Вч трансформаторы на ферритовых кольцах 1 4: Согласующие трансформаторы на ферритовых кольцах

Содержание

Согласующие трансформаторы на ферритовых кольцах

Поиск на HamQTH. Russian Internet Callbook. CCleaner 3. UltraISO 9.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как определить начальную магнитную проницаемость ферритового кольца.

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?


Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь. Не получили письмо с кодом активации? Страницы: [ 1 ] 2. Добрый день. Хочу сделать «балун» с коэффициентами трансформации , Намотка в три провода с отводами. Два вопроса. Вероятно речь идет о коэффициентах , и по сопротивлению. Сделать такой трансформатор это можно. Но работать будет неважно.

Дело в феррите. Если бы он во всем требуемом частотном диапазоне передавал через себя мощность с приемлемыми потерями как обычный, магнитный трансформатор , то все бы работало. Но феррит этого не делает, и валится уже единицах мегегерц.

Поэтому делаются широкополосные трансформаторы ШПТ на линиях, в которых в верхней части рабочего диапазона мощность передается не через феррит, а за счет электромагнитной связи между проводами линий. А для разных коэффициентов трансформации нужны линии с различным волновым сопротивлением: Для ШПТ — по Ом две в параллель на входе дадут 50 Ом, а последовательно на выходе — Ом.

Поэтому какими бы линиями Вы бы не намотали планируемый универсальный трансформатор, истинным ШПТ он будет только для одного коэффициента трансформации для которого волновое сопротивление использованных линий является правильным. А для других коэффициентов линии будут рассогласованы, что приведет к завалу АЧХ трансформатора сверху и повышенным КСВ и потерям. Трансформатор c одним, фиксированным коэффициентом сделать можно намотав его правильной для этого коэффициента линией.

На выходе любого транзисторного трансивера такой стоит. Но вот переключать коэффициент, увы. На небольшую реактивность ШПТ работают. Но на небольшую. Выше очень не рекомендуется — и коэффициент трансформации начинает гулять, и допустимая передаваемая мощность резко падает.

Konstantin Гость. Здравствуйте, Игорь! Провел лабораторную работу по способу питания согласно Резистор 47 Ом. Результат получился не супер. Можете прокомментировать? Трубка попалась неважнецкая: на 10 и 14 работает реактивность 20 Ом похоже от слишком тонких проводов , а ниже и выше нет.

Ну ниже и не должна особенно маловато на НЧ одного витка , а выше — от качества феррита зависит. Снизить его влияние на ВЧ можно сделав первичную обмотку трубкой, а вторичную — достаточно толстым проводом, то есть как в обычном ШПТ. Вообще для подавления помех на кабелях используется масса разных ферритов, с разными свойствами, поэтому сердечник надо сначала проверять — работает ли он на запланированных диапазонах.

Известны ли удачные решения без использования ферритов? Просто на длинных линиях. Но габариты таких трансформаторов не радуют. Возьмите четыре двухпроводных линии с волновым Ом придется сделать самостоятельно длиной метров по 5 каждая. Намотайте каждую из линий на свою пластиковую трубу диаметром С шагом, равным расстоянию между проводами.

Разместите трубы рядом с зазором больше ширины линий. Игорь, приветствую. Как нужно выбирать проницаемость феррита от частоты для которой планируется антенна?

И ещё: в статье несколько раз упоминается «трубка», но раз- по-отношению к ферриту, другой- по-отношению к какой-то другой трубке Путает немного. Разумнее всего применять такие же сердечники, что и в обычных готовых широкополосных трансформаторах ШПТ на требуемые мощность и полосу частот. Например, «слизать» конструкцию и сердечник с выходного трансформатора трансивера или транзисторного РА.

Собственно, откуда взялся трансформатор на 1-й феррритовой трубке от кабеля монитора, описанный в статье? Просто видел как-то трансформатор на двух таких трубках биноклем на входе самодельного лампового РА трансформатор 1 виток входная обмотка, 1 — выходная. Почти точно такой.

Он передавал Поскольку мне для антенны была нужна полоса только от Практика показала — работает. Более подробно не могу сказать — не специалист по ферритам.

Насчет трубок: имелись в виду ферритовая трубка и алюминиевая трубка антенны. Наверное все же не четко разграничил в описании, надо бы поправить. Понравилась запитка диполя с помощью ферритовой трубки. Надо попробовать как оно будет на практике.

В связи с этим задумался: будет ли такой способ питания диполя и элементом симметрирования? И второе. Что если подобные контура использовать для W3DZZ?

Надо только подсчитать длину концов для 3,5 МГц! Да, симметрированием будет. Точно так же, как и любой другой трансформатор с двумя отдельными обмотками. А вот использовать трубку как индуктивность трапа не рекомендовал бы. Реактивная мощность в катушке LC контура в Q раз выше активной. Минимальная добротность трапа Значит, при мощности в антенне Вт катушка трапа и ее сердечник будут должны выдерживать Столько на Достаточно ли просто использовать не 2 трубки а 4?

Люблю бинокли для согласования и симметрирования. Сделал такой для Слопера м излучающая -заземленная мачта Феррит нн, мм по 6 шт, длина см -расчет на Вт. RT8T Сообщений: 2 Репутация: 0. Планирую запитать диполь OCF см. Условия хорошие: между домами 12эт. Варианты: 1. До ввода фидера на балкон около 30м. Буду благодарен за мнения Михаил RT8T. SMF 2.


Устройство для индукционного нагрева, обеспечивающее заданный температурный профиль

Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь. Не получили письмо с кодом активации? Страницы: [ 1 ] 2. Добрый день.

Содержание ВКР: общие сведения о согласующих устройствах на применяемые в реализациях конструкций трансформаторов, а также выбран .. диэлектрических оправок на ферритовых кольцах, ограничения по месту.

Как сделать симметрирующий трансформатор 1:1 для кв антенны

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки. Это когда лень считать витки. Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки? Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты? Самодельный импульсный преобразователь напряжения из 1,5 в 9 Вольт для мультиметра. Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки.

Как сделать симметрирующий трансформатор 1:1 для кв антенны

Новости СМИ2. Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. Добавить статью. Новости СМИ2 Согласующий высокочастотный трансформатор.

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца ноябрь и декабрь года , в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины? Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.

Самостоятельное изготовление согласующего трансформатора 300/75 Ом

Просмотр полной версии : Симметрирующий трансформатор Подскажите пожалуйста,варианты изготовления трансформатора,на каких кольцах можно намотать симметр трансф. Есть кольца от ОС имплртных цветных телевизоров. Скрутите два провода намотайте на кольцо примерно до десяти витков соедините начало с концом другово подключите резстор ом и подайте мощность на любом диапазоне и увидете КСВ 1. Трансформатор готов я таким пользуюсь лет двадцать. Подскажите пожалуйста,варианты изготовления трансформатоAра ,на каких кольцах можно намотать симметр трансф.

Простой ШПТ на ферритовых трубках

Антенна с трансформатором 1 9 является наиболее простым способом усилить сигнал. Для того, чтоб правильно установить оборудование потребуется провести верный расчет согласующего трансформатора. ТС 1 к 9 может создать самостоятельно не только опытный мастер, но и новичок для собственных нужд в домашних условиях. Трансформаторы 1 к 9 используются радиолюбителями для согласования различных приборов. Удобно использовать для проволочных антенн, которые напитаны от конца. Оборудование стандартного вида, то есть широкополосное, позволяет изменить значение сопротивления до Ом от 50 Ом. Оптимально подходит для антенн с небольшой реактивной составляющей, с сопротивление на входных устройствах до Ом.

Согласующий антенный трансформатор (балун) от DGOSA · Частоты каналов Намотайте трансформатор на кольце с коэффициентом антенн огромные по величине ферритовые кольца возле полотна.

Согласующие трансформаторы на ВЧ-кольцах

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 ваттах. Для увеличения мощности трансформатора, количество трубок можно пропорционально увеличивать.

Конструкция антенны с трансформатором 1:9

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Ферритовые сердечники для импульсных трансформаторов из Китая

Забыл пароль Регистрация. Особенностью трансформаторных усилителей мощности является работа при малых нагрузочных сопротивлениях около 10 Ом. Поэтому шунтирующее влияние выходных емкостей транзисторов сказывается на более высоких частотах по сравнению с ламповыми каскадами. Это дает возможность создавать простые широкополосные усилители, которые имеют приемлемую выходную мощность и достаточный коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот без всякой перестройки. Для успешной работы широкополосных транзисторных усилителей наиболее важным элементом конструкции является правильное исполнение согласующих и дифференциальных симметрирующих широкополосных трансформаторов ШПТ.

Изобретение относится к устройствам индукционного нагрева, в частности к устройствам индукционного нагрева, обеспечивающим необходимое распределение температуры в нагреваемом изделии, и может быть использовано для термообработки изделий сложного профиля, несимметричных изделий, например железнодорожных рельсов и других.

О СОГЛАСОВАНИИ ПЛАСТИНЧАТЫХ АНТЕННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

По информации в интернете предполачаю, что его надо мотать в 5 проводов на ферритовом кольце, затем соединив обмотки последовательно. А для первичной обмотки использовать первую секцию. Аналогичто тому что на картинке, только намотка в 5 проводов. Но не ясно какой феррит брать. У коротковолновиков пишут что для их частот не важно какой феррит, что связь там не трансформаторная, и. Для меня непонятно, для чего в таком случае они ставят феррит, а не мотают на воздухе.

Известно, что в старых распространенных радиолюбительских конструкциях всегда рекомендовались ферриты с проницаемостью … А они ведь очень низкочастотные! Что, авторы этих конструкций, известные радиолюбители, совершили ошибку? Они то помнили и понимали, что энергия в ШПТЛ-ах передается не через перемагничивание сердечника, а непосредственно от элемента линии к элементу.


Как изготовить вч трансформаторы на кольцах. Симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках

Ферритовая трубка обладает одним большим достоинством — её несложно найти на сигнальном кабеле старого ЭЛТ монитора или купить такой кабель в компьютерном магазине. Обладая достаточной для КВ широкополостностью (порядка 1- 30 МГц) она позволяет реализовывать дешевле по цене антенны для трансивера. Принцип подсчета количества витков:

Синий провод-1 виток, Красный провод-1,5 витка.

Симметрирующий трансформатор на ферритовых трубках 50 / 300 Ом

Начинаем с того, что наматываем 2,5 витка (голубой цвет), исходя из требуемого сопротивления 300 Ом. Другой конец провода соединяем с массой на уровне подключения входа. Это будет общая точка массы. Беря начало из точки массы, наматываем новые 2,5 витка провода (зеленый цвет), которые заканчивают обмотку 300 Ом. Опять начиная с точки массы, наматываем еще 2 витка провода (красный цвет), который подключаем к входному разъему (PL). Диаметр провода определяется возможностью уместить обмотки в ферритовой трубке.

Примечание: Максимально толстым проводом.

Заполнение всего отверстия. Полным и равномерным заполнением окна сердечника,можно добиться меньшего «завала» на ВЧ диапазонах. Короткие выводы.

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»!

Не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора. Следуя этому принципу, мы можем осуществить различные согласования, соблюдая количество витков в соответствии с таблицей:

На эквиваленте нагрузки измеренный КСВ не превышает 1,5 (в диапазоне от 1 до 30 МГц).

Измеренные потери составили 0,4 dB.

(Прим. UA4AEU- можно добиться КСВ 1,1, компенсируя реактивность небольшой емкостью на входе или выходе балуна (подбирается экспериментально на самой высокой частоте).

При подключении к антенне возможен небольшой уход резонансной частоты антенны. Исходя из размера, обмотка может быть выполнена из эмалированного жесткого провода. Легче выполнить обмотку из гибкого изолированного провода.

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 9,5×17,5×35 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

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?

Принцип подсчета количества витков:

Синий провод — 1 виток,
Красный провод — 1,5 витка.

Balun 50 / 300

Начинаем с того, что наматываем 2,5 витка (голубой цвет ), исходя из требуемого сопротивления 300 Ом. Другой конец провода соединяем с массой на уровне подключения входа. Это будет общая точка массы. Беря начало из точки массы наматываем новые 2,5 витка провода (зеленый цвет ) которые заканчивают обмотку 300 ом. Опять начиная с точки массы, наматываем еще 2 витка провода (красный цвет ) который подключаем к входному разъему (PL).

Диаметр провода определяется возможностью уместить обмотки в ферритовой трубке.

(Прим. UA4AEU-Максимально толстым проводом.

Заполнение всего отверстия. Полным и равномерным заполнением окна сердечника можно добиться меньшего «завала» на ВЧ диапазонах.

Короткие выводы.

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»!

Не забываем, что чем больше реактивная составляющая в нагрузке, тем хуже для трансформатора. )

Следуя этому принципу мы можем осуществить различные согласования, соблюдая количество витков в соответствии с таблицей:

На эквиваленте нагрузки измеренный КСВ не превышает 1,5 в диапазоне от 1 до 30 MHz.

Измеренные потери составили 0,4 dB.

(Прим. UA4AEU- можно добиться КСВ 1,1 компенсируя реактивность небольшой емкостью на входе или выходе балуна (подбирается экспериментально на самой высокой частоте.

При подключении к антенне возможен небольшой уход резонансной частоты АНТ.).

Исходя из размера, обмотка может быть выполнена из эмалированного жесткого провода. Легче выполнить обмотку из гибкого изолированного провода.

Похожие материалы:

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

Вопросы согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера, а также симметрирование антенн для радиолюбителей всегда были и остаются актуальными. В последние годы особый интерес проявляется к трансформирующим и согласующим устройствам на ферритовых кольцах. Это связано с тем, что такие устройства могут быть малогабаритными, иметь высокий (до 98 %) КПД. Кроме того, в них не проявляются резонансные свойства при перекрытии частотного интервала в несколько октав (например, от 1 до 30 МГц) что особенно удобно, когда используются многодиапазонные антенны («квадраты», «INVERTED V» , 3-элементный трехдиапазонный «волновой канал» и т. д.).

В таких широкополосных трансформаторах обмотки выполняют в виде двухпроводных длинных линий передачи (на основе коаксиального кабеля или однородных), намотанных на ферритовое кольцо. Такое выполнение обмоток позволяет практически устранить индуктивность рассеивания и уменьшить индуктивность выводов.

Условное обозначение трансформатора на длинных линиях (ТДЛ), принятое в статье, с одной обмоткой из двухпроводной линии приведено на рис. 1.а, с несколькими (в данном случае с двумя) — на рис. 1.б.

На рис. 2 показано включение ТДЛ с коэффициентом трансформации n=1.

Трансформатор состоит из обмотки в виде однородной длинной линии, намотанной на кольцевой ферритовый магнитопровод. Ее электрическая длина P=2пl/L, где l — геометрическая длина линии, L — длина волны (лямбда). Так как при распространении высокочастотной волны токи, протекающие по проводникам линии, равны по значению и противоположны по направлению, то магнитопровод не намагничивается, а это значит, что мощность в феррите практически не теряется. При согласовании вол нового сопротивления линии g с сопротивлениями источника Rг и нагрузки Rн ТДЛ теоретически не имеет нижней и верхней граничных -частот. На практике же максимальная рабочая частота ограничивается из-за индуктивности выводов и излучения линии.

Следует обратить внимание на особенность ТДЛ. которая заключается в наличии двух видов напряжений: противофазного U, действующего между проводниками линии и определяемого мощностью сигнала, и синфазного (или продольного) V, обусловленного асимметрией нагрузки и зависящего от варианта включения трансформатора.

Как образуется синфазное напряжение, действующее между генератором и нагрузкой, т. е. на индуктивности линии Lл, хорошо видно из рис, 3.

Очевидно, что проводники длинной линии шунтируют нагрузку и генератор, если по ним протекают синфазные токи. Введение магнитопровода резко увеличивает индуктивность обмотки, тем самым повышает сопротивление синфазному току и резко уменьшает их шунтирующее действие. В тоже время на распространение волны магнитопровод не оказывает влияния, так как обеспечивается режим бегущей волны (Rг=g=Rи).

Существует несколько способов построения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п. Можно, например, придерживаться следующего правила. Обмотки (их должно быть n) выполняют из равных по электрической длине отрезков двухпроводных линий. Каждую обмотку размещают на отдельном кольцевом магнитопроводе одного типа. Входы линий с повышающей стороны соединяют последовательно, с понижающей — параллельно.

В общем виде схема включения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п показана на рис. 4.

Здесь справедливы соотношения Rг=n2Rн, U1=nU2, g=nRн.

На рис. 5 изображены различные варианты включения ТДЛ.

Можно построить ТДЛ и на одном магнитопроводе, но при этом обязательно соблюдают следующие требования. Во-первых, число витков каждой линии должно быть пропорционально значению синфазного напряжения, действующего между концами этой линии, поскольку обмотки связаны общим магнитным потоком. Во-вторых, геометрические длины всех линий обязательно должны быть одинаковыми. В зависимости от варианта включения ТДЛ может даже случиться, что некоторые линии частично или полностью должны быть размещены не на магнитопроводе.

Чтобы определить число витков в обмотках, необходимо вычислить значения синфазных напряжений Vк на каждой линии.

В ТДЛ с несимметричными входом и выходом (тип НН. рис. 5, а)

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

с симметричным входом и несимметричным выходом (тип СН, рис. 5, в)

Vк=(n/2-к)Uн;

с несимметричным входом и симметричным выходом (тип НС, рис. 5, г)

Vк=(n+1/2-к)Uн;

с симметричными входом и выходом (тип СС, рис. 5, д)

Vк=(n/2+t/2-к)Uн.

В формулах n — коэффициент трансформации, к — порядковый номер линии, считая сверху, Uн — напряжение на нагрузке.

