует токи в плечах антенны и подавляет ток на внешней поверхности оплётки кабеля питания. Прочие трансформаторы в дополнение к этому ещё и трансформируют сопротивления. Чем руководствоваться при выборе числа витков? При прочих равных условиях трансформаторы с одновитковой первичной обмоткой имеют примерно в четыре раза более высокую нижнюю границу полосы пропускания по сравнению с двухвитковой, но и верхняя частота полосы пропускания у них значительно выше. Поэтому для трансформаторов, используемых от диапазонов 160 и 80 метров, лучше использовать двухвитковые варианты, а от 40 метров и выше - одновитковые. Использовать целочисленные значения числа витков предпочтительно, если желательно сохранить симметрию и разнести выводы обмоток на противоположные стороны "бинокля".

Чем выше коэффициент трансформации, тем труднее получить широкую полосу пропускания, поскольку возрастает индуктивность рассеяния обмоток. Компенсировать её можно путём включения конденсатора параллельно первичной обмотке, подбирая его ёмкость по минимуму КСВ на верхней рабочей частоте.

Для обмоток я обычно использую провод МГТФ-0,5 или более тонкий, если нужное число витков не умещается в отверстии. Заранее рассчитываю нужную длину провода и отрезаю её с некоторым запасом. Провод первичной и вторичной обмоток плотно скручиваю до намотки на магнитопровод. Если отверстие феррита не заполнено обмотками, лучше продевать витки в подходящие по диаметру термоусаживаемые трубки, отрезанные по длине "бинокля", которые после завершения намотки усаживаются с помощью фена. Плотное прижатие витков обмоток друг к другу расширяет полосу трансформатора и часто позволяет исключить компенсирующий конденсатор.

Следует иметь в виду, что повышающий трансформатор может работать и как понижающий, с тем же коэффициентом трансформации, если его "перевернуть". Обмотки, предназначенные для подключения к низкоомным сопротивлениям, нужно выполнять из экранной "плетёнки" или нескольких проводов, соединённых параллельно.

Проверку трансформатора можно проводить измерителем КСВ, нагрузив его выход на безындукционный резистор соответствующего номинала. Границы полосы определяются по допустимому уровню КСВ (обычно 1,1). Измерить потери, вносимые трансформатором, можно путём измерения ослабления, вносимого двумя одинаковыми трансформаторами, включёнными последовательно так, чтобы вход и выход устройства имели сопротивление 50 Ом. Результат не забудьте поделить на два.

Несколько труднее оценить мощностные характеристики трансформатора. Для этого потребуются усилитель и эквивалент нагрузки, способный выдерживать необходимую мощность. Используется та же схема с двумя трансформаторами. Измерение проводится на нижней рабочей частоте. Постепенно поднимая мощность CW и поддерживая её примерно минуту, определяем рукой температуру феррита. Уровень, при котором феррит за минуту начинает чуть заметно нагреваться, можно считать максимально допустимым для данного трансформатора. Дело в том, что при работе не на эквивалент нагрузки, а на реальную антенну, имеющую некоторую реактивную составляющую входного импеданса, трансформатор передаёт ещё и реактивную мощность, которая может насыщать маг-нитопровод и вызывать дополнительный нагрев.

На рис. 2 показана практическая конструкция трансформатора, имеющего два выхода: на 200 Ом и 300 Ом.

Рис. 2. Практическая конструкция трансформатора, имеющего два выхода

Трансформаторы можно разместить на подходящих размеров плате, защитив её от осадков любым практическим способом.

Дата публикации: 07.12.2016

Мнения читателей

• Петя / 31.07.2018 - 14:23
  Ну и где трубки купить?

Я остановил свой выбор на подобной конструкции сразу же после первых испытаний и на сегодняшний день я не знаю лучшего способа трансформации сопротивлений при таких массо-габаритных показателях самого трансформатора.