Эти же формулы являются исходными. когда определяют отношение числа витков в обмотках, размещаемых на магнитопроводе. Если, например, ТДЛ с коэффициентом трансформации n=3 включают по схеме, изображенной на рис. 5, а, то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. Из этого следует, что верхнюю по рисунку линию размещают на магни-топроводе полностью (w1), у второй —только половину витков (w2=w1/2), а третья целиком (w3=0) должна находиться пне магнитопровода. Геометрическая длина всех линий одинакова.

При согласовании «волнового канала», имеющего входное сопротивление 18,5 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем с помощью ТДЛ (включен по схеме рис. 5, г) с коэффициентом трансформации 2 соотношение витков обмоток равно w1:w2= (2+1/2-1:(2+1/2-2)=3:1. Это означает, что на магнитопроводе верхняя по рисунку обмотка должна находиться целиком, а у второй — только ее третья часть.

Когда длина линий для обмоток много меньше длины рабочей волны, ТДЛ могут быть упрощены: линии, где синфазные напряжения равны нулю. заменяют перемычкой. В этом случае, например, трехобмоточный ТДЛ (рис. 5, д) преобразуется в двухобмоточный (рис. 6).

Коэффициент передачи ТДЛ зависит от того, насколько волновое сопротивление отлично от оптимального значения и каково при этом соотношение электрической длины линии и длины волны. Если, например, с отличается от требуемого в два раза, то потери в ТДЛ равны 0,45 дБ при длине линии лямбда/8 и 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 приведена зависимость коэффициента передачи ТДЛ с n=2 от фазовой длины его линий для трех значений g.

Расчет, приведенный в , показывает, что, если используются линии с оптимальными значениями у, коэффициент стоячей волны в ТДЛ не превышает 1,03 при длине линии лямбда/16 и 1,2 при длине лямбда/8. Отсюда можно сделать вывод, что параметры ТДЛ остаются удовлетворительными при длине двухпроводных линий меньше лямбда/8.

Исходными данными при расчете ТДЛ являются коэффициент трансформации п, вариант включения ТДЛ, нижняя и верхняя границы рабочего диапазона частот (в герцах), максимальная мощность Рmax на нагрузке (в ваттах), сопротивление нагрузки Rн (в омах) и волновое сопротивление фидера g (в омах). Расчет ведут в такой последовательности.

1. Определяют минимальную индуктивность проводника линии Lл (в генри) из условия, что

Lд>>Rг/2fн.

На практике Lл, можно брать в 5…10 раз больше вычисленного отношения Rг к 2fн.

2. Находят число витков w линии на кольце магнитопровода:

где dcp — средний диаметр кольца (в см), S — площадь поперечного сечения магнитопровода (в см 2),u — относительная магнитная проницаемость магнитопровода. 3. Рассчитывают синфазный ток Ic; (в амперах), протекающий по обмотке ТДЛ, на низшей рабочей частоте:

Ic=Vc/2пfнLл,

где Vc — синфазное напряжение на линии, вычисляемое для конкретных вариантов включения в соответствии с вышеприведенными соотношениями.

4. Определяют магнитную индукцию (в теслах) Магнитопровода:

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

Магнитопровод выбирают с учетом, чтобы он не насыщался синфазным током (или постоянным, если он есть). Для этого магнитная индукция в магнитопроводе должна быть на порядок меньше индукции насыщения (берут из справочников).

5. Находят Пиковое напряжение Uпик в линии:

где у — КСВ в фидере.

6. Вычисляют эффективное значение тока Iэфф (в амперах):

7. Определяют диаметр d проводов (в миллиметрах) длинной линии:

где J — допустимая плотность тока (в амперах на миллиметр квадратный).

Для ТДЛ антенных согласующих устройств подходят кольцевые (типоразмерами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнитопроводы из ферритов 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а также 400НН, 200НН, 100НН. При необходимости магнитопровод может быть составлен из нескольких колец. Нужное волновое сопротивление длинной линии получают, равномерно скручивая между собой (с определенным шагом) проводники (см. таблицу). В случае крестообразного соединения проводов с оказывается ниже, чем когда соединены между собой соседние проводники. Волновое сопротивление линии из нескрученных проводов диаметром 1.5 мм равнялось 86 Ом.

Волновое сопротивление длинной линии в зависимости от шага скрутки и вида соединений

Вид Шаг скрутки, см
4 3 2 1 0.67 0.25
: 70 60 56 44 36
I I 45 43 40 33 (32)*
X 23 22 20 18 (19)* 10**

* При диаметре проводов 1 мм.
** При диаметре проводов 0.33 мм.

Чтобы улучшить параметры (в частности, коэффициент асимметрии) и одновременно упростить конструкцию согласующе-трансформирующего узла, применяют последовательное соединение нескольких ТДЛ различного типа.

Для примера по приведенной методике рассчитаем составной ТДЛ с n=2. Он должен согласовать входное сопротивление 12,5 Ом симметричной антенны с коаксиальным кабелем РК-50. Нижняя рабочая частота — 14 МГц. Мощность не превышает 200 Вт. Для ТДЛ предполагается использовать магнитопроводы типоразмером К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см 2) из феррита 100НН (его удельная индукция насыщения — 0,44 Тл/см 2 ).

Пусть первая ступень с коэффициентом трансформации n=2 составного ТДЛ (рис. 8) будет включена по схеме рис. 5, а, а вторая (с n=1) -по схеме рис. 5, г.

Рассчитываем первый ТДЛ.

1. Находим Lл:

Примем Lл равной 13,5 мкГн.

2. Вычисляем число витков обмотки:

Такое число витков двойного толстого провода с трудом можно разместить в окне магнитопровода. Поэтому целесообразно использовать два кольца. В этом случае магнитопровод будет иметь размеры К45Х 28Х16 (S=1.4 см 2). Новое число w:

3. Определяем пиковое напряжение на нагрузке:

4. Находим синфазное напряжение на обмотках в соответствии со схемой включения (рис. 5, а):

V1=(2-1)71=71 В. Поскольку синфазное напряжение на второй обмотке равно 0, то эта обмотка заменяется перемычками (рис. 6).

5. Синфазный ток равен:

6. Вычисляем магнитную индукцию в магнитопроводе:

В=4*10 -6 *100*9*0,06/3,65=59*10 -6 Тл, что значительно меньше индукции насыщения.

Волновое сопротивление линии g1=50 Ом.

Во втором ТДЛ целесообразно применять такие же кольца, как и в первом. Тогда Lл=13,5 мкГн, w=9 витков.

7. Синфазное напряжение на обмотке V=(2+1/2-1)71=106,5 В.

8. Синфазный ток равен:

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

9. Магнитная индукция

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

И в данном случае она получается меньше индукции насыщения. Волновое сопротивление линии обмотки выбирают около 12 Ом.

Диаметр проводов для линий ТДЛ определяют так же, как и диаметр проводов для обмотки в обычных трансформаторах. Этот расчет здесь не приводится.

Внимательный читатель может заметить неточность в приведенном расчете (связана с применением составных ТДЛ). Она заключается в том, что индуктивность Lл вычисляется без учета того, что обмотки ТДЛ первой и второй ступени соединены, т. е. с некоторым запасом. Так что на практике в ТДЛ каждой ступени можно уменьшить число витков в обмотках и применить ферритовые магнитопроводы меньших размеров.

Используя комбинации различных одиночных ТДЛ, можно получить широкую гамму ТДЛ с заданными характеристиками .

У изготовленных ТДЛ следует измерять КПД и коэффициент асимметрии . Схема включения ТДЛ при определении первого параметра показана на рис. 9, второго — на рис. 10. Потери а (в децибелах) в трансформаторе рассчитывают по формуле: а=20lg(U1/nU2).

Симметрирующий ТДЛ (тип НС) с коэффициентом трансформации n=1, работающий в диапазоне частот 1,5… 30 МГц при выходной мощности до 200 Вт, для согласования фидера РК-50 с входным сопротивлением антенны 50 Ом можно изготовить на магнитопроводе 50ВНС типоразмером

К65Х40Х9. Число витков обмоток линии (g=50 Ом) — 9. Обмотки 1-1″, 2-2″ (рис. 12) мотают в 2 провода ПЭВ-2 1,4 бифилярно, без скруток. Чтобы обеспечить постоянство расстояния между проводами, на них надевают фторопластовую трубку. Обмотку 3-3″ наматывают отдельно на свободной части кольца тем же проводом и той же длиной, что обмотки 1-1″, 2-2″. КПД изготовленного ТДЛ был около 98%. коэффициент асимметрии — более 300.

ТДЛ с коэффициентом трансформации n=2 (тип НС), рассчитанный на мощность до 200 Вт, согласующий 75-омное волновое сопротивление фидера с симметричным входом антенны, у которой входное сопротивление 18 Ом. можно изготовить на магнитопроводе 200НН (рис. 13) типоразмером К65Х40Х9. Обмотки должны содержать 9 витков линий из проводов ПЭВ-2.1,0. Изготовленный трансформатор имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии на частоте 10 МГц — 20, на частоте 30 МГц — не менее 60.

На рис. 14 приведена схема включения составного ТДЛ (типа НС) с коэффициентом трансформации n=3, согласующего антенну, имеющую входное сопротивление 9 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем. ТДЛ, рассчитанный на работу в диапазоне 10…30 МГц при мощности до 200 Вт, выполняют на кольцах (типоразмер К32Х20Х6) из феррита 50ВНС. Магнитопроводы трансформаторов WT1 и WT2 составляют из двух колец, обмотки и катушка L1 должны содержать по 6 витков. Длинные линии и катушку выполняют проводом ПЭВ-2 1,0. Волновое сопротивление линии для WT1 — 70 Ом, для WT2 — 25 Ом. Построенный ТДЛ имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии — не менее 250.

Перед эксплуатацией ТДЛ следует принять меры по защите их от неблагоприятных климатических воздействий. Для этого трансформаторы обматывают фторопластовой лентой, помещают в коробку и, если есть возможность, заливают компаундом КЛТ.

Литература:

1. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.- М.; Радио и связь, 1983.
2. Ротхаммель К. Антенны.- М.: Энергия, 1979.
3. Захаров В. Трехдиапазонная трехэлементная антенна волновой канал.- Радио, 1970. № 4.
4. Лондон С. Е., Томашевич С.В. — Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам.- М.; Радио и связь, 1984.
5. Михайлова М. и др. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.

РАДИО N 6, 1987 г., c.26-29.

ВЧ трансформаторы на ферритовых магнитопроводах — Разное — Статьи — Принципиальные схемы, статьи, журналы, книги, по электронике


Статья написана на основе собствен- ого опыта автора и анализа материалов отечественных и зарубежных источников. Она не претендует на какую- либо новизну и предназначена для радиолюбителей-коротковолновиков, особенно начинающих, занимающихся конструированием широкополосных усилителей мощности. В радиолюбительском эфире и в сети Интернет довольно часто можно услышать и прочитать неверные, а зачастую вредные, но произносимые весьма убедительным тоном суждения о плохой работе в усилителях мощности, устройствах согласования антенн и т. д., ВЧ трансформаторов на ферритах с большой магнитной проницаемостью. Попробуем сделать краткий анализ работы ВЧ трансформаторов различных конструкций [1—3]. Наиболее распространенный тип трансформатора в радиолюбительских конструкциях — на кольцевом магнито- проводе из феррита или порошкового железа, так называемые трансформаторы на длинных линиях (ТДЛ). Их диапазон рабочих частот может составлять до пяти октав, и одна из главных причин, связанных с частотными ограничениями, — его конструкция. Обычно обмотки трансформатора выполняются тремя свитыми между собой проводами на одном кольце. Такая конструкция влечет за собой, по крайней мере, две проблемы. Первая — смещение фаз на высоких частотах во вторичных обмотках (если их несколько), зависящее от типа применяемой для намотки линии. Рассогласование фаз во вторичных обмотках относительно друг друга влечет за собой несогласованную работу пара- фазного каскада, следующего за трансформатором. И вторая проблема заключается в том, что трансформаторы подобного рода, особенно в радиолюбительских разработках, имеют недостаточную магнитную проницаемость магнитопровода. Это приводит к изменению расчетного активного сопротивления в полосе частот (особенно на низких частотах). Такие трансформаторы имеют, как правило, относительно большое число витков, что приводит к значительной индуктивности рассеяния и появлению межобмоточной емкости. Все вышеуказанные факторы не самым лучшим образом влияют на широкополосные свойства ВЧ трансфор- матора. Поэтому применение конструкции, где обмотки выполнены на одном кольцевом магнитопроводе, в широкополосных трансформаторах является достаточно проблематичным. Однако кольцевые магнитопроводы из феррита или порошкового железа неплохо зарекомендовали себя при изготовлении резонансных (узкополосных) контуров в различного рода фильтрах. Хорошая альтернатива ТДЛ — трансформатор с объемным витком (выполнен в виде «бочонка»). В таких конструкциях межобмоточная емкость и паразитная индуктивность рассеяния сведены к минимуму, так как обмотки намотаны на отдельных ферритовых магнитопроводах и помещены в экранированные друг от друга отсеки, а связь между ними обеспечивает металлический стержень (керн). ВЧ трансформаторы подобного рода имеют большую широ- кополосность (сотни мегагерц), с хорошим постоянством параметров в полосе частот. Однако и здесь есть свои подводные камни. Такие трансформаторы имеют ограниченное применение при передаче сигнала большой мощности, так как в качестве элемента связи между обмотками используется стержень из немагнитного материала, проходящий через магнитопроводы. При передаче через трансформатор мощного (десять и более ватт) сигнала происходит ее ограничение на выходе. И чем больше предаваемая мощность, тем хуже коэффициент передачи. Основная же мощность уходит на нагрев трансформатора. Не берусь судить о причинах этого эффекта. По всей видимости, здесь требуются дополнительные эксперименты с применением различных материалов для трансформаторов. На малых же мощностях такие ВЧ трансформаторы имеют великолепные параметры. Еще одна широко распространенная конструкция ВЧ трансформаторов — это трансформаторы с внешним витком, так называемые «бинокли». Их изготавливают на двухотверстных (трансфлюкторах) или трубчатых ферритовых магнитопроводах. И те и другие можно заменить набором из кольцевых магнитопроводов. Но в среде радиолюбителей-конструкторов до сих пор нет единого мнения о методике изготовления подобных трансформаторов и, самое главное, о выборе магнитной проницаемости его основного материала — феррита. Однако это уже давным-давно определено зарубежными фирмами, специализирующимися на выпуске средств радиосвязи, которые широко используют подобные трансформаторы в своих конструкциях — симметрирующих трансформаторах, антенн (балунах) с различными коэффициентами трансформации, входных и выходных ВЧ трансформаторах усилителей мощности, различных согласователях. Диапазон рабочих частот трансформаторов подобного исполнения при работе на нагрузку с полным сопротивлением до 500 Ом может достигать десяти октав, если реактивное сопротивление обмоток трансформатора на самой низкой рабочей частоте составляет не более четверти от соответствующих нагрузочных импедансов. В противном случае снижается нижняя рабочая частота трансформатора. Попробуем ближе рассмотреть процесс конструирования такого ВЧ трансформатора. Итак, чтобы обеспечить малую индуктивность рассеяния и межобмоточную емкость, обмотки следует стремиться выполнять с малым числом витков. Но тогда не хватит индуктивности на низкочастотном участке рабочего диапазона!? Увеличить ее можно, применив феррит с высокой или очень высокой магнитной проницаемостью. Не 100 и не 400, как часто можно услышать в эфире от «знатоков», и даже не 1000, а еще выше — не менее 2—5 тысяч. Фирменные трансформаторы, работающие в полосе частот 1…500 МГц, выполняются на ферритах с проницаемостью даже 10000. Не верьте «знатокам», утверждающим, что такие ферриты «…не работают на высоких частотах…». И не нужно ему там работать. Его основная задача — обеспечение высокой индуктивности обмоток при минимальном количестве витков в них. Да, есть и в этом случае паразитные межобмоточная емкость и индуктивность рассеяния, но эти величины при таком исполнении пренебрежительно малы, особенно емкость. Компенсировать паразитную индуктивность рассеяния при нагрузочных импедансах до 500…600 Ом просто. Достаточно подключить параллельно обмотке такую же реактивность, но с другим знаком — конденсатор. Компенсировать же паразитную емкость можно, подключив к обмотке тот же конденсатор, но последовательно с ней. Правда, при нашей (радиолюбительской) полосе частот это не основ- Rв х / R в ы х О м 50/50 50/110 50/200 50/300 50/450 50/600 50/800 Число витков первичной обмотки 2 2 2 2 2 2 2 Число витков вторичной обмотки 1+1 1,5+1,5 2+2 2,5+2,5 3+3 3,5+3,5 4+4 ная паразитная реактивность. Поэтому компенсацией межобмоточной емкости, в нашем случае, можно и пожертвовать. Паразитную индуктивность рассеяния с достаточной точностью можно измерить измерителем индуктивнос- тей, пересчитав ее в реактивность. Полученное значение реактивности следует заменить на отрицательное, т. е. на емкость. Или же просто подобрать конденсатор по минимуму КСВ. Найти ферриты с высокой магнитной проницаемостью (несколько тысяч) не сложно. Они в виде трубчатых изделий широко применяются во всевозможных импортных кабелях для защиты от наводок и помех (шнуры питания офисной и домашней техники, соединительные шнуры цифровых фотоаппаратов, мо- ниторные и компьютерные кабели, USB-удлинители и т. д.). ‘Трубки» оте- чественных производителей отличаются по своим магнитным свойствам не в лучшую сторону. Однако и на них получаются трансформаторы довольно высокого качества. При намотке трансформатора следует стремиться максимально заполнить внутренний объем «бинокля». Это достигается применением провода большого сечения с равномерным заполнением отверстий либо выполнением обмоток коаксиальным кабелем или линией (например, сетевым шнуром от паяльника). Хороший вариант — использовать для намотки жгут, составленный из свитых между собой проводов МГТФ. В таблице приведены ориентировочные намоточные данные ВЧ трансформаторов на трубчатых ферритах с большой магнитной проницаемостью [4]. Как видно, выбор по коэффициенту трансформации сопротивления достаточно широк и соответствует основным значениям, используемым в радиолюбительской практике. Первичную обмотку можно выполнить и из одного витка сохранив при этом пропорции для вторичной обмотки. Вторичную обмотку мотают двойным проводом или коаксиальным кабелем. Конец одного провода вторичной обмотки, соединенный с началом ее другого провода, образует среднюю точку обмотки. Соединив среднюю точку вторичной обмотки с одним из выводов первичной обмотки, кроме трансформации, получим и симметрирование вторичной обмотки. Автором был изготовлен трансформатор на ферритовых трубках от кабелей питания промышленной электроники, проницаемость — более 6000. Первичная обмотка состояла из двух витков монтажного провода сечением 3 мм2. Вторичная — из трех витков сетевого шнура от электропаяльника. Начало одного провода шнура соединено с концом другого провода шнура (3+3 витка вторичной обмотки). Коэффициент трансформации — 1:9. Габаритная мощность трансформатора достаточна для передачи мощности до 1 кВт. Трансформатор с подключенной к вторичной обмотке нагрузкой 510 Ом, при входном сопротивлении 50 Ом, имел КСВ = 1,1 …1,2 в полосе частот 1,7…26 МГц. КСВ повышался до 1,7 ближе к частоте 38 МГц. При подключении параллельно первичной обмотке трансформатора конденсатора емкостью 52 пФ (компенсация индуктивности рассеяния обмоток) КСВ вы- равнялся до 1…1.2 в полосе частот от 1,7…42 МГц. На фотографиях (рис.1 — 3) показаны результаты измерений, выполненных прибором MFJ-269. На рис. 4 можно наблюдать результат измерения параметров трансформатора с коэффициентом трансформации 1:4, также изготовленного автором [5]. Вторичная обмотка состоит из двух витков коаксиального кабеля, с последующим последовательным соединением центрального провода кабеля и экрана в качестве половин обмоток. Частот- ный диапазон трансформатора без применения компенсирующих емкостей составил 1,8…29 МГц при КСВ = 1,1…1,6. При подключении к первичной обмотке конденсатора емкостью 43 пФ и 10 пФ к вторичной КСВ в полосе частот 3,4…32 МГц был равен единице, а в полосе 1,7. ..47 МГц не превышал 1,2. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что не следует бояться применять ферриты с большой магнитной проницаемостью в своих конструкциях. Кроме того, автор считает ошибочным рекомендации о применении в «биноклях» ферритов смешанных значений проницаемости (например, ВЧ50+1000НН и т.д.). ЛИТЕРАТУРА 1. Бунин С. Г., Яйленко Л. П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. — Киев, Техника, 1984, с. 146. 2. Рэд Э. Т. Схемотехника радиоприемников — М.: Мир, 1989.

Широкополосные трансформаторы | Полезное

Известно, что в старых распространенных радиолюбительских конструкциях всегда рекомендовались ферриты с проницаемостью 2000…600. А они ведь очень низкочастотные! Однако же в каком ни будь “Радио-76” они стоят и на входе и во всех смесителях. Что, авторы этих конструкций, известные радиолюбители, совершили ошибку? Отнюдь! Они то помнили и понимали, что энергия в ШПТЛ-ах передается не через перемагничивание сердечника, а непосредственно от элемента линии к элементу. Феррит здесь нужен для того, что бы повысить сопротивление линии для синфазных токов и в качестве “сборщика” полей рассеивания. Т.е. поглотителя энергии, которая паразитно наводится вокруг линии. Я, например, в своих конструкциях на КВ часто использую ферритовые кольца НМ2000. Это не значит, что надо применять только такие ферриты. Я хочу сказать, что и с такими магнитопроводами трансформаторы вполне нормально работают в широкой полосе радиочастот.
Какие же условия должны соблюдаться для того, что бы трансформатор был именно на длинных линиях?

1) Его обмотки должны представлять собой длинные линии с известным волновым сопротивлением. Проще говоря — все “обмотки” трансформатора должны быть сделаны из параллельных или слегка скрученных проводов с одинаковыми расстояниями между ними. Конструкции трансформаторов, которые выполнены “традиционным” способом (первичная обмотка на одной части кольца, вторичная на другой) НЕ РАБОТОСПОСОБНЫ! В этом можно убедиться, сделав простой эксперимент. Намотайте трансформатор на кольце с коэффициентом трансформации 1:1 или 1:2 (эти цифры еще один повод для обсуждения) и нагрузите на соответственный эквивалент нагрузки, сделанный, например, из резистора МЛТ-2. В первом случае — это 50 Ом, а во втором — 200 Ом. Подайте на трансформатор постоянный сигнал небольшой мощности с любого современного трансивера, используя его, как ГСС. Так вот, когда трансформатор намотан “традиционным” способом, то он дает КСВ на входе, равный БЕСКОНЕЧНОСТИ! А когда ваш трансформатор по конструкции — истинный ШПТЛ, то КСВ будет около 1 и в широком диапазоне частот. Опыт можно повторить с различными ферритами. Такой эксперимент очень показателен, его можно проделать не выходя из дома, на своем рабочем столе,

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

Особенности трансформаторов на ферритовых кольцах. | Старый радиолюбитель

Понадобился мне тут широкополосный симметрирующий трансформатор для балансного смесителя.Я его, конечно, сделал и хочу поделиться своим опытом.

Если уж в НЧ технике приходиться ухищряться при изготовлении трансформаторов, то, наверное, для изготовления ВЧ трансформатора с полосой 1 — 30 МГц все гораздо сложнее. Оказалось, что это все не совсем так.

Обратился я к очень хорошей книге «Справочник радиолюбителя — коротковолновика.» С.Г Бунин и Л.П. Яйленко, издательство Наука, Киев, 1984 г (http://www.radioscanner.ru/files/antennas/file1440/, http://www.cqham.ru/lib.htm). Прекрасная книга, читайте — не пожалеете. В этой книге есть раздел, посвященный широкополосным трансформаторам.

В широкополосных усилителях и смесителях используют чаще всего широкополосные трансформаторы двух видов: с индуктивной связью между обмотками и трансформаторы на основе длинных линий (ШПТЛ).

С первым типом трансформаторов все понятно.

Рис. 1 Трансформатор с магнитной связью между обмотками.

Рис. 1 Трансформатор с магнитной связью между обмотками.

Энергия из первичной обмотки передается во вторичную через магнитный поток Ф. Поэтому в этом типе трансформаторов большую роль играет правильный выбор марки феррита, от чего зависят потери.

Но старые радиолюбители на своем опыте убедились, что трансформатор на кольце 600НН на входе смесителей в “Радио-76” прекрасно работает в полосе 1,8-30 МГц. Секрет в том, что это трансформаторы на длинных линиях. Не буду вдаваться в теорию (кому нужно — посмотрите в справочнике), но секрет этих трансформаторов в том, что все обмотки трансформатора должны быть сделаны из параллельных или слегка скрученных проводов с одинаковыми расстояниями между ними. Передача энергии происходит не через сердечник, а через емкость между проводниками.

В некоторых статьях в сети, посвященных этой теме, а также в еще более многочисленных описаниях приемников, часто прослеживается мысль о том, что в ШПТЛ марка феррита не имеет значение — можно брать от 1000 до 100. Я решил проверить так ли все обстоит на самом деле, благо наличие NanoVNA делает это исследование очень доступным.

Для исследования я взял несколько типов колец, основным из которых были купленные на Али кольца зеленого цвета (10х6х5). С помощью измерителя индуктивности и программы Coil32 я рассчитал их проницаемость — получилось около 2000. Также у меня были наши кольца из феррита 2000НН (10х6х3), кольца черного цвета с Али (проницаемость около 800 18х10х8) и красные кольца с проницаемостью 10 (14х8х4). Вот что у меня получилось.

Первым я намотал «магнитный» трансформатор на зеленом кольце проводом ПЭЛ 0,33.

Рис. 1. «Магнитный» трансформатор.

Рис. 1. «Магнитный» трансформатор.

Вот его АЧХ в диапазоне от 1 до 35 мГц.

Рис. 2. АЧХ «магнитного» трансформатора.

Рис. 2. АЧХ «магнитного» трансформатора.

Как видно, АЧХ имеет спад почти на 25 дБ.

Теперь берем два провода 0,33 складываем их параллельно (я взял провода разного цвета), а в другом случае скручиваем их между собой (примерно 2 скрутки на см). И мотаем по 16 витков.

Рис. 3. Трансформаторы с параллельной укладкой проводов и со скруткой

Рис. 3. Трансформаторы с параллельной укладкой проводов и со скруткой

Рис. 4. АЧХ трансформатора с параллельной укладкой проводников.

Рис. 4. АЧХ трансформатора с параллельной укладкой проводников.

Почувствуйте разницу! Неравномерность около 25 дБ и около 2дБ, а в диапазоне частот 1-20 МГц — чуть более 1 дБ.

Рис. 5. АЧХ трансформатора со скрученными проводниками.

Рис. 5. АЧХ трансформатора со скрученными проводниками.

Скрученные проводники дают тот же результат. что и параллельные. Попробую уменьшить число витков до 7.

Рис. 6. АЧХ трансформатора с 7-ю витками скрученного провода.

Рис. 6. АЧХ трансформатора с 7-ю витками скрученного провода.

Кажется, что при уменьшении числа витков должен появиться завал на низких частотах и уменьшение потерь на высоких. На практике оказывается наоборот — увеличился завал на высоких частотах.

Возвращаюсь к 16 виткам, но делаю их скрученными проводами ПЭЛ 0,15.

Рис. 7. АЧХ трансформатора с 16-ю витками скрученного провода ПЭЛ 0,15

Рис. 7. АЧХ трансформатора с 16-ю витками скрученного провода ПЭЛ 0,15

Вот это то, что надо! Неравномерность во всем диапазоне менее 1 дБ!

Теперь возьмем высокочастотное кольцо.

Рис. 8. Трансформатор на кольце из высокочастотного феррита.

Рис. 8. Трансформатор на кольце из высокочастотного феррита.

Рис. 9. АЧХ трансформатора на кольце из высокочастотного феррита.

Рис. 9. АЧХ трансформатора на кольце из высокочастотного феррита.

В этом случае имеем сильный завал на частотах ниже 3,5 МГц и бОльшие потери, чем на рис. 7.

А теперь черные кольца.

Рис. 10. Трансформатор на кольце черного цвета и поэкспериментирую с количеством витков.

Рис. 10. Трансформатор на кольце черного цвета и поэкспериментирую с количеством витков.

Рис. 11. АЧХ трансформатора на кольце черного цвета (15 витков скрученного ПЭЛ 0,33).

Рис. 11. АЧХ трансформатора на кольце черного цвета (15 витков скрученного ПЭЛ 0,33).

Рис. 12. АЧХ трансформатора на кольце черного цвета (8 витков скрученного ПЭЛ 0,33).

Рис. 12. АЧХ трансформатора на кольце черного цвета (8 витков скрученного ПЭЛ 0,33).

Рис. 13. АЧХ трансформатора на кольце черного цвета (8 витков скрученного ПЭЛ 0,33).

Рис. 13. АЧХ трансформатора на кольце черного цвета (8 витков скрученного ПЭЛ 0,33).

При большом количестве витков (рис.11) на АЧХ появился резонансный провал, обусловленный видимо собственной емкостью обмотки. При уменьшении числа витков до восьми (рис. 12) этот провал исчезает и неравномерность АЧХ составляет около 2 дБ на частотах выше 100 кГц. При дальнейшем уменьшении числа витков неравномерность увеличивается.

Как я прочитал в сети, в качестве сердечника можно использовать не только кольцевые, но и стержневые сердечники, учитывая при этом, что поле рассеивания сильно увеличивается.

Рис. 14. Трансформаторы на ферритовых стержнях (вверху стержень 600НН, внизу — 150ВН).

Рис. 14. Трансформаторы на ферритовых стержнях (вверху стержень 600НН, внизу — 150ВН).

Я намотал по 11 витков скрученным проводом ПЭЛ 0,33.

Рис. 15. АЧХ трансформатора на ферритовом стержне 600НН.

Рис. 15. АЧХ трансформатора на ферритовом стержне 600НН.

Рис. 16. АЧХ трансформатора на ферритовом стержне 150 ВН.

Рис. 16. АЧХ трансформатора на ферритовом стержне 150 ВН.

На высокочастотном стержне АЧХ весьма пристойная, а на стержне 600НН наверное можно оптимизировать АЧХ подбором числа витков.

Кроме колец и стержней есть еще бинокли и магнитные защелки. Биноклей у меня не оказалось, а вот защелки были.

Рис. 17. Трансформатор на магнитной защелке.

Рис. 17. Трансформатор на магнитной защелке.

Рис. 18. АЧХ трансформатора на магнитной защелке.

Рис. 18. АЧХ трансформатора на магнитной защелке.

Несмотря на неряшливую намотку, видно. что такой трансформатор вполне работоспособен.

Для двухтактных усилителей мощности и в антеннах используют трансформатор на двух защелках, изображающих бинокль. Часто вместо защелок используют трубки, набранные из ферритовых колец. У меня нашелся понижающий трансформатор, который я использовал для согласования антенны с кабелем.

Рис. 19. Согласующий трансформатор.

Рис. 19. Согласующий трансформатор.

Рис. 20. АЧХ согласующего трансформатора.

Рис. 20. АЧХ согласующего трансформатора.

АЧХ согласующего трансформатора повторяет рис. 18, только потери больше. Это объясняется тем, что во всех трансформаторах, кроме согласующего, КСВ не превышал 1,8. В согласующем трансформаторе КСВ был больше 3-х.

Вот таковы результаты моих экспериментов. Они говорят о том, что если вы хотите получить минимальные потери и малую неравномерность АЧХ в широкой полосе частот, вам возможно нужно будет подобрать число витков (от их числа зависит не только неравномерность АЧХ, но и входное и выходное сопротивление).

Обращаю внимание, что я проводил свои эксперименты с сигналами малой мощности. При большой мощности все будет сложнее.

Всем здоровья и успехов!

Что такое широкополосный трансформатор? — Самодельные — Трансиверы, узлы и блоки — Каталог статей и схем

     Самодельный трансивер на 144 мГц. Смеситель типовой — трансформаторы на колечках, диоды… Вопрос в кольцах. Согласно справочнику 50 ВЧ работают до 30 МГц. 20 ВЧ — немного более. А вот на 144 МГц – вопрос! Так вот, на этих кольцах трансформаторы потянут ли?

     В этих нескольких строчках заключены вопросы, ответы на которые, казалось бы, очевидны для большинства радиолюбителей. Бери кольцо, да мотай! Однако, не все так просто в понимании работы широкополосных трансформаторов. Пришлось собрать в уме все то, чему меня учили, свой практический опыт и дать ответ…

     По поводу ферритовых колец в смесителе в данном случае, и вообще о широкополосных трансформаторах на длинных линиях (ШПТЛ), существует множество глубоких и устойчивых заблуждений. Здесь как раз одно из них! Хотя, если «потянуть ниточку”, то концов в этом «клубочке” заблуждений окажется очень много.

     Известно, что в старых распространенных радиолюбительских конструкциях всегда рекомендовались ферриты с проницаемостью 2000…600. А они ведь очень низкочастотные! Однако же в каком нибудь «Радио-76” они стоят и на входе и во всех смесителях. Что, авторы этих конструкций, известные радиолюбители, совершили ошибку? Отнюдь! Они то помнили и понимали, что энергия в ШПТЛ-ах передается не через перемагничивание сердечника, а непосредственно от элемента линии к элементу. Феррит здесь нужен для того, что бы повысить сопротивление линии для синфазных токов и в качестве «сборщика” полей рассеивания. Т.е., поглотителя энергии, которая паразитно наводится вокруг линии. Я, например, в своих конструкциях на КВ часто использую ферритовые кольца НМ2000. Это не значит, что надо применять только такие ферриты. Я хочу сказать, что и с такими магнитопроводами трансформаторы вполне нормально работают в широкой полосе радиочастот.

     Какие же условия должны соблюдаться для того, чтобы трансформатор был именно на длинных линиях?

1) Его обмотки должны представлять собой длинные линии с известным волновым сопротивлением. Проще говоря,  все «обмотки” трансформатора должны быть сделаны из параллельных или слегка скрученных проводов с одинаковыми расстояниями между ними. Конструкции трансформаторов, которые выполнены «традиционным” способом (первичная обмотка на одной части кольца, вторичная на другой) НЕ РАБОТОСПОСОБНЫ! В этом можно убедиться, сделав простой эксперимент. Намотайте трансформатор на кольце с коэффициентом трансформации 1:1 или 1:2 (эти цифры еще один повод для обсуждения) и нагрузите на соответственный эквивалент нагрузки, сделанный, например, из резистора МЛТ-2. В первом случае — это 50 Ом, а во втором — 200 Ом. Подайте на трансформатор постоянный сигнал небольшой мощности с любого современного трансивера, используя его, как ГСС. Так вот, когда трансформатор намотан «традиционным” способом, то он дает КСВ на входе, равный БЕСКОНЕЧНОСТИ! А когда ваш трансформатор по конструкции — истинный ШПТЛ, то КСВ будет около 1 и в широком диапазоне частот. Опыт можно повторить с различными ферритами. Такой эксперимент очень показателен, его можно проделать не выходя из дома, на своем рабочем столе;

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 оттуда «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 абсурда! Вот разговор подслушанный в эфире – два радиолюбителя обсуждают как сделать трансформатор 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 это 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-тиомный вход трансформатора мощность 20 мВт, на 75-тиоммном 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 на рис.1

Рис.1

     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.

Рис.2

     По конструктивным и эксплуатационным соображениям нежелательно также 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, вследствие чего ухудшается широкополосность.

Рис.3

     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 пятидесятиомной 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.