Основа устройства - ферритовые трубки от сигнальных кабелей компьютерных мониторов. Мощность такого трансформатора зависит от сечения трубки и их количества. Например, пара даже самых маленьких трубок от кабелей свободно работает при 200 ваттах. Для увеличения мощности трансформатора, количество трубок можно пропорционально увеличивать. Такие столбики также можно набирать из отдельных колец высокой проницаемости. В этом случае, используя ферриты производства СНГ, будьте готовы увеличить массогабаритные показатели в виду больших потерь в них.

Вот так выглядит трансформатор в усилителе мощности:

Трансформатор таких габаритов может работать при подводимой мощности 500 Вт. Нетрудно представить габариты сердечника трансформатора для 1 кВт - они относительно небольшие! Реально же, я испытывал на прочность такой трансформатор с использованием явно завышенной для него мощностью с АСОМ-2000. Работа в пайлапе контеста на 80м диапазоне нагрели его и через 30 минут он перестал работать (КСВ антенны резко вырос), но через 10 минут КСВ пришел в прежнюю норму. А теперь представьте габариты трансформатора и подведенную к нему мощность!

Коэффициент трансформации считается так:

K=N 2 2 /N 1 2

где N 1 - количество витков в первичной обмотке,

N 2 - количество витков во вторичной обмотке

Например, трансформатор с К=2.25 содержит в первичной обмотке 2 витка и 3 витка во вторичной обмотке. Такой трансформатор можно использовать, например, для питания антенн с Rвх около 100 Ом.

Мотается трансформатор одновременно тремя проводами - мотаем 1 виток. Затем доматываем виток проводом первичной обмотки и по пол-витка проводами вторичной обмотки. Провода лучше использовать разноцветные. Два провода вторичной обмотки соеднить последовательно. Точка соединения имеет нулевой потенциал (если антенна симметрична) и ее нужно заземлять для стока статики. Первичную обмотку такого трансформатора имеет смысл мотать более толстым проводом.

Один виток выглядит так:

Весь трансформатор 1:2.25 мотается так:

Важное замечание: если антенна несимметрична, то заземлять среднюю точку вторичной обмотки нельзя! Для стока статики лучше произвести заземление этой точки через резистор порядка десятков кОм.

Для упомянутой выше антенны был использован трансформатор 1:2.78, который мотался на 4 трубках так: тремя проводами делалось 2.5 витка, а потом еще полвитка добавлялось для первичной обмотки. Вторичная соединялась последовательно. Получилось соотношение витков 5:3. Без компенсации я получил вот такой график на нагрузке 150 Ом:

Поскольку, антенна работала лишь в диапазонах 1.8 и 3.5 МГц, я отказался от компенсации.

У Валентина RZ3DK (SK) получился такой график без использования емкости компенсации:

При расчете витков нужно понимать, что нужен некий компромисс. С одной стороны, витков нужно делать минимально достаточно для самого нижнего диапазона, а с другой стороны, нам нельзя получать большую индуктивность рассеяния на самых высокочастотных диапазонах.

Для того, чтоб получить достойный экземпляр, необходимо руководствоваться некими "правилами":

1. Нужно стремиться иметь минимальное, но достаточное количество витков в обмотках

2. Провод брать возможно большего сечения, особенно низкоомной обмотки.

3. Для симметричной вторичной обмотки применять готовый кабель из двух проводов (типа тех, которые в сетевых шнурах раньше применялись), которые потом и соединяем последовательно. При этом, у них точно будет одинаковая длина и пр. параметры, чем и будет достигнута симметрия. Применять такой провод логичнее, если число витков вторичной обмотки до соединения концов кратно целому значению.

4. Полным и равномерным заполнением окна сердечника можно добиться меньшего "завала" на ВЧ диапазонах.

5. Отправной точкой для расчета можно принять минимально достаточное количество витков на самом низком диапазоне. Если для данной проницаемости трубок витков будет мало, вы получите рост КСВ к низкочастотным диапазонам и возможный нагрев.