Рис.4

     Эту больную тему можно было бы еще развивать до бесконечности, но… Все затмила конструкция широкополосного симметрирующего трансформатора на трансфлюксоре (двухдырочном ферритовом сердечнике) показанная на рис.4, которую мне удалось «подсмотреть” в импортной антенне для телевизора типа «усы”. Изображение на рисунке, 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.

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

Сергей Макаркин, RX3AKT

e-mail: [email protected]

Симметрирующие согласующие трансформаторы принцип работы. Самодельные широкополосные симметрирующие дроссели и трансформаторы на ферритовых трубках

Под согласованием понимают обеспечение равенства волнового сопротивления фидера входным сопротивлениям антенны и телевизора. Особое значение для повышения качества изображения имеет согласование фидера со входом телевизора.

У современных телевизоров вход несимметричный, 75-омный, поэтому при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом согласование на входе телевизора обеспечивается автоматически. Что касается точности согласования фидера с антенной, то оно играет роль преимущественно при приеме слабых сигналов.

Симметрирование — это подключение симметричной антенны (имеется в виду «электрическая» симметрия) к несимметричному фидеру (коаксиальный кабель), при котором исключаются протекание токов по внешнему проводнику (оплетке) фидера и его антенный эффект. Антенный эффект может возникнуть в любом фидере при неправильном подключении его к антенне, что приводит к искажению диаграммы направленности антенны и приему помех.

Если фидерная линия возбуждается под действием электромагнитного поля, при приеме сигналов от близко расположенного передатчика на вход телевизора будут поступать два сигнала — от антенны и фидера. Более слабый сигнал, принятый фидерной линией, достигнет входа первым. В результате на экране могут появиться менее контрастные изображения, сдвинутые влево от основного. Если сдвиг между основным и повторным изображениями невелик, основное изображение получается нечетким, а его контуры — утолщенными. В условиях дальнего приема антенный эффект приводит к уменьшению соотношения сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Симметрирующее устройство должно выполнять роль перехода, который позволяет соединить симметричные относительно земли антенны с несимметричным фидером. Согласующее устройство должно преобразовать входное сопротивление антенны до уровня волнового сопротивления фидера, благодаря чему обеспечивается максимальный сигнал на входе телевизора.

Симметрирующий мостик (рис. 10.11) представляет собой две металлические трубки (1), которые прикрепляются к концам активного вибратора (2) антенны путем сварки, болтовыми соединениями и другими способами в точках А и Б, и закороченные на расстоянии четверти длины волны в свободном пространстве металлической перемычкой (3) произвольной ширины. Важно обеспечить надежный контакт с трубками мостика, особенно если предусмотрена возможность небольшого передвижения перемычки. Путем незначительного изменения длины М мостика с помощью короткозамыкающей перемычки можно добиться наибольшей контрастности изображения на экране телевизора, особенно при слабом принимаемом сигнале.

Расстояние между трубками мостика не критично, в основном оно определяется разрывом между концами вибратора антенны. На метровых волнах оно может быть 50…100 мм, на дециметровых — 10…30 мм. Диаметр трубок мостика любой, но он должен быть одинаковым для обеих трубок. Обычно его выбирают таким же, как и диаметр трубок вибратора антенны. Практически на метровых волнах диаметр равняется 10…20 мм, а на дециметровых — 5…10 мм.

Фидер (4) (кабель марки РК с волновым сопротивлением 75 Ом) протягивают внутри одной из трубок — левой или правой. Если кабель протягивают через правую трубку, то и оплетку кабеля припаивают к точке Б, а центральный проводник — к точке А и наоборот. Если кабель невозможно протянуть в трубке, то его прикрепляют к ней в нескольких местах. Если кабель прокладывают к точкам А и Б, нельзя снимать защитную оболочку, так как не будет обеспечено симметрирование антенны.

Симметрируюший короткозамкнутый шлейф (рис. 10.12) представляет собой четвертьволновый мостик на отрезках коаксиального кабеля. Роль трубок мостика играют оплетки кабелей. Оплетку фидера и центральный проводник припаивают к вибратору антенны аналогично мостику. Нижний конец шлейфа (2) соединяют с оплеткой фидера (4) с помощью жесткой металлической перемычки (3), которая одновременно фиксирует расстояние между кабелями. Для перемычки можно использовать оплетку шлейфа. Оплетки кабелей (1) и (2) припаивают друг к другу легкоплавким припоем во избежание оплавления изоляции. Отрезок шлейфа выполняют из кабеля, который идет для изготовления фидера.

Оба конца центрального провода кабеля можно срезать заподлицо и оставить разомкнутыми или спаять с оплетками, так как он не участвует в работе шлейфа. Для обеспечения параллельности кабелей необходимо установить между ними изоляционные распорки (5). Вместо них можно закрепить кабели параллельно друг другу на изоляционной пластине.

Размеры описанных выше устройств для метровых волн приведены в табл. 10.5, а для дециметровых — в табл. 10.6. В верхних каналах диапазона ДМВ длины волн относительно короткие, поэтому трудно установить шлейф длиной 10…15 см. В таких случаях длину шлейфа (мостика) можно увеличить в нечетное количество раз. Принцип работы этих устройств такой же.

Мостик и шлейф имеют одинаковые параметры и диапазонные свойства. Механически более прочен и надежен четвертьволновый мостик, но изготовить его несколько сложнее, чем шлейф.

Оба симметрирующих устройства используют в антеннах, входное сопротивление которых близко к 75 Ом (например, линейный полуволновый вибратор, рамочные антенны, многоэлементные антенны типа «Волновой канал», широкополосные и др.). Мостик и шлейф широко применяются при подключении коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом к синфазным антеннам, когда сумма входных сопротивлений отдельных антенн близка к 75 Ом.

В этих случаях симметрирующие устройства типа мостика и шлейфа обеспечивают согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением 75-омного фидера, так как они являются устройствами трансформаторного типа с коэффициентом трансформации, равным единице.

Согласующие четвертьволновые трансформаторы часто применяются в сложных многоэтажных антеннах, а также если нужно трансформировать активное сопротивление нагрузки.

При отсутствии гибких коаксиальных кабелей с необходимым волновым сопротивлением необходимое волновое сопротивление можно получить, включив параллельно несколько одинаковых по длине отрезков кабелей. Например, три параллельно включенных отрезка кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом (или два с 50 Ом) образуют линию с волновым сопротивлением 25 Ом.

Полуволновая согласуюше-симметрирующая петля используется для подключения несимметричного фидера к антенне, входное сопротивление которой больше волнового сопротивления фидера (например, к петлевому вибратору антенн типа «Волновой канал»).

Симметрирование петлевого вибратора с помощью отрезка кабеля, длина которого составляет половину длины волны в кабеле, достигается сдвигом фазы сигнала на 180°. Поэтому напряжения на входных зажимах А и Б петлевого вибратора относительно точки нулевого потенциала 0 имеют противоположные фазы, что обеспечивает симметрию токов в левой и правой частях вибратора (рис. 10.13). На внешнюю поверхность оплетки кабеля токи не затекают, так как оплетка изолирована от вибратора.

Согласование с помощью полуволновой петли. При равных диаметрах трубок петлевого вибратора, настроенного в резонанс с принимаемым сигналом, его входное сопротивление составляет 292 Ом. Следовательно, сопротивление каждой половины петлевого вибратора между любым из входных зажимов (А или Б) и точкой нулевого потенциала 0 составляет 146 Ом (292: 2). Известно, что входное сопротивление кабеля, длина которого равна половине длины волны (в кабеле), равно сопротивлению, на которое он нагружен. Следовательно,полуволновая петля передает без изменений сопротивление из точки А в точку Б, которое в каждой из них составляет 146 Ом. В точке Б происходит сложение двух активных параллельно включенных сопротивлений. Общее сопротивление на конце кабеля составляет 73 Ом, что обеспечивает хорошее согласование фидера с петлевым вибратором. Оплетки кабелей фидера и петли необходимо спаять друг с другом.

В табл. 10.5, 10.6 приведена геометрическая длина полуволновой согласующе-симметрируюшей петли частотных каналов MB и ДМВ диапазонов с учетом укорочения длины волны в кабеле.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (KBЧ) частот, в частности в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, где коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигает до 50. Согласующий симметрирующий трансформатор представляет собой микрополосковый вариант клинообразного трансформатора, который помещен в металлический экран и дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля. Отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля экранами гальванически соединены между собой и с экраном трансформатора и включены своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и расположенными напротив них точками питания антенны. Применение в согласующем симметрирующем трансформаторе дополнительных экрана и отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля обеспечивает достижение технического результата — расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ). 3 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайневысоких (КВЧ) частот.

Важнейшим элементом любой антенны является устройство питания — цепь, соединяющая излучающие элементы со стандартным фидером. Устройства питания должны обеспечивать минимальный коэффициент стоячей волны (КСВН) во всем рабочем диапазоне частот и переход от несимметричной линии питания к симметричной там, где это необходимо. В антеннах, имеющих симметричные излучающие структуры и симметричные точки питания, применяются согласующие симметрирующие трансформаторы различной конструкции. В диапазонах УВЧ и СВЧ широко используется согласующее симметрирующее устройство в виде плавного перехода от коаксиальной линии к двухпроводной — кососрезанный или клинообразный трансформатор (В.Рамзей. Частотно независимые антенны. Издательство «Мир», Москва, 1968 г., стр.20, 21. Сверхширокополосные антенны. Под редакцией Л.С.Бененсона. Издательство «Мир», Москва, 1964 г., стр.386).

Недостатком этого устройства является излучение в верхней части рабочего диапазона частот за счет возбуждения волн высших типов (А.Б.Горощеня. Проектирование широкополосных антенн. Учебное пособие. Омск, 1989 г., стр.83).

Известен и используется микрополосковый вариант клинообразного трансформатора (Карл Ротхаммель. Антенны. Том 1, ОМО «Наш город», 2001 г., стр.140). Однако при применении его в сверхширокополосных антеннах с ростом частоты начинает сказываться антенный эффект линии питания, что приводит к искажению диаграмм направленности антенн.

В статье Thorsten W.Herber и Glenn S. Smith «Analysis and Design of Two-Arm Conical Spiral Antennas» (IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPABILITY, VOL. 44, N 0.1, FEBRUARY 2002, стр.29) приведен схематичный рисунок устройства возбуждения конической спиральной антенны. Устройство состоит из симметрирующего трансформатора и соединенной с ним линии питания из двух электрически соединенных кабелей. Однако каких-либо сведений о влиянии такой линии питания на характеристики антенны и о возможности расширения рабочего диапазона частот в статье не приведено.

Целью изобретения является разработка согласующего симметрирующего трансформатора, способного обеспечить расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и KBЧ).

Указанная цель достигается за счет того, что согласующий симметрирующий трансформатор, выполненный в виде микрополоскового варианта клинообразного трансформатора, помещается в металлический экран и дополняется двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля, соединенными своими экранами между собой и с экраном трансформатора и включенными своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и точками питания антенны.

На рис.1 изображена конструкция трансформатора, где 1 — точки питания антенны, 2 — отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля, 3 — металлический экран, 4 — микрополосковый вариант клинообразного трансформатора.

Согласующий симметрирующий трансформатор представляет собой микрополосковый вариант клинообразного трансформатора, который помещен в металлический экран и дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля. Отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля экранами гальванически соединены между собой и с экраном трансформатора и включены своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и расположенными напротив них точками питания антенны.

Улучшение работы антенн в верхней части рабочего диапазона частот обусловлено тем, что согласующий симметрирующий трансформатор к точкам возбуждения антенн подходит в виде двухпроводной линии, у которой каждый из проводников заключен в металлический экран, а открытые участки центральных проводников имеют минимальную длину. Это исключает взаимодействие токов в излучающих элементах с токами трансформатора и снижает антенный эффект линии питания.

Влияние металлического экрана и дополнительных отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля иллюстрируют приведенные на рис.2 и 3 диаграммы направленности антенны, измеренные на одной и той же верхней частоте рабочего диапазона (диапазон КВЧ).

На рис.2 представлены диаграммы направленности антенны с согласующим симметрирующим трансформатором без дополнительных отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля и экрана. Видно, что антенна имеет изрезанные диаграммы направленности неудовлетворительной формы.

На рис.3 представлены диаграммы направленности антенны с согласующим симметрирующим трансформатором, дополненным двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля и экраном. Диаграммы направленности изрезанности практически не имеют, их форма монотонна и вполне удовлетворительна. Это означает, что антенна с введенными изменениями работоспособна в рабочем диапазоне, расширенном в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ).

Таким образом, применение в согласующем симметрирующем трансформаторе дополнительных экрана и отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля обеспечивает расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ).

Предложенный согласующий симметрирующий трансформатор успешно использован в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, при этом коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигал 50.

Согласующий симметрирующий трансформатор, содержащий микрополосковый клинообразный трансформатор, отличающийся тем, что микрополосковый клинообразный трансформатор помещен в металлический экран, дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля, соединенными своими экранами между собой и с экраном трансформатора и включенными своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и точками питания антенны.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным высокочастотным трансформаторам с твердой изоляцией и интенсивным охлаждением, преимущественно жидкостным, которые могут быть использоваться в качестве высоковольтных источников питания различного применения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для согласования высокочастотных радиотехнических устройств, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, включенных в низкоомные тракты. Технический результат состоит в повышении коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора с произвольным и высоким коэффициентом трансформации. Вторичная обмотка выполнена в виде N одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно и размещенных поверх первичной обмотки в центральной ее части, где магнитный поток, обусловленный первичной обмоткой, максимален. Витки каждой обмотки связи частично размещены в одной из N диэлектрических трубок соответственно. Причем первые несколько витков и последние несколько витков первичной обмотки частично размещены в первой и второй дополнительных диэлектрических трубках соответственно, расположенных на краях первичной обмотки. Каждая из N+2 диэлектрических трубок расположена в средней части тороидального сердечника, а их длина примерно равна высоте тороидального сердечника. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования напряжения. Кольцевой магнитоэлектрический трансформатор с подмагничиванием представляет собой структуру, выполненную в виде включенного во входную цепь магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме плоского кольца, на внутреннюю и внешнюю поверхности которого нанесены электроды, и намотанной на него катушки индуктивности. При подаче на конденсатор переменного напряжения в пьезоэлектрической фазе композиционного материала создаются механические напряжения, которые передаются в магнитострикционную фазу, вследствие чего происходит изменение намагниченности, приводящее к индуцированию ЭДС в намотанной на образец катушке индуктивности. В выходную цепь дополнительно включен конденсатор, с которого снимается переменный выходной сигнал. Катушка индуктивности одновременно используется для создания поля подмагничивания, что приводит к увеличению эффективности действия трансформатора. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиотехнике, в частности в трансформаторных устройствах и устройствах суммирования мощности при построении радиопередатчиков KB-УКВ диапазона. Технический результат состоит в выравнивании магнитного поля в различных частях сердечника трансформаторного устройства при его работе вблизи когерентного источника сильного магнитного поля. В цилиндрическом ферромагнитном сердечнике по длине выделяются две равные части. На каждой из частей сердечника располагают дополнительные обмотки, включенные между собой встречно-последовательно. Причем числа витков в дополнительных обмотках выбираются одинаковыми. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиотехнике в трансформаторных устройствах и устройствах суммирования мощности при построении радиопередатчиков КВ-УКВ диапазонов. Внутри протяженного ферритового сердечника высокочастотного (ВЧ) трансформатора на его оси установлена цилиндрическая трубка из электропроводящего материала, которая около торцевых границ сердечника соединяется электропроводящими перемычками с соответствующими выводами оплетки отрезка ВЧ кабеля, проходящего внутри трубки. Технический результат состоит в выравнивании магнитного поля в радиальном направлении ферритового сердечника высокочастотного трансформатора. 3 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких, сверхвысоких и крайне высоких частот, в частности в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, где коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигает до 50

По сравнению с коаксиальным кабелем симметричная линия имеет очень низкие потери при больших значениях КСВ (когда коаксиальный кабель практически неработоспособен) и возможность настройки практически любого вибратора в резонанс при электрическом удлинении или укорочении линии (это открывает широкое поле деятельности при создании качественных многодиапазонных антенн ).

Непосредственное подключение симметричной линии к несимметричному выходу оконечного каскада передатчика, как правило, приводит к негативным результатам. Даже если после элементов согласования П-контура установить симметрирующий широкополосный трансформатор или применить Т-образной тюнер с симметрирующим трансформатором на выходе, удовлетворительной работы можно добиться только при минимальной реактивности на входе симметричной линии. Один из таких примеров — питание вибратора в пучности напряжения с помощью симметричной линии, длина которой составляет А,/4 рабочего диапазона частот (или кратна нечетному количеству длин L/4). У такой антенны симметричная линия является трансформатором, согласующим низкое входное сопротивление трансивера с высоким сопротивлением антенны. Как правило, под такую антенную систему рассчитаны симметричные выходы в различных импортных Т-образных тюнерах.

Если же реактивность на входе симметричной линии (в точке под ключения трансивера или тюнера) велика, то в силу того, что широкополосные трансформаторы плохо работают на реактивную нагрузку, потери в антенно-фидерной системе будут велики, и при большой мощности передатчика широкополосный трансформатор может выйти из строя. Разумеется, в такой антенно-фидерной системе теряются все выгоды применения симметричной линии.

Для того чтобы в полной мере использовать замечательные свойства симметричной линии, необходим симметричный тюнер, элементы трансформации и компенсации реактивных составляющих которого непосредственно «работают с импедансом» симметричной линии, т.е. компенсируют реактивность на входе линии.

Некоторые зарубежные фирмы выпускают симметричные тюнеры. К сожалению, эти устройства довольно дороги (например, хорошо зарекомендовавший себя в работе на симметричную линию антенный тюнер MFJ- 976 стоит почти 500 USD). Это приводит нас, радиолюбителей, к мысли о самостоятельном изготовлении такой конструкции.

Схема симметричного тюнера, который имеет элементы трансформации сопротивлений и компенсации реактивных составляющих, приведена ниже.

Эта схема с так называемым V-образным или (3 (бета)-согласованием . Принцип ее работы прост: при согласовании выходного сопротивления широкополосного трансформатора Т1 с комплексным сопротивлением, имеющимся на входе симметричной линии, к меньшему сопротивлению подключается последовательный реактивный элемент (емкость), а к большему — параллельный (индуктивность). Т1 — симметрирующий широкополосный трансформатор (ШПТ) с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4. В качестве сердечника трансформатора можно применить кольцевой ферритовый сердечник К20ВЧ — К400НН. Типоразмер сердечника определяет габаритную мощность трансформатора и максимальную ВЧ мощность, которую можно подать на вход тюнера. С достаточной для практических целей точностью можно принять, что 1 см2 поперечного сечения кольцевого ферритового сердечника способен трансформировать 300 Вт подводимой к нему мощности.

При этом необходимо учесть следующее. Ферритовые кольца К100НН — К400НН с повышением рабочей частоты теряют способность передавать магнитный поток. Это приводит к тому, что габаритная мощность широкополосного трансформатора на таких кольцах с повышением частоты уменьшается. Наоборот, передача магнитного потока у колец К20ВЧ — К50ВЧ на любительских НЧ диапазонах минимальна, а с повышением частоты увеличивается, а значит, увеличивается габаритная мощность такого трансформатора. В любом случае, применяя кольца той или иной магнитной проницаемости, ШПТ следует изготовить с запасом габаритной мощности — лишним это не будет.

При изготовлении ШПТ 1:4 для обмоток удобно использовать двухжильный монтажный медный провод с сечением жил не менее 1,5 мм2, применяемый для прокладки скрытой электропроводки в квартирах. Диэлектрические свойства виниловой изоляции этого провода вполне достаточны для надежной работы трансформатора при подводимых к нему мощностях до 1 кВт. Если приобретение ферритовых колец затруднено, то не стоит отчаиваться.

Симметрирующий трансформатор 1:4 можно изготовить из коаксиального кабеля ниже.

Кабель свивают в плоскую катушку с последующим креплением витков ПХВ-изолентой.

Согласующим элементам схемы абсолютно безразлично, до какого значения трансформировать/согласовывать подведенный к ним импеданс симметричной линии. Поэтому в качестве Т1 может работать трансформатор с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:1.

Вариант схемы тюнера, в котором применяется такой трансформатор, приведен ниже.

Здесь становится ненужным переключатель выбора вида согласования, но переключатель удобно использовать для режима «Обход». В таком режиме можно работать с симметричной линией, имеющей минимальную реактивность на входе. Однако изготовление трехобмоточного трансформатора менее технологично и более трудоемко, чем двухобмоточного с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4.

На максимальную подводимую к тюнеру мощность влияет не только габаритная мощность трансформатора Т1, но и зазор между пластинами конденсаторов переменной емкости С1.1 и С1.2. При мощности передатчика 300 — 350 Вт зазор между пластинами должен быть не менее 0,5 мм. Кроме того, роторы и статоры КПЕ должны размещаться на фарфоровых осях и изоляторах, т.е. быть изолированы как от корпуса, так и друг от друга, но иметь общую ось настройки. Не путайте эти два КПЕ с 2-секционными КПЕ, роторы которых связаны контактом не только между собой, но и с корпусом конденсатора!

Конструкция катушки с переменной индуктивностью — любая. Лучшей является катушка с перемещаемым роликовым или ползунковым контактом. Вполне приличные результаты можно получить, применив шаровый вариометр. Если используется катушка с переключаемыми отводами, то следует обратить внимание на электрическую прочность переключателя отводов. Для точного согласования изменение индуктивности у катушки отводами должно происходить с небольшим шагом.

Еще раз подчеркну, что данная схема тюнера очень критична к емкости и индуктивности реактивных элементов схемы согласования. Их величина зависит не только от частоты, но и от импеданса и реактивности на входе симметричной линии.

Широкополосный трансформатор Т1 — самая ответственная деталь в симметричном тюнере. От качества работы трансформатора зависит качество работы всей конструкции в целом. Качество самостоятельно изготовленного трансформатора можно легко определить экспериментально. Для этого включаем КСВ-метр между трансивером и трансформатором. В зависимости от выходного сопротивления трансивера (50 или 75 Ом) КСВ-метр должен быть сконструирован и отградуирован для работы с выбранным волновым сопротивлением тракта. Выход трансформатора нагружаем на два включенных последовательно безындукционных резистора сопротивлением 100 (150) Ом для ШПТ 1:4 и 25 (37,5) Ом для ШПТ 1:1. Резисторы следует подобрать с максимально близким сопротивлением.

Подаем с трансивера ВЧ сигнал и измеряем КСВ на всех KB диапазонах. В идеале КСВ на всех частотах должен быть близок к 1. Однако добиться этого крайне сложно из-за завала АЧХ, определяемой свойствами примененного ферритового сердечника и качеством намотки трансформатора. Например, в авторском варианте широкополосного трансформатора при использовании ферритового кольца К300НН завал АЧХ происходит на частотах от 21 МГц и выше (в диапазоне 10 м КСВ увеличивается до 1,5).

ВЧ вольтметром относительно «земли» (общего провода) следует измерить ВЧ напряжение на выходах трансформатора. На обоих выходах оно должно быть одинаковым (разница напряжений — не более ±5%). При измерении напряжения относительно средней точки соединения резисторов ВЧ вольтметр не должен фиксировать ВЧ напряжение. В противном случае имеет место асимметрия выходного напряжения, обусловленная некачественным изготовлением трансформатора, т.е. разной длиной проводов обмоток.

Равенство напряжений на выходах трансформатора и отсутствие «перекоса» напряжений на резисторах нагрузки свидетельствует о хорошей симметрии обмоток трансформатора. Измерения следует произвести во всех любительских KB диапазонах, а затем, для сравнения рабочих характеристик трансформатора, свести их в таблицу.

Для проведения измерений не обязательно применять промышленный ВЧ вольтметр. В точках измерения мы имеем дело с низким сопротивлением, поэтому исследование рабочих характеристик трансформатора можно провести самодельным низкоомным ВЧ вольтметром.

Правда, из-за зависимости свойств диода от частоты не удастся*измерить реальную величину завала АЧХ и КПД трансформатора, но этот прибор позволит измерить напряжения на выходах трансформатора и обнаружить «перекос» напряжений на нагрузочных резисторах.

Как и при работе с КСВ-метром, точность самодельного ВЧ вольтметра повышается при подведении к трансформатору достаточно большой ВЧ мощности от передатчика.

Радиолюбители, которые не имеют возможности изготовить самодельный ШПТ, могут в качестве Т1 применить фирменные симметрирующие трансформаторы с коэффициентом трансформации 1:4 или 1:1 (например, LDG RBA 1:1 (1:4) или MFJ-918).

Крохмаль Альфред Викторович

Напряжение между каждой фазой трехфазной сети переменного тока и нулевым проводом, в идеальном случае, составляет 220 Вольт. Однако, при подключении к каждой из фаз питающей сети различных нагрузок, отличающихся по характеру и по величине, возникает иногда довольно значительный перекос фазных напряжений.

Если бы соблюдалось равенство сопротивлений нагрузок, то и протекающие через них токи также были бы равны между собой. Их геометрическая сумма была бы обращена в нуль. Но в результате неравенства этих токов возникает уравнительный ток в нулевом проводе (происходит смещение нулевой точки) и появляется напряжение смещения .

Фазные напряжения меняются друг относительно друга, и получается перекос фаз . Следствием такого перекоса фаз становится увеличение потребления электроэнергии из сети и неправильная работа электроприемников, ведущая к сбоям, отказам, и преждевременному износу изоляции. Безопасность потребителя, в такой ситуации, ставится под угрозу.

Для автономных трехфазных источников электроэнергии неравномерность загрузки фаз чревата разного рода механическими повреждениями. В результате – нарушение работы электроприемников, износ источников электроэнергии, повышенный расход масла, топлива и охлаждающей жидкости для генератора. В конечном итоге увеличиваются расходы как на электроэнергию в целом, так и на расходные материалы для генератора.

Для устранения перекоса фаз, выравнивания фазных напряжений, следует изначально рассчитать токи нагрузок для каждой из трех фаз. Однако не всегда удается это сделать заранее. В промышленных же масштабах потери вследствие перекоса фазных напряжений могут быть просто колоссальными, а экономический эффект, в определенной степени, разрушительным.

Для устранения негативных тенденций следует применить симметрирование фаз . Для этой цели разработаны так называемые симметрирующие трансформаторы .

В трехфазный трансформатор, обмотки фаз как высшего, так и низшего напряжений которого соединены звездой, встраивается дополнительно симметрирующее устройство в виде дополнительной обмотки, которая опоясывает обмотки высокого напряжения. Эта дополнительная обмотка рассчитана так, чтобы выдерживать длительный ток номинальной нагрузки трансформатора, т.е. на номинальный ток одной фазы. Обмотка включается в разрыв нулевого провода трансформатора из следующего расчета.

При возникновении уравнительного тока в нулевом проводе, вследствие несимметричной нагрузки, потоки нулевой последовательности в магнитопроводе (рабочих обмоток трансформатора) будут полностью компенсированы направленными противоположно потоками нулевой последовательности симметрирующей обмотки. В конечном счете, перекос фазных напряжений целиком предотвращается.

Схема включения обмоток трехфазного трансформатора для симметрирования фаз показана на рисунке 1.

Рис. 1. Устройство симметрирующего трансформатора

1) Трехстержневой магнитопровод трехфазного трансформатора.

2) Обмотки высокого напряжения.

3) Обмотки низкого напряжения.

4) Обмотка из компенсационных витков.

5) Дистанционные клинья.

6) Конец компенсационной обмотки, подключаемой к нейтрали обмоток низкого напряжения.

7) Конец компенсационной обмотки, который выводится наружу.

Энергетические характеристики таких трансформаторов, короткого замыкания, и другие, от добавления симметрирующего устройства почти не меняются, зато значительно сокращаются потери электроэнергии в сети. При неравномерной нагрузке фаз, система фазных напряжений симметрируется так же, как и при соединении обмоток по схеме звезда-зигзаг.

Расчеты и эксперименты исследователей показали, что при правильном согласовании витков компенсационных и рабочих обмоток, напряжение на компенсационной обмотке трансформатора с симметрирующим устройством, при равном номинальному токе в нулевом проводе, достигает величины номинального фазного напряжения, уравновешивая на нейтрали обмоток низкого напряжения ЭДС нулевой последовательности, возникающей от рабочих обмоток, до нуля.

Такая конструкция сильно снижает сопротивление нулевой последовательности трехфазного силового трансформатора. Это дает значительное увеличение токов короткого замыкания на одной фазе, и является одним из главных достоинств симметрирующих трансформаторов, так как обеспечивает надежную и легкую настройку и ее надежную работу при КЗ.

Более того, разрушающее воздействие большого тока однофазного КЗ на обмотки такого симметрирующего трансформатора значительно меньше, чем от тока КЗ в отсутствие обмотки симметрирования, так как разрушительный мощный несимметричный поток нулевой последовательности теперь полностью компенсируется.

Последние мои публикации, посвященные КВ антеннам, вызвали у многих читателей ряд вопросов о конструкции используемых в них трансформаторов и дросселей.

Этот вопрос хорошо освещен в радиолюбительской литературе и многочисленных статьях и, казалось бы, не требует дальнейших комментариев.

Самодельные широкополосные симметрирующие дроссели и трансформаторы на ферритовых трубках

Ферритовые трансформаторы на ферритовых трубках выполняют сразу несколько функций: трансформируют сопротивление, симметрируют токи в плечах антенны и подавляют синфазный ток в оплетке коаксиального фидера. Наилучшим отечественным ферритовым материалом для широкополосных трансформаторов является феррит марки 600НН, но из него не изготавливали трубчатых сердечников…

Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками,
в частности FRR-4,5 и FRR-9,5, имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5х17,5х35 соответственно. Последние трубки использовались в качестве помехо-подавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электронно-лучевых трубках. Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с ферритами.

Рис.1. Ферритовые трубки FRR-9,5

Четыре таких трубки, сложенные рядом по две, образуют эквивалент «бинокля», на котором можно разместить обмотки трансформаторов, перекрывающих все КВ диапазоны от 160 до 10 м. Трубки имеют скругленные грани, что исключает повреждения изоляции проводов обмоток. Трубки удобно скрепить вместе, обмотав широким скотчем.

Из различных схем широкополосных трансформаторов я использовал простейшую, с раздельными обмотками, витки которых имеют дополнительную связь за счет плотной скрутки проводников между собой, что позволяет уменьшить индуктивность рассеяния и за счет этого повысить верхнюю границу рабочей полосы частот. Одним витком будем считать провод, продетый через отверстия обеих трубок «бинокля». Половиной витка — провод, продетый через отверстие одной трубки «бинокля». В таблицу
сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.

В таблицу сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.

Число витков первичной обмотки

Число витков вторичной обмотки

Коэффициент трансформации напряжений

Коэффициент трансформации сопротивлений

Соотношения сопротивлений при источнике 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

Как видим, получается весьма широкий выбор соотношения сопротивлений. Трансформатор с коэффициентом 1:1 — подобно дросселю симметрирует токи в плечах антенны и подавляет синфазный ток в оплетке кабеля питания. Прочие трансформаторы в дополнение к этому еще 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 и них значительно выше. Поэтому для трансформаторов, используемых от диапазонов 160 м и 80 м лучше использовать двухвитковые варианты, а от 40 м 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 ее можно путем включения конденсатора параллельно первичной обмотке, подбирая его емкость 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 ее некоторым запасом. Провод первичной и вторичной обмоток плотно скручиваю до намотки на сердечник. 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, соединенных параллельно.

Проверку трансформатора можно проводить с помощью измерителя КСВ, нагрузив его выход на безиндуктивный резистор соответствующего номинала. Границы полосы определяются по допустимому уровню КСВ, например 1,1. Измерить потери, вносимые трансформатором, можно путем измерения ослабления, вносимого двумя одинаковыми трансформаторами, включенными последовательно, так, чтобы вход и выход имели сопротивление 50 Ом. Результат не забудьте поделить на 2.

Несколько труднее оценить мощностные характеристики трансформатора. Для этого потребуется 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 ее примерно с 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 реактивную составляющую входного импеданса, трансформатор передает еще и реактивную мощность, которая может насыщать магнитный сердечник и вызывать дополнительный нагрев.

На рисунках показаны примеры практических конструкций. На рис.5 — трансформатор, имеющий два выхода: на 200 и 300 Ом.


Рис.2. Трансформатор 50:110


Рис.3.
Трансформатор 50:200



Рис.4.
Трансформатор 50:300


Рис.5.
Трансформатор 50:200/300

Трансформаторы можно разместить на подходящего размера печатной плате,
защитив ее от осадков любым практическим способом.

Владислав Щербаков, RU3ARJ

Magnetics — Компоненты трансформаторов, индукторов | Ферритовые сердечники

0

$ 1.19000

$ 1.19000

9002

1

2258-T60004L2016W620-ND

4

2 249

9000

495-75541-ND

495-5478-ND

9000UH N30

9004 —

$ 3.72000

$ 3.72000

9002

1

— 9002 —

9004 (38.10 мм) 9000×10,

9002

1

2 9007 —

$ 6.22000

$ 6.22000

9004 — Немедленный

8 Продукция Fair-Rite Corp.

2

Active

8 Toroid 43 0.068500 «(12.70 мм)

0

$ 11.85000

482 — FerrexCube

«(64.00mm) 9002

1

$ 21.15000

$ 21.15000

$ 21.64000

0

$ 0,17000

$ 0.17000

9004 —

НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СЕРДЕЧНИК, 9,8X6,5X4.

$ 1,12000

4363 — Immediate

Vacuumschmelze Vacuumschmelze

1

2258-T60006L2009W914-ND

Box

Активный Toroid 0.441 «(11.20mm) 25.5 μH Ungapple 25.6 5.94 Без выделенного 0.228″ (5.80 мм)

7 70005

FerroxCube FerroxCube

1

1779-1008-ND

Bulk

Active E 3C95 Без покрытия 0.157 «(4.00 мм) 0,709″ (18.00 мм) 0.394 «(10.00mm)

Нанокристаллическое ядро, 16×12.5×6,

$ 1.98000

6,275 — Немедленный

Vacuumschmelze Vacuumschmelze

Active

Active Toroid 0.701 «(17.90 мм) 15 μh Размазанные 44.8 8 Epoxy 0.315″ (800 мм)

ферритовый сердечник P 250nh N48 2 шт.