6. При желании иметь бОльшую мощность устройства, нужно стремиться не к увеличению числа трубок, а к увеличению сечения каждой трубки. А количество трубок должно быть минимальным, т.е. всего 2, но "толстых"!

В заключении необходимо отметить, что массогабаритные показатели трансформаторов напрямую зависят от качества феррита. Не исключаю, что и при 100 ваттах, ваш трансформатор нагреется. Здесь выхода два: поменять трубки или увеличить их количество. Мои экземпляры при 100 ваттах свою температуру не изменяли совершенно.

Ну и не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора.

Про ТДЛ в трех частях:

• #1

  Здравствуйте Дмитрий!

  У меня вопрос по ферр.трубкам.
  Дело в том, что эти трубки имеют значительный разброс по проницаемости (от 10 до 300 - из тех, что мне попались и были замерены). Как Вы учитываете этот момент и какие (по проницаемости) лучше использовать?
  В настоящее время использую такой транс-р на двух трубках для питания вертик.Дельты периметром 86 м. с симм.питанием коакс.кабелем РД-200. Транс-р находится рядом с TRX. Длина фидера 15 м. Антенна даже строится на 1,8 м Гц (hi !), конечно КПД её на этом диапазоне - как у паровоза...

• #2

  Проницаемость трубок нужна максимальная. 10 и даже 300 - этого мало. Правда, смотря какие цели преследовать. Не думаю, что есть желающие делать эти трансформаторы для работы только на 28МГц, например.

• #3

  Здравствуйте Дмитрий!
  В каких случаях надо делать гальваническую развязку обмоток, а в каких нет (как у Вас)?

• #4

  На антеннах всегда гальванически антенны связаны с землей хотя бы через высокоомное сопротивление.

• #5

  Здравствуйте, Дмитрий! У меня 86-метровая Дельта питается симметричной линией из двух 75-омных кабелей, их оплётки соеденины вместе(никуда не подключены).Далее трансформатор, составленный в виде бинокля из десяти трубок. Сечение 5.8 см2 и далее 50-омный кабель(около 10 м). Необходимо ли соединять оплётки с землёй?

• #6

  Недостаточно данных для оценки всей картины, но то, что оплетку нужно заземлить - точно!

• #7

  Здравствуйте, Дмитрий!
  хочу попробывать волновой диполь на 1,8 Мгц длинной примерно 164 метра запитать с помощью феритовой защелки.для того чтоб можно было передвигать по полотну точку запитки и найти оптимальную точку для 1,8 и 3,5 Мгц. судя по мане трансформатор нужен 1 к 2. подскажите как лучше сделать. дом 30метров на уровне лифтовой.

  [email protected] Сергей RD0L

• #8

  Если двигать, значит во вторичке должен быть лишь один виток (полотно пропущено через кольцо один раз). Поскольку транс должен трансформировать 1:2 и повышать сопротивление до (как Вы пишете) 100 Ом, то в его первичке витков должно быть sqr(0.5)=0.7вит, что технически невозможно. Посему данный метод работает только с антеннами, у которых Rвх<=Rкабеля. И то, всего лишь несколько случаев, да еще и на очень высокопроницаемом феррите.

• #9

  валентин (Wednesday, 13 September 2017 14:49 )

  Дмитрий,спасибо за прекрасный пример тр-ра,все получилось на 5 работает четко,мощность 500 ватт,две трубки холодные,чему я очень рад,спасибо большое

• #10

  ps Вдогонку,намотал еще 2 тр-ра на защелках для кабеля-все работают нормально,но емкость на выходе пришлось подбирать,для каждого случая своя емкость от 50пф до 30,5 пф на 29,8мгц мах ксв 1,35 по 330м,но на виндом все работает,хотя не все отвечают,мощность 100 ватт,спасибо все работает,еще раз спасибо

• #11

  На здоровье, Валентин! Да, емкость для компенсации, действительно, зависит и от конструктивного исполнения.