$ 2,08000

10,371 — Немедленный

EPCOS — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

495-5105-ND

P9/5

Коробка

Активный P (горшок) P 9 x 5 N45 .366 «(9.30mm) 250 NH ± 5% ± 5% 1.25 12.59 10 125 Без выделенного 0.106″ (2,70 мм)

$ 2.60005

0

$ 2.68000

Epcos — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

495-5394-ND

ELP32 / 6/20

N87 Active Размазанные Без покрытия 0.250 «(6.35 мм) 1.250″ (31.75 мм) 0,801 «(20.35 мм)

$ 3.09000

10 613 — Немедленный

Epcos — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

ER32 / 5/21

N87 Размазан Без выделения 0.201 «(5.10 мм) 1.260″ (32.00mm) 0.827 «(21.00mm)

$ 3,21000

2,090 — Немедленный

EPCOS — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

ETD44 / 22/15

N87

Размазан Без выделения 0.886 «(22.50 мм) 1.724″ (43.80 мм) 0.598 «(15.20mm)

$ 3,44000

4,716 — Немедленный

Epcos — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

495-3858-ND

TX34 / 20.5 / 10

Active

Active Toroid N30 1.397 «(35.50 мм) 4.36 μH ± 25% ± 25% 4300 1.24 82.06 66.08 5423 Epoxy 0.437″ (11.10 мм)

554 — Немедленные

FerroxCube FerroxCube

1779-1159-ND

Навалом

Активный PLT PLT 43 x 28 x 4.1 3C95 0,161 (4.10мм) 1.700 «(43.20mm) 1.098″ (27.90 мм)

9000UH N30

$ 4.20000

4,952 — Немедленный

EPCOS — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

495-3857-ND

TX34/20.5 / 12.5

Лоток

Active Toroid Toroid N30 1.397 «(35.50 мм) 5.46 μH ± 25% Разобраться 4300 0.99 82,06 82,6 6778 Epoxy 0,535″ (13.60mm)

$ 4,43000

3825 — Immediate

Ferroxcube FerroxCube

1

-1043-ND

Без покрытия 5 9.374 «(9.50mm) 1.700″ (43.20mm) 1.098 «(27.90 мм)

$ 5.26000

3230 — Немедленный

Epcos — TDK Electronics EPCOS — TDK Electronics

1

495-75445-ND

I38 / 4/25

Active

Active I N87 Размазан Без выделения 0.150 «(3.81mm) 1.500″ (38.10 мм) 1.000 «(25.40 мм)

,

$ 5.67000

825 — Немедленный

Вакуумская Vacuumschmelze

2258-T60006L2025W380-ND

Active

Active Toroid 1.098 «(27.90 мм) 67 μh Ungapple 644.4 36 Без выделенного 0,492″ (12.50 мм)

4 1

8 FerroxCube

FerroxCube

1

1779-1194-ND

Bulk

Active PQ PQ 32 x 30 3C95 Без покрытия 1.193 «(30.30mm) 1.299″ (33.00mm) 0.866 «(22.00mm)

$ 8,76000

914 — Немедленный

4

FerroxCube FerroxCube

1

1779-1607- ND

4C65 1.463 «(37.15 мм) Эпоксидный 0,0068630 «(16.00mm)

$ 11.00000

11

Продукты Fair-Rite Corp.

1

1

1934-1592-ND

Active 2.400 «(60.96mm) ± 20% 800 145 158 22800 Без покрытия

482 — Немедленный

FerroxCube

1

1779-1057-ND

3C95

Без покрытия 0.402 «(10.20mm) 2.520″ (64.00mm) 2.000″ (50.80 мм)

,

$ 18.37000

257 — Немедленный

Вакуумская Vacuumschmelze

2258-T60006L2045V102-ND

Active

Active Toroid 1.906 «(48.40 мм) 87.6 μH Размах 118 855 Без выделенного 0.717″ (18.20mm)

FerroxCube FerroxCube

1

1779-1221-ND

Bulk

Active PQ PQ 50 x 50 3C95 Без покрытия 1.969 «(50.00mm) 2.008″ (51.00mm) 1,260 «(32.00mm)

1 087 — Немедленный

FerroxCube FerroxCube

1

1779-1099-ND

Active Без покрытия 0.500 «(12.70 мм) 2.520″ (64,00 мм) 2.000 «(50.80 мм)

$ 27.20000

248 — Немедленный

4

Ferroxcube FerroxCube

1

1775

1779-1677-ND

Active

Active Active Toroid 2,480 «(63.00mm) Эпоксидная смола 0.984 «(25.00 мм)

$ 31.

558 — Немедленный

Epcos — TDK Electronics EPCOS — TDK Электроника

1

495-5172-ND

PM62 / 49

Box

Active

Active PM PM 62 x 49 N87 2.441 «(62.00mm) 9.2 μH -20%, + 30% Ungapple 1400 2200 0.191 109 109 570 470 62000 Без выдвинутых 0,965 «(24.50 мм)

НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ CORE, 80X50X20,

$ 92,24000

148 — Немедленное

Vacuumschmelze Vacuumschmelze

1

2258-T60006L2080V140-ND

Коробка

Активный Тороид 3.378 «(85.80 мм) 94 μh 204 228 Без выдвинутых (25.50 мм)

НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ CORE, 102X76X25,

$ 137,51000

108 — Немедленное

Vacuumschmelze Vacuumschmelze

1

2258-T60006L2102W947-ND

Коробка

Активный 4.256 «(108.10mm) 4.2 μH Размазанные 280 247 Без выделенного 1.193″ (30.30 мм)

25,202 — Немедленный

Продукция Fair-Rite Corp. Продукты Corp. Corp.

1

1934-1589- ND

Bulk

Active Toroid 43 0.230 «(5.84 мм) ± 20% 800 13 13 4.1 53 Без выделенного 8 0,120″ (3.05 мм)

Поставщик прецизионных магнитомягких компонентов

Магнитомягкие компоненты: порошковые сердечники и многое другое

Магнитопроводы изготавливаются из материалов с высокой магнитной проницаемостью и используются в самых разных электрических, электромеханических и магнитных устройствах.Компания Magnetics производит множество магнитно-мягких компонентов, каждый из которых подходит для конкретных приложений в зависимости от их уникальных свойств. Эти компоненты можно разделить на следующие категории:

Порошковые сердечники

Порошковые сердечники изготавливаются из порошка нескольких сплавов с распределенными воздушными зазорами, что помогает уплотнить их магнитные поля и минимизировать потери в сердечнике. Эти сердечники широко используются благодаря высокому удельному электрическому сопротивлению, низкому гистерезису и потерям на вихревые токи, малому изменению проницаемости при высоких температурах и значительной стабильности индуктивности как при переменном, так и при постоянном токе.По этой причине они обычно используются для сильноточных приложений с низкими пульсациями, включая (но не ограничиваясь) обратноходовые трансформаторы, резонансные схемы, зарядные устройства, нагрузочные и дроссельные катушки, а также повышающие и выходные катушки индуктивности. Посетите страницу Пороховые сердечники , чтобы узнать больше об этом типе сердечника.

Ферритовые сердечники

Ферритовые сердечники

представляют собой плотные керамические формы, изготовленные из смеси оксида железа и оксидов или карбонатов других металлов, таких как магний, цинк или марганец.Ферритовые сердечники Magnetics изготовлены из марганцево-цинкового сплава (MnZn). Преимущества использования ферритовых сердечников включают высокую магнитную проницаемость и низкую электропроводность, что помогает предотвратить вихревые токи. Из-за этих свойств ферритовые сердечники обычно используются для высокочастотных силовых трансформаторов, силовых катушек индуктивности, радиочастотных трансформаторов, фильтров ЭМС, датчиков тока и многого другого.

Как и в случае с порошковыми сердечниками, ферритовые сердечники компании Magnetics доступны в различных стандартных для отрасли формах и размерах и предлагаются вместе с некоторыми аппаратными средствами и аксессуарами.Ферритовые сердечники могут быть изготовлены по индивидуальным спецификациям для удовлетворения индивидуальных эксплуатационных требований. Посетите страницу Ферритовые сердечники , чтобы узнать больше об этом типе сердечника.

Ленточные сердечники

Сердечники с намотанной магнитной полосой или сердечники с намотанной лентой изготавливаются из тонких полос железоникелевых сплавов с высокой проницаемостью, которые наматываются в тороиды для приложений с различной частотой, включая трансформаторы тока, импульсные трансформаторы, выходные трансформаторы, магнитные усилители и многое другое.Среди изделий компании Magnetics, намотанных в полоску, также есть нанокристаллические сердечники с высокой проницаемостью и аморфные нарезанные сердечники, изготовленные из металлических стеклянных материалов. В то время как нанокристаллические ядра отжигаются для создания однородной микроструктуры, аморфные нарезанные ядра имеют аморфную атомную структуру, что приводит к более высокому удельному сопротивлению, чем нанокристаллические. Посетите страницу сердечников с ленточной обмоткой, чтобы узнать больше о ленточных сердечниках Magnetics, аморфных нарезанных сердечниках и нанокристаллических сердечниках.

(PDF) Рассеяние магнитного потока в ферритовых кольцах

Рассеяние магнитного потока в ферритовых кольцах

Int J Sci Eng Inv | Янв 2019 2

Коэффициент размагничивания — безразмерная тензорная величина, которая зависит от формы и геометрии устройства.Теория расчета

коэффициента размагничивания сложна. Строгие решения были получены только для нескольких частных случаев (эллипсоид, овоид и т. д.) [5]. Поэтому в инженерной практике

редко используются даже приблизительные результаты.

В данной работе предлагается иной подход к описанию потока рассеяния в устройствах на ферритовых кольцах. В статье описаны методики

измерения потока рассеяния, результаты экспериментальных исследований и некоторые практические рекомендации.

II. Метод измерения коэффициента магнитной связи

Исходные соотношения. Рассмотрим идеальный трансформатор без потерь на ферритовом кольце. Один из вариантов такого трансформатора, его замещающая схема и обозначения

приведены на рис. 2.

рис. 2

коэффициент взаимной индукции



  напряжения на обмотках трансформатора, 



 

, 





, 



, 

 .

Теперь напишем уравнения для комплексных амплитуд.









 

 обобеду будут использоваться

Мы представимся следующие обозначения:

1. Коэффициент трансформации 

2. Коэффициент трансформации магнитной связи  

 .

Принимая во внимание представленные обозначения, уравнения будут принимать форму













 9 9 обозначают 

Для идеального трансформатора справедливы следующие соотношения.

















С учетом этих соотношений можно привести эквивалентную схему замены к первичной обмотке и выделить идеальный трансформатор в

схеме, как показано на нижней схеме рис. 2. Теперь мы можем написать следующую систему уравнений для схемы замещения трансформатора

с коэффициентом трансформации 1: 1.







 9

.









 









Система уравнений полностью соответствует эквивалентной схеме трансформатора (1:1), показанной на рис.2. Теперь можно расшифровать обозначения.

1. Индуктивность первичной обмотки трансформатора 

.

2. Индуктивность вторичной намотки трансформатора 



 

3. Взаимная индуктивность 

  .

4. Индуктивности обмоток рассеяния 





.

Дом

Qorvo® создаст современный центр упаковки полупроводников

Qorvo® был выбран U.Правительству С. создать центр производства и прототипирования ультрасовременной (SOTA) гетерогенной интегрированной упаковки (SHIP). Программа SHIP гарантирует, что опыт и лидерство в области упаковки микроэлектроники будут доступны как для оборонных подрядчиков США, так и для коммерческих клиентов, которым требуется проектирование, проверка, сборка, тестирование и производство радиочастотных компонентов следующего поколения.

Эксклюзивное Соглашение о других транзакциях (OTA) SHIP на сумму до 75 миллионов долларов было заключено с Qorvo Центром надводных боевых действий ВМС (NSWC), Crane Division.Эта программа финансируется Программой надежной и гарантированной микроэлектроники (T&AM) Управления заместителя министра обороны по исследованиям и разработкам (OUSD R&E) и управляется Усовершенствованной отказоустойчивой доверенной системой стратегических и спектральных миссий (S²MARTS). ), управляемый Акселератором технологий национальной безопасности (NSTXL).

В рамках программы SHIP компания Qorvo разработает и поставит самые высокие уровни интеграции разнородной упаковки.Это важно для удовлетворения требований к размеру, весу, мощности и стоимости (SWAP-C) для радарных систем с фазированной антенной решеткой следующего поколения, беспилотных транспортных средств, платформ радиоэлектронной борьбы и спутниковой связи.

 

 

 

Электронная книга: Учебник для разработчиков по радиолокационным системам

В сочетании с достижениями в области фазированных антенных решеток и технологий интеграции, радары выходят за рамки военных и аэрокосмических рынков, чтобы найти множество коммерческих приложений.В этом учебнике показано, как программное обеспечение NI AWR предоставляет разработчикам передовые технологии моделирования и симуляции, необходимые для решения задач проектирования всех типов радиолокационных систем.

awr.com/resource-library/designers-primer-radar-systems

Учебник для дизайнеров по коммуникациям 5G

Последние достижения в программном обеспечении NI AWR помогают разработчикам разрабатывать антенны и ВЧ-компоненты, которые делают 5G реальностью. В этом учебнике содержится информация об инновационных мастерах и технологиях синтеза, которые позволяют инженерам, разрабатывающим системы связи 5G, выпускать на рынок экономичные, высокопроизводительные и высоконадежные продукты.

awrcorp.com/register/custom.aspx?crg=_whitepapersystem


Как работают ферритовые шарики и как выбрать правильный? | Блог о дизайне печатных плат

Альтиум Дизайнер

|&nbsp Создано: 29 июня 2017 г. &nbsp|&nbsp Обновлено: 13 января 2022 г.

Ферритовые шарики обычно используются для подавления высокочастотных электромагнитных помех

 

Иногда мне хочется видеть электромагнитные волны.Это значительно упростило бы обнаружение электромагнитных помех. Вместо того, чтобы возиться со сложными настройками и анализаторами сигналов, я мог просто посмотреть и понять, из-за чего вся эта суета. Хотя мы можем не видеть электромагнитные помехи, иногда мы можем их слышать, когда они проходят через звуковые цепи. Одним из возможных способов устранения такого рода помех является ферритовая шайба.

К сожалению, ферритовые шарики (также называемые ферритовым дросселем, ферритовым зажимом, ферритовым кольцом, шариком фильтра электромагнитных помех или даже ферритовым кольцевым фильтром) могут быть загадкой.Функция ферритового сердечника напоминает функцию индуктора, но частотная характеристика феррита отличается от этой функции на высоких частотах. Кроме того, различные типы бусинок, такие как ферритовые бусины с проволочной обмоткой и ферритовые бусины с чипами, по-разному реагируют на шумоподавление. Например, ферритовые бусины с проволочной обмоткой работают в широком диапазоне частот, но имеют меньшее сопротивление в установках постоянного тока. Чтобы правильно их использовать, вам необходимо понимать их электромагнитные характеристики и то, как они меняются во время использования.После того, как вы ознакомитесь с теорией использования ферритовых бусинок, вы можете осознанно выбрать один из них для своей печатной платы. Если вы этого не сделаете, вы можете создать больше проблем, чем исправить.

На этом изображении показано, почему ферритовую бусину иногда называют ферритовым кольцом или ферритовым дросселем

 

Что такое ферритовые бусины и как они работают?

Ферритовые шарики

— это пассивные электронные компоненты, которые могут подавлять высокочастотные сигналы в линии электропитания.Обычно они располагаются вокруг пары линий питания/земли, которая идет к определенному устройству, например шнуру питания вашего ноутбука. Эти шарики работают в соответствии с законом Фарадея: магнитный сердечник вокруг проводника индуцирует противо-ЭДС в присутствии высокочастотного сигнала, существенно ослабляя частотную характеристику феррита. Стандартные ферритовые кольца можно приобрести у специализированных производителей, таких как Coilcraft, хотя для некоторых проектов могут потребоваться специальные кольца.

Ферриты

представляют собой магнитные материалы, и размещение этого материала в ферритовом зажиме вокруг линии питания/земли позволяет обеспечить источник индуктивного импеданса для сигналов, проходящих по линии.Это может заставить вас думать о них как о стандартной катушке индуктивности, но они более сложны. В действительности ферритовая шайба является нелинейным компонентом; полное сопротивление, которое он обеспечивает, было изменением тока нагрузки и падения напряжения на феррите. Упрощенная модель схемы ферритовой бусины поможет вам понять ее частотные характеристики. Однако имейте в виду, что эти атрибуты могут меняться в зависимости от тока и температуры.


Ток нагрузки может изменить импеданс вашего феррита.

Для чего используются ферритовые бусины?

Поскольку импеданс ферритовых колец является индуктивным, ферритовые катушки индуктивности используются для ослабления высокочастотных сигналов в электронных компонентах. Когда дроссель с ферритовыми шариками размещается на линии питания, соединяющей электронное устройство, он устраняет любые паразитные высокочастотные помехи, присутствующие в силовом соединении или выходном сигнале от источника питания постоянного тока. Использование этого ферритового зажима является одним из многих подходов к подавлению шума, например, от импульсного источника питания.Такое применение ферритовых шариков в качестве ферритового фильтра обеспечивает подавление и устранение кондуктивных электромагнитных помех.

Среди различных применений ферритовых бусинок в качестве фильтров, бусина фильтра электромагнитных помех/фильтр блока питания обычно рассчитана на определенный порог постоянного тока. Токи, превышающие указанное значение, могут повредить компонент. Проблема в том, что на этот предел резко влияет тепло. При повышении температуры номинальный ток быстро уменьшается. Номинальный ток также влияет на импеданс феррита.По мере увеличения постоянного тока ферритовая бусина «насыщается» и теряет индуктивность. При относительно высоких токах насыщение может снизить импеданс ферритового кольца до 90 %.

Ферритовый шарик против индуктора

Хотя ферритовый шарик можно смоделировать как индуктор, ферритовый сердечник не ведет себя как типичный индуктор. Если вам интересно, как измерить поведение ферритовой бусины по сравнению с поведением индуктора, вы должны отправить аналоговый сигнал через бусину и развернуть частоту на несколько порядков.Если вы создадите график Боде для измерений с разверткой по частоте для ферритового кольца, вы обнаружите, что ферритовое кольцо обеспечивает более крутой спад на более высоких частотах по сравнению с катушкой индуктивности с аналогичным поведением на низких частотах.

Простая, но точная модель ферритовой шайбы, подключенной к источнику переменного тока.

Ферритовая бусина может быть смоделирована как конденсаторы и катушки индуктивности, а также как резистор, подключенный параллельно с этой сетью RLC, соединенной с последовательным резистором.Последовательный резистор количественно определяет сопротивление устройства постоянному току. Катушка индуктивности в этой модели представляет собой ферритовые бусины, основная функция которых заключается в ослаблении высокочастотных сигналов, т. е. обеспечении индуктивного импеданса в соответствии с законом Фарадея. Параллельный резистор в этой модели учитывает потери на вихревые токи, которые индуцируются внутри ферритового кольца на высоких частотах. Наконец, конденсатор в этой модели отвечает за естественную паразитную емкость компонента.

Если посмотреть на кривую импеданса ферритовой шайбы, видно, что преимущественно резистивный импеданс чрезвычайно высок только в тонкой полосе.Внутри этой тонкой полосы преобладает индуктивность шарика. На более высоких частотах импеданс ферритовой шайбы начинает казаться емкостным, и импеданс быстро уменьшается. В конце концов, по мере увеличения частоты емкостное сопротивление упадет до очень малого значения, и сопротивление ферритовой шайбы окажется чисто резистивным.


Ферритовый сердечник в ферритовой бусине выполняет ту же функцию, что и ферритовый сердечник в трансформаторе.

Руководство по выбору ферритовых колец

Теперь, когда вы разобрались с теорией феррита, пришло время выбрать ее для своего устройства.Это не очень сложно, и если вы хотите знать, как выбрать ферритовую бусину для проекта, вам просто нужно обратить внимание на характеристики бусины. Вам может быть интересно, нужны ли ферритовые бусины для моей конструкции? Как и многие инженерные решения, ответ не так прост. Если вы знаете, что ваша плата будет испытывать кондуктивные электромагнитные помехи в определенном диапазоне частот, и вам необходимо ослабить эти частоты, то ферритовая шайба может быть правильным выбором для вашей конструкции.

Основываясь на индуктивном поведении ферритовых бусинок, естественно заключить, что ферритовые бусины «ослабляют высокие частоты» без особого рассмотрения.Однако ферритовые бусины не действуют как широкополосный фильтр нижних частот, поскольку они могут только помочь ослабить определенный диапазон частот. Вы должны выбрать ферритовую бусину и дроссель там, где нежелательные частоты находятся в его резистивной полосе. Если вы пойдете слишком низко или слишком высоко, шарик не будет иметь желаемого эффекта.

Прежде чем выбрать конкретную ферритовую бусину для своей конструкции, вы должны узнать, может ли производитель предоставить вам кривые зависимости импеданса от тока нагрузки для ферритовой бусины.Безусловно, это лучший инструмент, который вы можете использовать, если не знаете, как выбрать ферритовую бусину. Если ваши токи нагрузки очень велики, вам нужно выбрать ферритовую бусину, которая может выдержать их без насыщения и потери импеданса в желаемом диапазоне частот.

Предостережения

Ферритовые кольца и ферритовые дроссели, по сути, являются резистивными нагрузками на высоких частотах, что означает, что они могут вызвать некоторые проблемы в вашей схеме. При размещении шарика вам нужно подумать о падении напряжения и рассеивании тепла.

Во времена цепей с более высоким напряжением падение напряжения не имело большого значения. Теперь у нас есть много маломощных схем, которые могут использовать напряжения около 2 В. При таких уровнях вы не можете позволить себе много потерять. Ферритовые шарики вызывают падение постоянного напряжения в вашей цепи. Это может показаться не таким уж большим, но если ваши интегральные схемы (ИС) имеют кратковременное состояние потребления большого тока, потери могут стать значительными. Разместите ферритовые кольца там, где они не вызовут проблем с падением напряжения.

Поскольку ферритовые материалы являются резистивными на высоких частотах, они в основном рассеивают поглощенную энергию в виде тепла.Это тепло не обязательно является проблемой для вашей печатной платы, когда ферритовый дроссель используется на линии питания, но может стать проблемой, когда он используется для рассеивания высоких частот при большом токе. Если ваша система особенно шумная, и шарик будет поглощать много высоких частот, это тепло может стать более серьезной проблемой. Обязательно учитывайте тепловыделение шарика.


Сопротивление ферритового шарика зависит от температуры.

Ферритовые бусины могут быть весьма полезными, но только если вы точно понимаете, как они работают.Помните, что они ослабляют сигналы в довольно узком диапазоне, а их эффективность зависит от температуры и тока нагрузки. Чтобы наилучшим образом использовать ферритовую бусину, вы должны убедиться, что она точно соответствует вашим спецификациям. Затем при размещении шарика обязательно учитывайте падение напряжения и нагрев.

Мы часто обсуждаем важность и назначение ферритовых колец. Если вам нужна дополнительная информация о ферритовых бусинах, ознакомьтесь со статьей «Все, что вам нужно знать о ферритовых бусинах» от отраслевого эксперта Келлы Нэк.

Работа с такими вещами, как ферритовые бусины, может быть сложной задачей, но проектирование печатной платы не обязательно должно быть таким. Altium Designer ® — это современное программное обеспечение для проектирования печатных плат с инструментами, которые помогут вам создать оптимальную плату. У него даже есть надстройки, такие как сеть подачи питания, которые могут помочь вам справиться с такими проблемами, как падение напряжения и рассеивание тепла.

Есть еще вопросы о ферритовых кольцах? Позвоните специалисту Altium.

Выбор ферритового материала – магазин ферритов

Эта таблица поможет сделать правильный выбор ферритового материала.Упомяните, что существует разница в подавлении синфазного сигнала или широкополосных трансформаторах импеданса. В случае подавления синфазного сигнала количество витков изменит используемый частотный диапазон.

Помощь с ферритовым материалом
Материал Частотный диапазон синфазного дросселя (один виток) Частотный диапазон синфазного дросселя (несколько витков) Трансформатор импеданса Балун 1:1 (дроссель)
#31 3,5 — 100 МГц 1,5 — 50 МГц 1,5 — 30 МГц
#43 25–600 МГц 2–60 МГц 2–50 МГц 2–30 МГц
#52 150–1000 МГц 4–150 МГц 1–60 МГц 1–60 МГц
#61 200–2000 МГц 5–200 МГц 15–200 МГц 10–100 МГц
#77 200 кГц — 10 МГц 100 кГц — 10 МГц 0,5 — 8 МГц 1 — 8 МГц

31 Материал

Свойство Символ Значение Единица измерения
Начальная проницаемость мкИ 1500
Плотность потока при напряженности поля B
H
3900
5
Гаусс
Эрстед
Остаточная плотность потока Br 3200 Гаусс
Коэртивная сила Hc 0.-6
МГц
Температурный коэффициент начальной проницаемости (20 -70°C) 1,6 %/°C
Температура Кюри Tc >130 °C
Удельное сопротивление ρ 3000 Ом-см

43 Материал

Свойство Символ Значение Единица измерения
Начальная проницаемость мкИ 800
Плотность потока при напряженности поля B
H
2900
10
Гаусс
Эрстед
Остаточная плотность потока Br 1300 Гаусс
Коэртивная сила Hc 0.5 Ом-см

52 Материал

Свойство Символ Значение Единица измерения
Начальная проницаемость мкИ 250
Плотность потока при напряженности поля B
H
4200
10
Гаусс
Эрстед
Остаточная плотность потока Br 3300 Гаусс
Коэртивная сила Hc 0.9 Ом-см

61 Материал

Свойство Символ Значение Единица измерения
Начальная проницаемость мкИ 125
Плотность потока при напряженности поля B
H
2500
15
Гаусс
Эрстед
Остаточная плотность потока Br 1000 Гаусс
Коэртивная сила Hc 1.8 Ом-см

77 Материал

Свойство Символ Значение Единица измерения
Начальная проницаемость мкИ 2000
Плотность потока при напряженности поля B
H
5100
5
Гаусс
Эрстед
Остаточная плотность потока Br 1800 Гаусс
Коэртивная сила Hc 0.-6
МГц
Температурный коэффициент начальной проницаемости (20 -70°C) 1,2 %/°C
Температура Кюри Tc >200 °C
Удельное сопротивление ρ 100 Ом-см

Колоссальная перестраиваемость высокочастотных магнитоэлектрических индукторов, перестраиваемых по напряжению по концентрации CFO.По мере увеличения процента CFO

μ ′ непрерывно увеличивается до достижения своего максимального значения при x =  0,02, а затем начинает монотонно уменьшаться. Мнимая часть проницаемости, мк ″, также проявляет сильную зависимость от состава CFO в системе NCZF-100 x CFO, как показано на рис. 2b. По мере увеличения процента CFO можно наблюдать, что величина пика μ ″ непрерывно увеличивается, прежде чем достичь своего максимального значения при x =  0.02, а затем начинает снижаться с дальнейшим увеличением процента CFO. Стоит отметить, что изменение резонансной частоты подчиняется закону Снука, т. е. материал с высокой магнитной проницаемостью μ ′ имеет низкую частоту ферромагнитного резонанса (частоту отсечки). На рисунке 2c сравнивается проницаемость NCZF-2CFO с коммерчески доступным ферритом Ferroxcube 4F1, который широко используется в качестве материала высокочастотного индуктора. Можно заметить, что частота среза NCZF-2CFO аналогична частоте Ferroxcube 4F1.На рисунке 2d сравнивается коэффициент потерь NCZF-100 x CFO с Ferroxcube 4F1, где можно отметить, что добавление небольшого количества CFO эффективно снижает потери NCZF. Коэффициент потерь NCZF-2CFO в рабочем диапазоне частот невелик и близок к таковому у серийного Ferroxcube 4F1. Следует отметить, что величина потерь ферритовых материалов чувствительна к составу, микроструктуре и переменным условиям обработки (таким как атмосфера спекания, профиль обжига и т. д.).). Потери или потребление энергии от пьезоэлектрического слоя 7 пренебрежимо малы из-за высокого импеданса пьезоэлектриков. Опираясь на результаты, представленные на рис. 2, и предварительное исследование коэффициентов потерь, мы сосредоточимся на демонстрации магнитоэлектрического VTI с широкими возможностями настройки за счет проектирования анизотропии. Кроме того, мы обеспечиваем полное понимание основных механизмов магнитоэлектрической связи, опосредованных деформацией, на доменном уровне.

Рис. 2

Магнитные свойства материалов NCZF-CFO.2\) сравнение различных составов ферритов. e Намагниченность в зависимости от контуров магнитного поля NCZF-100 x CFO. f Намагниченность насыщения \(\left| {\lambda _{\mathrm{s}}} \right|\) NCZF-100 x CFO. \(\ влево | {\ lambda _ {\ mathrm {s}}} \ вправо | = \ гидроразрыва {2} {3} \ влево ( {\ влево | {\ lambda _ {11}} \ вправо | + \ влево | {\lambda _{12}} \right|} \right)\), где λ 11 — продольная магнитострикция, измеренная, когда тензодатчик располагался параллельно магнитному полю, а λ 12 — поперечная магнитострикция, измеренная, когда тензорезистор был перпендикулярен магнитному полю.Точка данных \(\left| {\lambda _{\mathrm{s}}} \right|\) для чистого CFO ( = 1) относится к предыдущему исследованию (Ref. 24 )

Настройка поведение и частотно-зависимые характеристики магнитоэлектрических VTI

На рисунке 3a показана проницаемость μ r в зависимости от настройки электрического поля E в NZCF-100 x CFO VTI, измеренная на частоте 1 МГц. Можно заметить, что μ r всех VTI сильно зависят от поля и уменьшаются с увеличением E .Чтобы количественно оценить перестраиваемость μ r с примененным E , перестраиваемость γ определяется как \(\gamma = ( {\mu _{\mathrm{{r,0}}} — \ mu _{{\mathrm{r}},E}}){\mathrm{/}}\mu _{{\mathrm{r}},E}\), где μ r,0 μ r в нулевом электрическом поле, а μ r,E есть μ r в заданном электрическом поле E . Как показано на рис. 3b, γ всех VTI увеличивается с увеличением настроечного электрического поля. μ r и γ VTI имеют сильную зависимость от состава, как показано на рис. 3c. μ r увеличивается с увеличением процента CFO и достигает максимального значения при x =  0,02. При дальнейшем увеличении процентного содержания CFO μ r начинает уменьшаться. Изменение γ показывает ту же тенденцию, что и μ r . В поле настройки E  = 10 кВ см −1 перестраиваемость γ увеличивается со 140% до 500%, а затем быстро уменьшается.Максимальная перестраиваемость γ при E  = 10 кВ см −1 составляет ~500% для состава NZCF-2CFO. На рисунке 3d показана зависимость от электрического поля μ r и γ для NZCF-2CFO VTI. μ r имеет большой диапазон перестройки от начального значения 96 до 16 при E  = 20 кВ см −1 , что соответствует перестраиваемости γ 750%. Что примечательно, ВТИ в составе NZCF-2CFO обладает не только замечательной большой перестраиваемостью, но и широкой стабильностью частоты.Как показано на рис. 3e, f, μ r и γ NZCF-2CFO VTI практически постоянны вплоть до частоты 10 МГц. При дальнейшем увеличении частоты μ r и γ еще больше увеличиваются и приближаются к частоте собственного резонанса (SRF) катушки индуктивности с 25 витками, как показано на вставке рис. 3e.

Рис. 3

Возможность настройки магнитоэлектрических ВТИ. a Проницаемость μ r как функция настройки электрического поля E в NZCF-100 x CFO VTI, измерено на частоте 1 МГц. b Настраиваемость γ как функция E в NZCF-100 x CFO VTI, измерено на частоте 1 МГц. c μ r и γ в зависимости от процентного содержания CFO в твердом растворе NZCF-100 x CFO. d μ r и γ как функция E в NZCF-2CFO VTI, измерено на частоте 1 МГц. e Частотная зависимость μ r при различных E , на вставке — спектры μ r для 25 витков и 1 витка обмотки катушки при нулевом электрическом поле.SRF: частота собственного резонанса индуктивности L и паразитной емкости C контура. f Частотная зависимость γ при различных E . μ r и γ демонстрируют стабильность частоты до 10 МГц

Расчет из первых принципов

Как показано выше, возможность настройки проницаемости и индуктивности в VTI сильно связана с содержанием CoFe 2 в магнитных материалах.Известно, что если CoFe 2 O 4 имеет большие положительные K 1 с легкой осью вдоль [001], то NiFe 2 O 4 имеет отрицательные K

8 92 легкой оси вдоль [111]. Как показано на рис. 4а, перемагничивание для системы с К 1  = 0 не имеет энергетического барьера, поскольку энергия не зависит от ориентации магнитного момента, что дает большую магнитную восприимчивость. Первые принципы метод используется для расчета магнитной анизотропы к к , намагниченность м с и магнитострикция λ 100 Ni 1- x CO x Fe 2 О 4 .На рисунке 4b показано распределение катионов Fe и Co/Ni на B-позициях структуры шпинели, использованной в расчете. Как показано на рис. 4c, рассчитанные значения K 1 для NiFe 2 O 4 и CoFe 2 O 4 имеют разные знаки. Магнитокристаллическая анизотропия в основном обусловлена ​​спин-орбитальным взаимодействием и орбитальным движением электронов, которые связаны с электрическим полем кристалла. Большая разница K 1 между NiFe 2 O 4 и CoFe 2 O 4 возникает из-за того, что, занимая одну и ту же октаэдрическую позицию, основной энергетический уровень орбитального состояния для Ni +2 (5 d 8 ) невырождено, но Co +2 (5 d 7 ) вырождено.Следовательно, орбитальный магнитный момент для Ni +2 (5 d 8 ) сильно тушится, в то время как орбитальный момент для Co +2 (5 d 7 ) не полностью тушится хрустальное поле. Более сильная спин-орбитальная связь возникает из-за непогашенного орбитального момента Co +2 (5 d 7 ), что приводит к более высокой анизотропии в CoFe 2 O 4 19,20 . Из-за противоположного знака K 1 в Nife 2 O 4 O 4 o 4 и Cofe 2 O 4 , результирующие анизотропии K 1 NI 1- x x Fe 2 O 4 твердый раствор пересечет нулевое значение при x ~ 0.05 из линейного предсказания, как показано на рис. 4c. В этом исследовании мы ввели небольшой положительный K 1 CoFe 2 O 4 в отрицательный K 1 ферритовой матрицы NZCF таким образом, чтобы минимизировать из феррита, что необходимо для достижения большой возможности настройки индуктивности и проницаемости. Здесь следует отметить, что разница между значением x для минимизированных K 1 между вычислением ( x ~ 0.05) и эксперимента ( x ~0,02) могут быть связаны с выбором начальных расчетных параметров и сложностью базового состава NZCF (отличного от NiFe 2 O 4 ). На рисунке 4d показана магнитострикция λ 100 для Ni 1- x Co x Fe 2 O 4 . Расчетные значения составляют -41 м.д. для NiFe 2 O 4 и -222 м.д. для CoFe 2 O 4 , что хорошо согласуется с экспериментальными данными.Почти линейное поведение λ Ni 1- x Co x Fe 2 O 4 указывает на то, что добавление 2% CoFe 48 927 лишь незначительно увеличивает магнитострикции NZCF, что согласуется с экспериментальными результатами, как показано на рис. 2f. Рисунок 4E показывает намагниченность насыщенности M S μ B ) для Ni 1- x Fe 2 o 4 система.Как Co 2+ , так и Ni 2+ находятся в позиции B (октаэдрические позиции) и образуют обратную структуру шпинели. Соответственно, теоретические значения М Подобно λ , линейное поведение м с S 1- x CO x Fe 2 o 4 Указывает на то, что 2% Cofe Добавление 2 O 4 в феррит NZCF оказывает незначительное влияние на M s магнитных материалов, как показано на рис.2д. Другими словами, на основе расчетов первых принципов и экспериментальных наблюдений эффект компенсации анизотропии за счет комбинации отрицательного K 1 (NZCF) ​​и положительного K 1 (CoFe 2 O 4 ) является руководящим принципом для достижения удивительно большой настраиваемости проницаемости или индуктивности в NZCF-2CFO.