• #12

  Здравствуйте, Дмитрий!
  Познакомился с материалами Вашей статьи.
  Бесспорно изложенный материал полезен, теория без практики мертва. Большая мощность, большие токи в стационарных РПУ - КПД передатчика не особо актуален. Другое дело переносные, малогабаритные, широкополосные, линейные КВ усилители с питанием 12В.
  РПУ строил на основе схем публикаций трансиверов 2011-2014 годов. Печальный опыт проб и ошибок привел к заключению, что ШПТ (при к=1:2 и 1:3) на биноклях амидон с медными трубками, не позволяет поднять КПД более 20-25% в диапазоне частот до 30 МГц.
  ШПТЛ, на том же амидоне позволяет получить КПД порядка 30-50%, но обозначились другие проблемы: завалы в нижнем или верхнем участке частот (с этим еще можно бороться, наметки есть) и самое противное нелинейные искажения (модуляция 1 кГц искажения от 10 до 35%). Да, это согласуется с теорией.
  А посему вопрос: Какой ШПТ или ШПТЛ можете рекомендовать для переносного линейного РПУ?

• #13

  Вы ни материалы Амидон (вообще, это Микрометалс, а Амидон только продает) не указали, который использовали, ни методику измерений. Я не поверю, что потолок по КПД 35%. И что в Вашем понимании есть "переносное РПУ"? Посему и ответ на Ваш вопрос давать не берусь. Для своих целей, лучшего способа трансформации токов, чем описанный здесь я не знаю и применяю только его даже на приемных антеннах.

• #14

  Как будет работать трансформатор на трубках для согласования полуволнового провода с конца? При коэффициенте обмоток 1/16.

• #15

  Плохо будет ему. Слишком большой коэффициент трансформации и, как одно из следствий - бааааальшие потери на этой трансформации. Применяйте автотрансформаторные включения. Тем более, что бесполезно пытаться гальванически развязать обмотки при питании полуволнового излучателя с конца. Вообще бесполезно.

• #16

  Здравствуйте, RV9CX!
  Имеются фильтры TDK ZCAT3035-1330 для сигнальных кабелей, как думаете, будет работать такой феррит хотя бы в переключаемой индуктивности антенного тюнера?

• #17

  Ну а ссыль на даташит где?
  Я не рекомендую ставить ферриты в тюнер. Тем более, разборный. Одно дело когда согласовываешь чисто активную составляющую импеданса. Но, как правило, те кто пользуется тюнерами, работают на всякие случайные шнурки - там реактивка астрономическая и никакой феррит с ней не справится. Не - работать все будет, но в антенне мощности не досчитаетесь, ну и феррит осыплется в один прекрасный день. Это как крайний случай.

• #18

  Спасибо, так и полагал
  https://product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/clamp-filter_commercial_zcat_en.pdf
  Даташит скудный, не раскрывает характеристик феррита..

• #19

  Из даташита понятно, что они не годятся для использования в качестве СМС. Ну а в тюнер, как и говорил, не ставьте. Да и что за необходимость наличия феррита в тюнере. Пока переписываемся - уже бы попробовали давно))) Можно же смоделировать ему реактивную нагрузку (конденсатором проще) и посмотреть как он себя поведет.

• #20

  Намотал транс. 1/16 на 4х ферритовых трубках от монитора для согласования 21 метрового провода, (запитка) с конца на один диапазон 7мгц. Работает нормально. Но, недолго при 400вт сильно греется., Если я соединю 2 таких, шптл. Последовательно 1/4 + 1/4. Будет ли толк? В интернете таких способов не встречал.

• #21

  Не буду ничего писать про нецелевое использование трансформатора, скажу по сути вопроса.
  Даже в этой статье первая же фотка - именно на последовательных трубках. В самой статье я писал, что лучше не количество трубок надо увеличивать, а их сечение. Это два варианта, как нужно поступать!

  Что касается Вашего решения... Вы конечно можете так сделать. Особенно после подключения транса 1/16 на конец случайной сопли. Это решение уже ничто испортить еще больше просто не сможет. Но если интересует мое мнение, то я повторюсь: увеличивать мощность транса нужно его сечением, с пониманием тонкостей его работы. А именно, что реактивку такие трансы не переваривают.

• #22

  Спасибо за быстрый ответ! Видимо, Вы правы. Я мерил только КСВ оно 1.7 но реактивное сопротивление замерить нечем. С автотрансформаторной намоткой на кольце Т-200 из Китая. КСВ ниже 3 не получалось, с другими нашими кольцами тоже. подгонка длинны провода не помогала! С трансформатором на Ф. трубках, можно долго работать на 100Вт. Но не с 400ВТ. Буду искать толстые Ф. трубки. Другую антенну как 20 метровый провод с балкона нет возможности сделать. Крыша. Закрыта.

• #23

  Вам нужно делать Г-контур для каждого диапазона. Никак не ферритовый трансформатор! Трансформаторы - для других случаев. Например рядом у меня статья, где я в 2-диапазонной антенне вывел импеданс одинаковым и уже его трансформировал таким трансом. При этом, антенна была настроена!

  Не знаю, какую аналогию привести, но наверно Вы поймете, если я скажу, что Вы поехали на Аляску на самокате. Ехать можно, но не далеко и не долго, и приедете Вы не в Аляску.

• #24
• #25

  Благодаря Вашим (и не только, но в основном) статьям соорудил наклонный треугольник 82,7 метра с симметричной запиткой с угла, высота подвеса 22 м верх и 12 м низ. А вот согласование сделал по принципу T2FD. Т.е. в центр противоположного от угла запитки катета врезал резистор 300 Ом (посчитал, что бОльшее сопротивление нагрузки даст меньший ток в антенном полотне, соответственно меньшие потери). Согласовал по Вашим рекомендациям с помощью ШПТ 1:6 на трубках. Результат: Антенна прекрасно работает на всех НАМ диапазонах 3-30 МГц с КСВ не более 2! Включая WACи и СВ! Отработал со всеми континентами и собрал более 300 DX мощностью 50 вт!
  Соорудил сего "монстра" из возможностей окружающей среды: центр города, антенна над двором.
  Ещё раз спасибо и традиционные 73!
  

• #26

  ну антенн таких у меня никогда не будет описано. А вот согласование да - этот вариант самый оптимальный.

2) ШПТЛ должен быть нагружен по входу и выходу на АКТИВНЫЕ нагрузки равные примерно волновому сопротивлению линий из которых он сделан.

Типовой пример: Наш брат — радиолюбитель применяет для “симметрирования” антенн огромные по величине ферритовые кольца возле полотна. Однако описанный выше эксперимент с активными нагрузками показывает, что колечко диаметром в 10…20 мм выдерживает мощность в 100 Вт и не нагревается! Так где же правда? Правда, в том, что антенна (диполь или рамка) имеет низкое активное сопротивление ТОЛЬКО на одной единственной частоте, частоте первой гармоники антенны. Высокие активные сопротивления, которые имеются на четных гармониках, на практике неприменимы. Низкоомные резонансы на нечетных верхних гармониках попадают уже не в радиолюбительские диапазоны. А на остальных частотах ВСЕГДА будут присутствовать значительные реактивности. Они вызывают сильный нагрев кольца и поэтому оно должно иметь большую поверхность охлаждения т.е. быть БОЛЬШИМ. К примеру, в импортных стоваттных трансиверах на выходе ПА стоят микроскопические ферритовые бинокли. И… НИЧЕГО! Это не из-за того, что они сделаны из диковинного материала. Просто одно из требований к выходной нагрузке для таких трансиверов — что бы она была АКТИВНОЙ. (Другое требование – 50 Ом). Следует опасаться тех публикаций, где рекомендуют мотать строго определенное число витков для ВЧ трансформатора. Это признак еще одной “болезни сознания” — квазирезонансного использования ШПТЛ-а. Вот от туда “ростут ноги” у легенды о необходимости применять ВЧ ферриты. Но… Широкополосности то уже НЕТ!

Теперь про упомянутые 1:1 и 1:2… В школьном курсе физики коэффициент трансформации — это соотношение витков первичной и вторичной обмоток. Т.е. соотношение входных и выходных напряжений. Почему же у радиолюбителей этот параметр превратился “по умолчанию” в коэффициент трансформации сопротивлений? Да потому, что трансформация сопротивлений более важна в нашей среде. Но не следует доходить до апсурда! Вот разговор подслушанный в эфире – два радиолюбителя обсуждают как сделать тансформатор с 50 на 75 Ом. Один предлагает мотать его с соотношением витков 1:1,5. И когда им кто-то робко возражает, в ответ слышны только обвинения в технической неграмотности. И подобное случается на каждом шагу! А всего лишь — ТЕРМИНЫ! Получается, что великий закон сохранения энергии для них не действует и можно при напряжении на входной обмотке, предположим 1 Вольт, подавая на 50-ти омный вход трансформатора мощность 20 мВт, на 75-ти оммном выходе снимать уже 30 мВт. Вот такой “вечный двигатель” получается! Здесь всего то лишь надо помнить, что коэффициент трансформации сопротивлений находится в квадратичной зависимости от коэффициента трансформации напряжений. Другими словами трансформатор 1:2 будет трансформировать сопротивление 50 Ом в 200 Ом, а трансформатор 5:6 сопротивление 50 Ом в 75 Ом. Почему я написал 5:6, а не 1:1,2? Вот здесь – один шаг до конструкции. Как уже говорилось, ШПТЛ должен мотаться линией. А линия – это два или несколько сложенных вместе и слегка скрученных провода. Волновое сопротивление такой линии зависит от диаметра проводов, расстояния между их центрами и шага скрутки. Для трансформации 50 Ом в 75 Ом необходимо использовать линию из ШЕСТИ проводов и, если нет требования к симметрированию, соединить эти провода по схеме

Как вы заметили, схема тоже нарисована по-особому, не как обычный трансформатор. Такое изображение лучше отражает суть конструкции. Привычное схемное изображение, Рис.2, и, соответственно, “традиционная” конструкция автотрансформатора с однослойной обмоткой и отводом от 0,83 общего количества витков при практических испытаниях “на столе” показывает гораздо худшие результаты по широкополосности.

По конструктивным и эксплуатационным соображениям нежелательно так же делать ШПТЛ с укороченным участком одной из линий. Рис.3. Несмотря на то, что это позволяет легко делать любые, даже дробные, коэффициенты трансформации. Такое решение приводит к появлению неоднородности в линии, вследствии чего ухудшается широкополосность.

Интересный вопрос: — “Какие предельные коэффициенты трансформации можно получить в ШПТЛ?” Особенно интересно найти ответ на этот вопрос тем, кто “заболел” идеей сделать широкополосный апериодический ламповый усилитель мощности, где необходимо трансформировать сопротивление порядка 1..2 КОм со стороны лампы в сопротивление 50 Ом. Эксперимент “на столе” дает довольно интересный результат. Опять здесь все зависит от конструкции обмоток. К примеру, если сделать “традиционный” трансформатор или автотрансформатор с коэффициентом трансформации, предположим, 1:10, нагрузить его на положенное активное сопротивление, равное 5 КОм и промерить КСВ на пятидесятиоммной стороне, то от результата волосы могут встать дыбом! А если в добавок снять АЧХ, то будет понятно, что от широкополосности ничего не осталось. Имеется один явный, довольно острый резонанс, обусловленный индуктивностью.

Эту больную тему можно было бы еще развивать до бесконечности, но… Все затмила конструкция широкополосного симметрирующего трансформатора на трансфлюксоре (двухдырочном ферритовом сердечнике) Рис.4, которую мне удалось “подсмотреть” в импортной антенне для телевизора типа “усы”. Изображение на рисунку конечно схематическое — на самом деле обмотки состоят из нескольких (3…5) витков. Долго с недоумением я рассматривал его конструкцию, пытаясь понять систему намотки. Наконец удалось нарисовать расположение “обмоток”. Вот уж – пример использования истинных длинных линий!

Если бы я не знал,что это линии, то подумал бы, что я сумасшедший! Особенно эта красная короткозамкнутая обмотка… Но, почему же мы не удивляемся в случае, когда, например в кабельном U-колене, необходимо соединить в одной точке оплетку с двух концов коаксиального кабеля. Тоже, ведь – ЛИНИЯ! При настольном эксперименте на эквивалент нагрузки этот микротрансформатор, предназначенный для работы на частотах в сотни мегагерц, показал великолепные результаты на значительно более низких частотах, вплоть до диапазона 40 м и при полной мощности трансивера.

Попутно разберемся с легендами о симметричности и симметрировании. Выясним, как очень просто определить является ли тот или иной ШПТЛ симметрирующим, или авторы только заявляют об этом свойстве, а симметрии там и в помине нет. Тут нам снова поможет “Его Величество – Эксперимент” и “Его высочество – теоретический анализ результатов эксперимента”. Сперва разберемся, что такое симметричный выход и чем он отличается от несимметричного. Оказывается тут все зависит от конструкции трансформатора. Вот, например, самый простой случай – ШПТЛ с коэффициентом трансформации 1:1. Любой настоящий или мнимый ШПТЛ (Бывают и такие! И не редко!) можно легко проверить с помощью своего домашнего трансивера. Достаточно присоединить к выходу трансформатора активную нагрузку (эквивалент) с сопротивлением, соответствующим к-ту трансформации, и проверить КСВ на 50-ти омном входе при максимальной мощности передатчика (максимальная точность КСВ метра) в заданном диапазоне частот. Если ШПТЛ настоящий, то КСВ должен быть близок к идеалу т.е. 1,0 и в ШИРОКОЙ полосе частот (на то он и ШИРОКОПОЛОСНЫЙ трансформатор!) Желательно иметь открытый на передачу трансивер с непрерывным перекрытием и не в коем случае не включать внутренний антенный тюнер. Свойство симметрии проверяется при приеме с помощью ПАЛЬЦА (не 21-го! Хотя, можно и им!). Симметрия — суть РАВНОПРАВИЕ обеих выводов нагрузки относительно земли (корпуса трансивера). При приеме какой-либо станции (можно вещательной, это удобнее…) при прикосновении ПАЛЬЦЕМ или отверткой к концам нагрузки, присоединенной к СИММЕТРИЧНОМУ выходу ШПТЛ, по показаниям S-метра и на слух все должно быть одинаково. Но уровень сигнала должен быть на один бал (-6 дБ или два раза по U) меньше на каждом несимметричном выходе. (это в случае к-та трансформации 1:1). В качестве нагрузки кратковременно даже для 100 Вт передачи удобно применять резистор МЛТ-2 на 51 Ом. При этом наблюдается интересный эффект — во время приема синала через симметрирующий транс, при проведении ПАЛЬЦЕМ по корпусу этого резистора с одного края будет слышна радиостанция, в центре резистора — ее слышно не будет, а с другого края — будет слышно так же, как с первого. Только при таких условиях трансформатор можно считать симметрирующим. Попробуйте разные конструкции ШПТЛ-ов, которые публикуются в литературе и в интернете. Результаты Вас могут сильно удивить…

Короче! Делайте свой смеситель на любом кольце с НЧ ферритом. Испытаете — напишите! Экспериментируйте смелее!

Сергей Макаркин, RX3AKT