Рис. 4

Первые принципы расчета NiFe 2 O 4 -CoFe 2 O 4 твердый раствор. a Энергетические поверхности для кубической анизотропии с (i) K 1   < 0, (ii) K 1  = 0, (iii) K 4> 1 синей стрелкой показано направление    легкой оси. b Распределение катионов Fe (коричневый) и Co/Ni (синий) на B-позициях структуры шпинели (пространственные группы Imma ), использованных в расчетах. c Магнитокристаллическая анизотропия K 1 Ni 1- x Co x Fe 2 O 4

3 4; d Магнитострикционный λ 100 Ni 1- x Co x Fe 2 4 O 4; E Насаждение намагниченность на молекулу (в μ B ) из Ni 1- x CO 4 o o 4 o 4

Фазовое поле Моделирование магнитных доменных структур и настройки поведение

Для дальнейшего выяснения основных механизмов поведения настройки VTI используется компьютерное моделирование на основе модели фазового поля.Результаты показывают влияние перестраиваемой напряжением пьезоэлектрической деформации на проницаемость и ее настраиваемость для многослойной композитной системы феррит/PZT ME. Была принята модель фазового поля, разработанная в нашей предыдущей работе 21,22 , которая явно рассматривает опосредованную деформацией связь между намагниченностью и поляризацией на уровне домена. Поскольку минимизация или компенсация MCA имеет решающее значение для достижения высокой настраиваемости VTI, различные значения константы MCA K 1 варьировались в диапазоне от -10 000 до 10 000 Дж  м 92 125 -3 92 126 для систематического исследования влияния MCA на VTI. .На рисунке 5а показано изменение намагниченности ферритового слоя под действием электрического поля E с различными константами МКА K 1 . Моделирование показывает, что при нулевом электрическом поле чем больше | К 1 | приводит к меньшему размеру домена из-за меньшей длины обмена. Магнитная проницаемость μ r с различными K 1 при E  = 0 кВ см −1 представлена ​​на рис. 5б. Отмечено, что больший МСА приводит к меньшей проницаемости, в то время как меньший МСА приводит к большей проницаемости, что хорошо согласуется с экспериментальными измерениями, показанными на рис.3в. Здесь следует отметить, что микроструктура всех ферритов NZCF-100 x CFO имеет аналогичную микроструктуру, как показано на дополнительном рисунке 1. Влияние переменных микроструктуры (таких как размер зерна, пористость) на магнитные свойства здесь не рассматривается. Поскольку NZCF-2CFO обладает наибольшей проницаемостью, можно предположить, что K 1 для NZCF-2CFO близко к 0 Дж м −3 . На самом деле, что касается неоднородности, которая всегда существует в реальных материалах, константа MCA не может быть гомогенно равна нулю в твердом растворе NZCF-2CFO, поэтому наибольшая проницаемость, наблюдаемая в экспериментах, намного меньше, чем смоделированное значение.

Рис. 5

Моделирование фазового поля распределения намагниченности и поведения настройки в магнитоэлектрических VTI. a Магнитные доменные структуры феррита с различной магнитокристаллической анизотропией K 1 в различных электрических полях E . Черные стрелки представляют распределение намагниченности. Цветные контуры обозначают три компонента намагниченности. B Магнитная проницаемость μ R R R μ R AT E = 0 кВ см -1 , а также настраиваемость γ на E = 200 кВ см -1 , с различными константами МКА K 1 . c Контур свободной энергии для одиночного зерна с кубической симметрией для иллюстрации эффекта анизотропии, вызванной напряжением, на ось легкого намагничивания и путь вращения домена, где оба K 1 и K σ отрицательны . d Магнитная проницаемость μ r и перестраиваемость γ в зависимости от электрического поля E для VTI с константой МКА K 1 На вставках представлены соответствующие структуры магнитных доменов феррита под действием электрического поля E  = 0 кВ см −1 , 200 кВ см −1 и 400 кВ см −1 и 400 кВ см −1

9 на слой PZT в направлении толщины ( Z -направление) плоскостное ( XY -плоскость) сжимающее напряжение σ будет воздействовать на ферритовый слой. Такое сжимающее напряжение вызовет эффективную магнитную одноосную анизотропию, а именно анизотропию, вызванную напряжением, определяемую выражением \(K_\sigma = 3\lambda _{\mathrm{s}}\sigma /2 <0\) в направлении толщины .Отрицательная анизотропия, вызванная напряжением, уменьшит внеплоскостную составляющую намагниченности и заставит больший объем намагниченности оставаться в плоскости, как показано на рис. 5а. Приложение электрического поля E  = 200 кВ см −1 создает большее намагничивание в пользу выравнивания в плоскости. Также отмечается, что меньший МКА облегчает переориентацию намагниченности в том же электрическом поле. На рисунке 5d показан случай K 1  = −2000 Дж м −3 , где проницаемость значительно снижается за счет приложения электрического поля, что связано с большой модуляцией доменных структур, что приводит к перестраиваемости ~400 % при E  = 400 кВ см −1 .Такое поведение согласуется с экспериментальными измерениями, показанными на рис. 3d. Перестраиваемость с различными константами МКА K 1 при E  = 200 кВ см −1 представлена ​​на рис. 3в. Несмотря на эти совпадения между моделированием и экспериментами, лежащий в основе механизм того, как электрическое поле снижает магнитную проницаемость и почему меньший MCA приводит к большей проницаемости или настраиваемости, все еще нуждается в дальнейших исследованиях.

Магнитная проницаемость определяет, насколько легко намагниченность переориентируется под действием магнитного поля, и небольшой МСА обычно усиливает такую ​​переориентацию намагниченности и, таким образом, повышает проницаемость. В частности, два основных процесса способствуют переориентации намагниченности: процесс вращения домена и процесс движения доменной стенки. Оба процесса проявляют сильную зависимость константы МКА от магнитной проницаемости. Обычно \(\mu _{\mathrm{r}} \propto 1/\left| {K_1} \right|\) для процесса вращения домена, а \(\mu _{\mathrm{r}} \propto 1/\sqrt {\left|{K_1} \right|}\) для процесса движения доменной стенки 18,22,23 .Таким образом, на рис. Отмечено, что линейная зависимость между 1/ μ r и K 1 проявляется при малых МКА, указывая на то, что процесс вращения доменов доминирует, когда МКА относительно мал, а повышенный МКА начинает делать 1/ μ r отклоняются от линейности, указывая на возрастающий вклад процесса движения доменной стенки.При приложении электрического поля поведение переориентации намагниченности будет изменено. Поскольку большая перестраиваемость возникает в небольшой области МКА, в которой преобладает процесс вращения домена, мы в основном сосредоточимся на процессе вращения домена, чтобы исследовать поведение перестраиваемости под влиянием анизотропии, вызванной напряжением.

На рисунке 5c кратко показано изменение пути вращения домена, вызванное анизотропией, вызванной напряжением K σ в одиночном зерне с кубической симметрией.При отрицательных значениях K 1 намагниченность изначально выровнена в направлении легкой оси < 111 > , и процесс вращения домена предпочитает следовать по пути с наименьшей свободной энергией. Например, при магнитном поле, приложенном в направлении [010], путь \(\влево[ {111} \вправо] — \влево[ {101} \вправо] — [1\бар 11]\) (Путь I) предпочтительнее, так как он обладает самым низким энергетическим барьером Δ G . Когда приложено электрическое поле, отрицательная анизотропия, вызванная напряжением, уменьшит внеплоскостную составляющую намагниченности, и путь вращения домена, а также соответствующий энергетический барьер также будут изменены.Как показано на рис. 5c, вызванная напряжением анизотропия \(K_\sigma = 1,5K_1\) достаточно велика, чтобы изменить легкую ось на  < 110 > в плоскости и заставить вращение домена следовать новому пути \(\ left[ {110} \right] — \left[ {100} \right] — [1\bar 10]\) (Путь II), энергетический барьер которого значительно выше. Поскольку вращение домена по Пути II должно преодолевать более высокий энергетический барьер, чем по Пути I, магнитная проницаемость будет уменьшаться. Пока мы показываем результаты для конкретного одиночного зерна на рис.5в, такой вывод справедлив и для поликристаллического феррита. Без анизотропии, вызванной напряжением ( E  = 0), вращение домена будет происходить по пути с наибольшим снижением энергии. Как только индуцируется большая анизотропия, вызванная напряжением ( E ≫0), вращение домена будет ограничено в плоскости, что сделает траекторию в плоскости более высокой энергией и, таким образом, уменьшит магнитную проницаемость. Согласно приведенному выше анализу, проницаемость может быть выражена в общем виде

2}}{{2(K_0 + K_{0\sigma})}} + 1,$$

(1)

, где K 0 представляет собой эффективную MCA, а дополнительные анизотропии K K 0 Σ представляют собой Σ -информированную анизотропию, которая зависит от анизотропии, вызванной стрессом к Σ .Как показано на рис. 5c, индуцированная σ анизотропия K 0 σ достигнет своего максимума при приложении достаточно сильного электрического поля, что соответствует минимальной насыщенной проницаемости.

Согласно уравнению. (1), анизотропия, вызванная напряжением, внесет дополнительную анизотропию, которая будет уменьшать проницаемость до тех пор, пока она не достигнет состояния насыщения, что согласуется с нашими смоделированными результатами для VTI с K 1  = −2000 Дж м − 3 показан на рис.5д. Если внимательно посмотреть на рис. 5d, можно определить три режима. В режиме I проницаемость сначала увеличивается при малом электрическом поле до максимума, так что в этом режиме появляется небольшой пик проницаемости ( μ -пик). Такой пик μ также сообщается для систем индукторов, использующих феррит NiZn или другие ферритовые материалы, а также появляется в некоторых наших экспериментальных измерениях, как показано на рис. 3a, обычно приписываемый процессу вращения домена. В режиме II проницаемость быстро падает из-за индуцированной σ анизотропии K 0 σ , которая связана со значительным изменением структуры магнитных доменов.В режиме III проницаемость уменьшается очень медленно и приближается к минимальному значению насыщения, поскольку анизотропия K 0 σ почти достигает своего максимума из-за сильного электрического поля. Здесь следует отметить, что диапазон электрического поля между моделированием и экспериментом показывает большую разницу, которая возникает из-за разных значений d 31 : структура PZT, принятая в моделировании, имеет гораздо меньший d 31 , чем PMN-PT, использовавшийся в эксперименте.Согласно рис. 5d, при изменении электрического поля от 0 до 400 кВ см -1 индуцированное сжимающее напряжение изменяется от 0 до ~150 МПа, что соответствует диапазону напряжений по сравнению с экспериментом.

На основе уравнения (1), предполагая \(\mu _{\mathrm{r}} \gg 1\), перестраиваемость может быть задана как

$$\gamma = \frac{{\mu _{\mathrm{{r0}} }} — \ mu _ {\ mathrm {r} E}}} {{\ mu _ {\ mathrm {r} E}}} \ приблизительно \ frac {{K_ {0 \ sigma}}} {{K_0}} $$

(2)

Уравнение (2) показывает, что при том же электрическом поле или анизотропии, вызванной напряжением, меньшая МКА соответствует большей перестраиваемости, что объясняет, почему большая перестраиваемость возникает при малой константе МКА K 1 при том же электрическом поле , как показано на рис.3с и 5б. Кроме того, член анизотропии K 0 σ включает не только приращение внутренней анизотропии, вызванное K σ , показанное на рис. 5c, но также повышенное неоднородное напряжение от шероховатых границ раздела и границ зерен повышенное электрическое поле или сжимающее напряжение, что также объясняет улучшение перестраиваемости. Стоит отметить, что хотя приведенный выше анализ основан на процессе вращения доменов, аналогичный анализ механизма движения доменных стенок также дает тот же вывод.Мы пришли к выводу, что настраиваемость композитных VTI феррит/PZT ME можно улучшить, уменьшив константу MCA | K 1 |, что может быть реализовано путем легирования феррита NiZn соответствующим составом CFO для эффективного снижения | К 1 |.

Влияние внутреннего напряжения смещения на настраиваемость VTI

Как видно из приведенных выше экспериментов и моделирования, в ME композитной системе VTI существуют три режима проницаемости, как показано на рис.5д. Поскольку перестраиваемость в режиме I мала или даже отрицательна, желательно сместить наши начальные рабочие условия, чтобы избежать режима I, и работать VTI непосредственно в режиме II при E  > 0 кВ см −1 . Поскольку магнитная проницаемость напрямую зависит от напряжения, воздействующего на ферритовый слой, рабочее состояние VTI может быть достигнуто введением надлежащего сжимающего внутреннего напряжения смещения на ферритовый слой, так что проницаемость будет модулировать в режимах II и III при тот же диапазон электрического поля.Такое предварительно существовавшее внутреннее смещающее напряжение может быть введено различными способами. Здесь внутреннее напряжение смещения вводится электрической поляризацией пьезоэлектрического слоя, так что результирующее сжимающее напряжение смещения на ферритовом слое сместит начальную магнитную проницаемость в режим II, а затем этот VTI будет работать в режимах II и III под действием электрического поля. E >  0 кВ см −1 . Для достижения этой цели пьезоэлектрический слой должен быть деполяризован перед соединением с ферритовым слоем.

На рис. 6a, b показаны экспериментально измеренные проницаемость и соответствующая настраиваемость во время процесса электрического поля в композитной системе VTI NZCF-2CFO/PMN-PT ME. В первом полупериоде ( E  = 0→10 кВ см −1 ) проницаемость сначала почти постоянна (режим I), а затем резко падает при E ~ 4 кВ см −1 до небольшая величина без больших изменений при дальнейшем увеличении электрического поля, что указывает на то, что проницаемость попадает в режим III после внезапного падения.Такое падение проницаемости связано с электрической поляризацией слоя PMN-PT, которая оказывает большое сжимающее напряжение на ферритовый слой. Во втором полупериоде ( E  = 10→0 кВ см −1 ) проницаемость постепенно и плавно увеличивается при уменьшении электрического поля, указывая на то, что проницаемость попадает в режим II. Проницаемость µ r ~40 при E  = 0 значительно ниже, чем в первом полупериоде µ r ~90, что свидетельствует о наличии сжимающего внутреннего напряжения смещения.Отмечено, что из-за большего диапазона настройки деформации/напряжения, вызванного в первом полупериоде, перестраиваемость имеет большую величину (~700%), чем во втором полупериоде (~300%). Проницаемость и перестраиваемость без внутреннего напряжения смещения (поляризованный слой PMN-PT перед соединением с ферритом) также представлены на рис. 6a, b. Сравнение между случаями использования поляризованного и неполяризованного (второй полупериод) пьезоэлектрического слоя показывает, что введение сжимающего напряжения внутреннего смещения успешно сдвигает магнитную проницаемость в режимы II и III при одном и том же диапазоне настройки электрического поля.

Рис. 6

Влияние напряжения внутреннего смещения на возможность настройки VTI. a Экспериментально измеренная магнитная проницаемость μ r в различных электрических полях E для ВТИ с исходным неполяризованным пьезоэлектрическим слоем и исходным поляризованным пьезоэлектрическим слоем. Черная линия представляет собой неполяризованный образец с увеличением электрического поля от 0 до 10 кВ см −1 , красная линия представляет собой неполяризованный образец с уменьшением электрического поля с 10 до 0 кВ см −1 , а синяя линия представляет поляризованный образец с электрическое поле увеличилось от 0 до 10 кВ см −1 . b Соответствующая перестраиваемость γ проницаемости в a . c Поперечная деформация пьезоэлектрического кольца в плоскости как функция приложенного электрического поля, измеренная тензодатчиком. d Смоделированные доменные структуры для слоев феррита и PZT. Этап A, этап B и этап C соответствуют трем этапам, обозначенным в и . Черные стрелки представляют поляризацию или распределение намагниченности. Цветные контуры трех компонентов поляризации или намагниченности

На рисунке 6c показан гистерезис поперечной деформации пьезоэлектрического кольца в вышеупомянутых первом и втором полупериодах электрического поля, что может помочь лучше понять поведение проницаемости.Внезапное изменение деформации Δ ε ~-0,06 % происходит вблизи поля коэрцитивной силы E c ~ 4 кВ см −1 , что соответствует большому сжимающему напряжению, действующему на ферритовый слой, что приводит к значительное снижение проницаемости, как показано на рис. 6а. При E  = 0 кВ см −1 остается конечная деформация приблизительно −0,06%, что соответствует конечному сжимающему напряжению, и такое напряжение является просто внутренним напряжением смещения, вносимым электрической поляризацией слоя PMN-PT. .Как только поляризации выровнены вдоль направления поляризации, поляризованное состояние не будет разрушено, если не будет приложено ненулевое электрическое поле в противоположном направлении за пределами коэрцитивного поля.

Чтобы лучше понять поведение проницаемости, показанное на рис. 6а, связанные доменные структуры, полученные в результате моделирования для слоев феррита и PZT на этапе A (начальная доменная структура), этапе B (почти насыщенная доменная структура) и этапе C (необратимая доменная структура при E  = 0 кВ см −1 ) показаны на рис.6д. На начальном этапе А и поляризация, и намагниченность ориентированы почти случайным образом из-за нулевого внутреннего напряжения при E  = 0 кВ см −1 . На этапе B сегнетоэлектрические поляризации ориентированы одноосно в направлении Z в сильном электрическом поле, которое вызывает плоскостное сжимающее напряжение в ферритовом слое, а одноосная анизотропия, вызванная отрицательным напряжением, заставляет намагниченности оставаться в XY -самолет. Поскольку поляризации полностью поляризованы в направлении Z , а намагниченности хорошо выровнены в плоскости XY , уменьшение электрического поля не внесет большой разницы в доменную структуру между стадиями B и C.Отмечено, что при том же электрическом поле E  = 0 кВ см −1 Стадия C демонстрирует совершенно иную доменную структуру, чем Стадия A, что объясняется сжимающим внутренним напряжением смещения, возникающим из-за необратимой деформации пьезоэлектрического слоя. .

В заключение мы демонстрируем магнитоэлектрический VTI, основанный на концепции компенсации магнитокристаллической анизотропии (MCA), обнаруженной в твердом растворе феррита NiZnCu и феррита CoFe 2 O 4 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *