Симметрирующий трансформатор 1 1 своими руками: Симметрирующий трансформатор 1 1 своими руками

Содержание

Симметрирующий трансформатор. Устройство и работа. Применение

В идеале напряжение в трехфазной сети между каждой из фаз и нулевым проводником равно 220 В. Но, при подключении к фазам сети разных потребителей, которые различаются по величине и характеру, появляется перекос фаз.

Симметрирующий трансформатор

Если бы при подключении нагрузок обеспечивалось равенство сопротивлений потребителей, то и проходящие через них токи были бы одинаковыми. В результате того, что токи на фазах не равны, в нулевом проводнике появляется уравнительный ток и напряжение смещения.

Напряжения на фазах изменяются между собой, и возникает перекос фаз, следствием которого становится повышение расхода электрической энергии и неправильное функционирование потребителей, которое приводит к отказам, сбоям и быстрому износу изоляции.

Для трехфазных автономных источников энергии перекос фаз может привести к разным неисправностям механизмов. В результате может возрасти расход топлива и масла на приводном двигателе, а также жидкости для охлаждения генератора. Эти неисправности приводят к повышению расходов на электричество, расходные материалы.

Не всегда, получается, рассчитать токи потребителей на фазах, чтобы выровнять их напряжения. Поэтому для предотвращения отрицательных последствий используют симметрирующий трансформатор, который выравнивает напряжения на фазах.

Устройство и принцип работы

Симметрирующий трансформатор монтируется в стационарном исполнении. Выводы к нагрузке и сети обычно размещены на нижней панели. Для намотки катушек трансформатора используют только медные провода. Обмотки имеют гальваническую развязку, то есть, не имеют между собой электрического соединения. На входе в устройство устанавливается электрический автомат, позволяющий обеспечить защиту трансформатора от короткого замыкания и чрезмерных нагрузок. Трансформатор имеет индикаторы присутствия напряжения на выходе.

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора соединены по схеме звезды. В них включена вспомогательная симметрирующая обмотка, охватывающая первичную высоковольтную обмотку трансформатора. Эта обмотка спроектирована таким образом, чтобы она могла выдержать продолжительный ток нагрузки трансформатора при работе в номинальном режиме на одной фазе. Вспомогательная симметрирующая обмотка включена в разрыв нулевого проводника трансформатора.

При появлении уравнительного тока в нулевом проводнике вследствие несимметричной нагрузки, магнитные потоки обмоток в магнитопроводе компенсируются противоположными потоками вспомогательной обмотки. В итоге перекос напряжений на фазах полностью исчезает.

Схема подключения обмоток для выравнивания фаз изображена на рисунке.

Энергетические параметры симметрирующих трансформаторов ввиду добавления вспомогательной обмотки практически не изменяются, однако заметно уменьшаются потери электрической энергии в сети. При возникновении перекоса напряжений на фазах происходит их выравнивание.

Эксперименты и исследования ученых показали, что при соответствующем расчете числа витков рабочих и вспомогательной обмоток, напряжение на вспомогательной обмотке трансформатора при номинальном токе в нулевом проводнике становится равным фазному напряжению. При этом симметрирующая обмотка выравнивает электродвижущую силу до нулевой величины.

Симметрирующий трансформатор значительно уменьшает сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Это позволяет значительно повысить ток короткого замыкания на фазе, что стало основным достоинством симметрирующих устройств, из-за легкой и надежной регулировки релейной защиты и ее работы при коротком замыкании.

Разрушающее действие повышенного тока короткого замыкания, возникшего на одной фазе, такого выравнивающего трансформатора намного ниже, в отличие от тока короткого замыкания при отсутствии компенсирующей обмотки, так как этот разрушительный несимметричный поток полностью компенсируется.

Если рассмотреть, как работает симметрирующий трансформатор при подключении несимметричной нагрузки на одну фазу, то видно, что максимальная нагрузка на фазу равна третьей части от трехфазной мощности источника энергии.

После включения мощной нагрузки на одну фазу возникает перекос фаз, поэтому возрастает вероятность выхода из строя подключенных к источнику потребителей нагрузки. Если мощность потребителей возрастет на треть от мощности источника, то трансформатор может выйти из строя.

На рисунке видно, что максимальная нагрузка на фазу может быть равной половине трехфазной мощности источника. Однако, источник будет воспринимать нагрузку, распределенную равномерно по всем фазам.

Применение симметрирующего трансформатора позволяет снизить мощность генератора, при этом к нему будут подключены такие же по мощности приемники, как и без дополнительной обмотки. Для источника электричества нагрузка будет распределенной по фазам равномерным образом.

Как используется симметрирующий трансформатор
Такое устройство широко используется в различных областях:
  • В работе жилищно-коммунального хозяйства.
  • На садовых и дачных участках.
  • В промышленном производстве на станках с программным управлением.
  • В военной технике.

Симметрирующие трансформаторы располагают между потребителями нагрузки и источником электрической энергии.

Виды схем
  • Симметрирующий прибор с 3-фазным трансформатором включает три обмотки. Вторая обмотка соединена с четвертой по последовательной схеме, а со второй на других магнитопроводах зигзагообразно. Общее количество витков 1-й и 3-й обмотки такое же, как во 2-й обмотке. Эффективное функционирование симметрирующего устройства создается с помощью уменьшения сопротивления протекающим токам нулевой последовательности. Это намного повышает надежность функционирования при возникновении аварии. Между нулевым выводом N2 и N1 в схему подключены тиристорные ключи (6,7), сопротивление (10) и стабилитроны (8,9) для подсоединения фазных нагрузок.

  • Эта схема состоит из:
    — магнитопровод 1, состоящий из трех стержней;
    — первичная трехфазная симметричная обмотка 2 с сетевым питанием;
    — вторичная обмотка 3, подключенная тремя лучами зигзага.Особенностью такой схемы является отсутствие тока нулевой последовательности во время любых режимов. Симметрирующий трансформатор наиболее надежен и прост в устройстве.

Симметрирующие устройства могут снижать потери электроэнергии путем падения амплитуд колебаний, падения сопротивления, что увеличивает ресурс работы источников энергии в сетях, в которых возникли перекосы фаз. Такие устройства служат для увеличения надежности работы автономных бензиновых генераторов и различных потребителей энергии при перекосах фаз. Подобные устройства позволяют рационально использовать электростанции с небольшой мощностью.

Похожие темы:

Симметрирующий трансформатор (balun) 1:1 — embedded.icu

28.03.2017 20:11, автор EW1ADF

Известно, что при питании симметричной антенны, такой как диполь или Inverted V по несимметричному фидеру (коаксиальному кабелю) антенна нагружается несимметрично даже если ее входное сопротивление согласовано с волновым сопротивлением кабеля. В результате чего возникают уравнительные токи, вызывающие излучение внешней стороны оплетки коаксиального кабеля, создавая таким образом нежелательные помехи радиоприему (так называемый антенный эффект фидера, АЭФ). Помимо этого, уравнительные токи могут значительно искажать диаграмму направленности антенны.

Для обеспечения симметричности нагрузки при несимметричной линии (и наоборот) используется устройство называющееся симметрирующим трансформатором или балуном (от английского balun, balanced to unbalanced). Важно отметить, что балун это один из вариантов использования симметрирующего трансформатора — в радиолюбительской практике используется также еще и унун (unun, unbalanced to unbalanced). Существует великое множество схем и вариантов изготовления данных трансформаторов, однако не всегда бывает возможным использовать, к примеру, ферритовые кольца или стержни определенной магнитной проницаемости. Несмотря на это, в настоящее время производство таких трансформаторов весьма распространено и в случае отсутствия возможности самостоятельной сборки устройства всегда есть вариант его недорогого приобретения, как например балун КВ диапазона имеющий соотношение сопротивлений 1:1 собранный китайским радиолюбителем BG4DBZ.

Данное устройство выполнено с использованием ферритового стержня и рассчитано на подводимую мощность до 500 Вт. Балун имеет влагозащищенный корпус, два контакта для подключения полотна антенны (с барашковой гайкой), разъем SO-239 для подключения фидера и рым-гайку для подвеса; размер корпуса конструкции (без учета креплений и разъема) составляет 85 х 45 мм, а вес порядка 200 грамм.

На корпусе кроме маркировки основных параметров также имеется график КСВ который и был проверен на соответствие с помощью неиндуктивной нагрузки сопротивлением 50 Ом и антенного анализатора RigExpert AA-30.

Графики измерений:

В ходе проведенных измерений выяснилось, что КСВ равное 1,2 достижимо уже на частоте около 30 МГц вместо заявленых 50 МГц (на графиках радиолюбительские участки отмечены светлыми полосами). И все же для всего радиолюбительского КВ диапазона параметры балуна имеют вполне хорошие параметры.

Симметрирующий Трансформатор :: Электротехническое оборудование

Симметрирующий Трансформатор

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.

Источник: electricalschool.info

Симметрирующий трансформатор — устраняем перекос фаз | Электронщик

Несимметрией токов и напряжений в электротехнике называется появление в 3-фазной сети неравномерности амплитуд фазных токов и углов меж ними. Такая несимметрия может возникнуть при неравномерной межфазной нагрузке.

Например, при соединении обмоток по типу звезда и четырёхпроводном питании, возможны такие последствия несимметрии, как:

  • обрыв «нуля». При этом линейное напряжение не меняется, а фазовые напряжения перераспределяются в прямой пропорциональности от электрического сопротивления нагрузки. При протекании тока по нулевой жиле разбалансировки не происходит (у каждого потребителя напряжение будет равно 220 В). Как только случается обрыв «нуля» по причине неравномерности, потребители могут выйти из строя;
  • короткое замыкание «фазы на нуль». Напряжение между другими фазами и нулем вырастает. И по идее должен отключить цепь защитный автомат. Исход зависит от сопротивления проводов и самого трансформатора.

Что происходит при перекосе фаз?

Данное явление получается из-за нагрузочной неравномерности фаз. Происходит увеличение токов и падение напряжения, компенсирующегося другими фазами. При этом на остальных фазах возрастает напряжение, что плохо влияет на потребителей.

Самым энергоэффективным способом исправления перекоса фаз считается использование симметрирующих устройств (СУ), которые способны убрать токи нулевой и обратной последовательности.

Они делятся на виды:

  • конденсаторные;
  • преобразующие;
  • компенсационные СУ.

Последние аппараты представляют собой устройства с подсоединением в рассечку «нуля» трансформатора симметрирующего трехфазного (ТСТ) компенсационной обмотки. Этот способ самый эффективный, так как характеризуется высокими показателями симметрирования.

Трансформатор симметрирующий трехфазный

Симметрирующие трансформаторы – это устройства, устраняющие перекос фаз в 3-фазных электросетях.

Работа симметрирующего трансформатора заключается:

  • в выравнивании тока нагрузки на сети питания вне зависимости от потребительской нагрузки;
  • в уменьшении просадки в сети при подключении мощной нагрузки;
  • в снижении потерь энергии, уменьшении гармоник и сопротивления.

Электрическая схема приведена на рисунке,

где 1 – магнитопровод, 2, 3 – обмотки высокого, низкого напряжения, 4 – компенсационная обмотка, 5 – клинья.

Конструкция хорошо понижает сопротивление нулевой последовательности 3-фазного трансформатора. Благодаря ей значительно увеличиваются токи КЗ – одно из основных преимуществ симметрирующих трансформаторов, поскольку это облегчает настройку релейной защиты при КЗ. Помимо этого, нет такого сильно разрушающего воздействия тока ОКЗ, так как обеспечивается компенсация несимметричного потока нулевой последовательности.

Посмотрим, что будет, если подключить однофазную несимметричную нагрузку в 3-фазную четырехпроводную электросеть с применением ТСТ и без него.

На изображении видно, что наибольшая нагрузка одной фазы равна 1/3 от 3-фазной мощности энергоисточника.

В результате включения мощного 1-фазного потребителя получится перекос фаз. Повысится риск выхода из строя присоединённых к источнику питания потребителей. Если мощность приёмников повысится на 1/3 трехфазной мощности источника, то возможна поломка прибора.

На этом рисунке показано, что наибольшая нагрузка на одну фазу может равняться половине 3-фазной мощности источника энергии. Тем не менее, источник станет принимать нагрузку как равномерно распределенную пофазно.

Использование ТСТ даёт возможность уменьшить мощность генератора, подключив к нему те же электроприемники. Для энергетического источника нагрузка будет приниматься равномерно распределенной по фазам.

Целесообразность решения о включении в схему ТСТ зависит от каждого конкретного случая.

Конструкция и применение симметрирующего трансформатора

Основными составляющими трансформатора являются силовой агрегат, устройство кабельного «ввода-вывода» с защитными автоматами. Способ электромонтажа стационарный. Выводы к сети и нагрузке располагаются в нижней панели. Трансформаторные катушки исполнены с помощью медного провода. Первичная со вторичной обмоткой обладают гальванической развязкой. Вторичная обмотка выполняется по схеме «звезда».

На входе трансформатора монтируется автомат, который обеспечивает защиту от перегрузок и КЗ. Трансформатор обладает световой индикацией наличия выходного напряжения.

Применение

Трансформаторы ТСТ широко применяются в следующих сферах:

  • военное вооружение;
  • технологические машины с ЧПУ;
  • служба ЖКХ;
  • садово-дачные поселения.

ТСТ размещаются между источником электроэнергии и электрическими потребителями.

Схемы симметрирующих трансформаторов

Рассмотрим для примера две схемы:

СУ с трехфазным трансформатором состоит из трёх обмоток. Обмотка «2» подключена с «4» последовательно, с обмоткой «2» на других стержнях – встречно зигзагообразно. Общее количество витков первой и третьей равно числу витков второй обмотки.

Эффективное применение СУ получается благодаря снижению сопротивления токам нулевой последовательности, что повышает надежность работы в аварийном режиме.

В схему между выводом «нуля» для подключения фазных нагрузок N2 и нулевым выводом N1 подключены последовательно тиристорный ключ (6 и 7), стабилитроны (8 и 9) и резистор 10.

Следующая схема включает в себя:

  • 3-стержневой магнитопровод 1;
  • 3-фазную симметричную первичную обмотку 2 с питанием от сети;
  • вторичную обмотку 3, подсоединённую по схеме зигзага трёх лучей.

Особенность этой схемы заключается в неимении тока нулевой последовательности во всех обмотках при любых режимах. Такой трансформатор отличается простотой и надёжностью.

Заключение

ТСТ позволяют сократить потери энергии за счет снижения амплитуд гармоник, уменьшения сопротивления. Это увеличивает рабочий ресурс энергетических источников в сетях с перекосами фаз. Аппараты предназначены для повышения надежности автономных генераторов и потребителей, когда нагрузки несимметричны.

Трансформаторы дают возможность рационально применять электростанции с меньшей мощностью. Электрическим генераторам, производимым по синхронному типу, требуется равномерность нагрузки, при этом допускается лишь тридцати процентный перекос по фазам. В таком случае весьма полезным становится применение симметрирующего трансформатора.

Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

1-9. Симметрирующие цепи | RadioUniverse

Почти все антенны, применяемые в диапазоне УКВ, симметричные, и поэтому для точного согласования их с линиями передачи сами линии передачи должны быть симметричными (ленточные кабели УКВ, экранированные двухпроводные линии, двухпроводные линии с воздушной изоляцией). Однако во многих случаях в качестве линии питания симметричной антенны целесообразно использовать коаксиальный кабель, который не обладает симметрией. При питании симметричной антенны по коаксиальному кабелю, даже при совпадении входного сопротивления антенны и волнового сопротивления кабеля, антенна нагружается кабелем несимметрично и в результате возникают уравнивающие токи, протекающие по внешней стороне оплетки кабеля. Кабель питания начинает излучать электромагнитные волны, что является паразитным излучением, искажающим диаграмму направленности антенны. Устройства, которые позволяют подключать кабель к входным зажимам антенны симметрично относительно земли, называются симметрирующими устройствами.

Четвертьволновый симметрирующий трансформатор

Конструкция четвертьволнового симметрирующего трансформатора показана на рис. 1-52.

Подобная конструкция в основном применяется в диапазоне дециметровых волн и УКВ. Длина внешнего металлического проводника равна λ/4·0,95. Внешний диаметр D для обычно применяемых коаксиальных кабелей равен приблизительно 25—40 мм. Кабель проходит через центральное отверстие, просверленное в металлической шайбе, которая соединяет низ внешней трубки с оплеткой кабеля. Защитное покрытие кабеля снимается на длину λ/4 от места его подключения к антенне. Верх внешней трубки закрывается шайбой, изготовленной из изолирующего материала, в центре которой просверливается отверстие для коаксиального кабеля. Для предотвращения проникновения влаги в трансформатор следует тщательно уплотнить его вход, для чего можно использовать полистироловые стружки, растворенные в хлороформе.

Симметрирующий трансформатор

Особенно простым, применяемым также и в диапазоне коротких волн, является симметрирующее устройство, изображенное на рис. 1-53.

Для такого устройства требуется только отрезок коаксиального кабеля с любым волновым сопротивлением (длина λ/4·0,95). Необходимо, чтобы диаметр отрезка кабеля равнялся диаметру основного кабеля. Нижний конец четвертьволнового отрезка кабеля закорачивается и соединяется с оплеткой основного кабеля. Расстояние X некритично и может составлять от 2 до 4 см.

На рис. 1-54 изображена более простая конструкция рассматриваемого симметрирующего устройства, в которой вместо отрезка кабеля используется трубка, диаметр которой также должен быть равен диаметру кабеля питания.

Симметрирующий шлейф

На рис. 1-55 изображена конструкция симметрирующего шлейфа, который, как нетрудно видеть, представляет собой разновидность симметрирующего устройства, рассмотренного выше. Симметрирующий шлейф отличается лишь тем, что кабель питания соответствующей длины (несколько больше λ/4), очищенный от внешней защитной оболочки, пропускается в трубку Т

1, и таким образом обеспечивается контакт между оплеткой кабеля и трубкой Т1.Центральная жила кабеля питания через проходной изолятор выводится из трубки T1 и подсоединяется к трубке Т2. Замыкающую перемычку в нижнем конце шлейфа делают обычно подвижной для точной настройки.

Четвертьволновый симметрирующий шлейф

На рис. 1-56 изображено очень простое симметрирующее устройство, которое конструктивно вполне выполнимо и в диапазоне коротких волн.

Оно состоит из замкнутого на нижнем конце отрезка коаксиального кабеля длиной (электрической) λ/4. Следует учитывать коэффициент укорочения коаксиальных кабелей, который в среднем составляет около 0,66, т. е. следует брать отрезок кабеля длиной λ/4·0,66. Расстояние между четвертьволновым отрезком кабеля и кабелем передачи должно равняться по меньшей мере 5 см. В точке подключения к антенне кабель передачи и проводники симметрирующего устройства соединяются параллельно с перекрещиванием.

Все рассмотренные до сих пор симметрирующие устройства не дают преобразования полного сопротивления в точке питания антенны, т. е. эти симметрирующие устройства действуют как трансформаторы с коэффициентом трансформации 1 : 1

Симметрирующая цепь в виде кольца

Симметрирующее устройство, изображенное на рис. 1-57, обладает также способностью трансформировать полное сопротивление.

Круговой шлейф изготовляется из того же кабеля, что и линия передачи. Геометрическая длина шлейфа равна λ/2·k. Как видно из рис. 1-57, оплетка шлейфа соединяется с оплеткой кабеля питания. Коэффициент трансформации кольцевого симметрирующего шлейфа 1:4, т. е. с помощью такого симметрирующего трансформатора к антенне с входным сопротивлением 240 ом можно подключить симметрично относительно земли коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 60 ом.

Симметрирующий трансформатор

Симметрирующий трансформатор можно сделать, соединив два отрезка линий передачи одинаковой длины на одном конце параллельно, а на другом последовательно. При этом коэффициент трансформации равен 1 : 4. Волновое сопротивление линий Z, из которых сделан трансформатор, при параллельном соединении преобразуется в,сопротивление Z/2 и не обладает симметрией относительно земли; напротив, при последовательном соединении линий питания получаем сопротивление, симметричное относительно земли, — 2Z. Длина обоих отрезков линий составляет по λ/4. На рис. 1-58 показаны конструкции такого симметрирующего трансформатора, сделанные из ленточных или коаксиальных кабелей.

Двойной коаксиальный дроссель в качестве симметрирующего устройства

При питании симметричных антенн по несимметричному коаксиальному кабелю без применения симметрирующих устройств, как уже указывалось выше, возникает паразитное излучение линии передачи (поверхностные волны). Эти поверхностные волны особенно интенсивны в тех случаях, когда кабель питания случайно оказывается в резонансе по отношению к рабочей частоте. Следует отметить, что поверхностные волны нельзя замерить с помощью прибора для измерения стоячих волн.

Для широкодиапазонных антенн применение большинства описанных выше симметрирующих устройств невозможно, так как их свойства зависят от частоты.

Для широкодиапазонных антенн диапазона коротких волн симметрирование можно произвести, изготовив из коаксиального кабеля катушку, конец которой подключается к антенне. Коаксиальный дроссель с 10—12 витками диаметром 120 мм и с расстоянием 1—2 мм между витками обеспечивает в диапазоне 10, 15 и 20 м значительное ослабление поверхностных волн.

Лучшие результаты дает применение радиолюбительской конструкции — двойного коаксиального дросселя, предложенного радиолюбителем DL1UX. Конструкция и соединение дросселя с антенной показано на рис. 1-59. Двойной коаксиальный дроссель изготовляется следующим образом: наматывается 20 витков коаксиального кабеля диаметром 100 мм, причем конец кабеля припаивается к оплетке, как показано на рисунке, таким образом, чтобы расстояния от середины дросселя до места припайки были равными. В середине дросселя кабель на расстоянии 3—5 см очищается от оплетки и диэлектрика, и к его центральной жиле припаиваются проводники, идущие к антенне.

Описанный двойной коаксиальный дроссель полностью свободен от поверхностных волн, имеет максимальное вносимое ослабление по мощности порядка 0,5 дб и обладает широкой полосой пропускания, что позволяет применять такое симметрирующее устройство в трехдиапазонных коротковолновых антеннах.

Токовый балун 4:1 с улучшенными характеристиками на одном сердечнике — Сайт инженера Задорожного С.М.

Среди тем, представляющих интерес для радиолюбителей, балуны занимают особое место, что обусловлено их широким применением в балансных усилителях и цепях согласования с антеннами, особенно с симметричными антеннами, такими как диполи. Балун (от англ. balun — balanced/unbalanced) — это общее название симметрирующих трансформаторов, преобразующих электрический сигнал из симметричного (balanced) в несимметричный (unbalanced) и наоборот.

     Введение

Балуны бывают, по существу работы, двух видов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Балун как симметрирующий трансформатор напряжения, в соответствии со своим названием, поддерживает постоянными и равными по амплитуде напряжения противофазных сигналов на двух клеммах своего симметричного выхода, независимо от нагрузки [2]. На таких же клеммах токового балуна, напротив, постоянной и равной по величине поддерживается амплитуда тока двух противофазных сигналов, независимо от потенциалов этих клемм относительно «земли» на несбалансированной стороне [2].

Третий тип балуна, известный как 180-градусный делитель мощности или гибридный соединитель, мало интересен радиолюбителям, в первую очередь из-за своей стоимости, но находит широкое применение в профессиональной аппаратуре.

     Заблуждения

Существует ряд заблуждений относительно конструкции и применения симметрирующих трансформаторов, среди которых следующее:

«…невозможно сконструировать токовый балун с соотношением импедансов на выходе и входе 4:1, используя два балуна 1:1 на одном сердечнике».

и т.п.

(Здесь и далее в статье в качестве характеристики симметрирующих трансформаторов/балунов приводится соотношение согласованных импедансов на выходе и входе, а не коэффициент трансформации  – прим. переводчика)

Во избежание этого и других подобных заблуждений, конструирование и применение токового балуна в настоящей статье разбирается более пристально, начиная с некоторых теоретических основ и разбора недостатков двух общеизвестных базовых конструкций (токовый балун 4:1 швейцарца Густава Гванеллы (Gustav Guanella) и симметрирующий трансформатор напряжения 4:1 американца Клайда Рутрофа (Clyde Ruthroff) ), затем рассмотрим токовый балун 4:1 с улучшенными характеристиками, в котором эти недостатки преодолены, в заключение приведены некоторые результаты тестирования образца, пригодного к применению в диапазонах HF, VHF и UHF.

     Токовый балун 4:1 Густава Гванеллы

Наиболее популярная, пожалуй, реализация токового балуна с соотношением импедансов на выходе и входе 4:1 была предложена в своё время швейцарцем Густавом Гванеллой [3]. На рис.1 показана схема включения такого балуна с «плавающей» нагрузкой на выходе. В базовой конфигурации токовый балун 4:1 Гванеллы состоит из пары трансформаторов 1:1, соединённых таким образом, чтобы индуцировать на клеммах 3 и 4 сбалансированного выхода с подключенной «плавающей» нагрузкой равные по величине и противоположные по направлению токи, собственно в соответствии с приведенным выше определением токового балуна[2].

Рис.1. Токовый балун 4:1 Гванеллы (Guanella) с «плавающей» нагрузкой.

Выполненный на одном сердечнике (например, на ферритовом бинокуляре – прим. переводчика) токовый балун 4:1 Гванеллы работает с «плавающей» нагрузкой, как показано на рис.1, и поэтому хорошо подходит для использования во множестве устройств согласования с антеннами, особенно с диполями. Однако, при подключении симметричной нагрузки к токовому балуну 4:1 Гванеллы, как показано на рис.2, необходимо, чтобы оба трансформатора напряжения 1:1 были выполнены на отдельных сердечниках, поскольку эти два трансформатора работают уже при различных напряжениях сигнала на соответствующих обмотках. Кроме того, чтобы получить наибольшую ширину полосы рабочих частот, обмотки этих двух отдельных трансформаторов должны быть идентичны по вносимой задержке распространения сигнала, то есть иметь одинаковую электрическую длину. В противном случае нарастающий с ростом частоты сигнала фазовый дисбаланс ограничит ширину полосы рабочих частот такого симметрирующего устройства. В случае же, когда эти трансформаторы выполнены на ферритовых сердечниках, такое требование накладывает свои ограничения на выбор материала сердечника, поскольку параметры ферритов даже одной марки могут значительно различаться от партии к партии и подобрать пару сердечников, идентичных по своим характеристикам, очень сложно.

Рис.2. Токовый балун 4:1 Гванеллы (Guanella) с симметричной нагрузкой.

Независимо от того, как изготовлен токовый балун 4:1 Гванеллы, – на одном сердечнике или же на двух, – потери и паразитные явления, связанные с таким построением этих двух пар обмоток, приведут к несбалансированности выходных напряжений. Например, для балуна этого типа, выполненного для 50-омного ВЧ-тракта, разбаланс всего лишь на 0,1 Ом потерь в каждой обмотке создаст дисбаланс напряжений выходного сигнала 0,035 дБ. Паразитные реактивности, включая индуктивность рассеяния из-за наличия магнитного потока за пределами сердечника, дополнительно ограничивают качественные показатели.

     Симметрирующий трансформатор напряжения 4:1 Рутрофа

Рис.3. Симметрирующий трансформатор напряжения 4:1 Рутрофа (Ruthroff).

Показанный на рис.3 очень удобный симметрирующий трансформатор напряжения 4:1 Рутрофа [4], который может быть выполнен на одном сердечнике и который стал очень популярным благодаря усилиям Джери Севика (Jerry Sevick), W2FMI [5], может использоваться равно как с «плавающей», так и с симметричной нагрузкой без каких-либо изменений. Но у него есть ещё более серьёзные недостатки, чем упомянутые выше для токового балуна 4:1 Гванеллы. В частности, потери и задержки сигнала для двух его выходов далеко не идентичны, и поэтому завал его амплитудно-частотной характеристики на высоких частотах ещё круче, чем у токового балуна Гванеллы, выполненного на таком же сердечнике.

     Улучшенный токовый балун 4:1 на одном сердечнике

Разбор недостатков симметрирующих трансформаторов Гванеллы и Рутрофа породил предположение о возможности построения из размещенных на одном сердечнике двух токовых балунов 1:1 токового балуна 4:1, который может быть использован как с «плавающей», так и с симметричной, и даже асимметричной нагрузкой. Довольно быстро были выполнены разработка, моделирование, изготовление и тестирование токового балуна 4:1, схема которого приведена на рис.4. Как справедливо было отмечено Джефри Маклином (Jeffery S. McLean) в [2], такой токовый балун действительно можно построить на одном сердечнике и даже, при необходимости, без него.

Рис.4. Улучшенный токовый балун 4:1.

Теория работы проста и понятна. Подаваемое на первичную обмотку трансформатора T1 напряжение сигнала U создаёт в ней ток I. Такой же ток I и такое же напряжение U индуцируются и во вторичной обмотке этого трансформатора (обратите внимание на изменение фазировки включения обмоток трансформатора T1). Точно так же подаваемое на первичную обмотку трансформатора T2 это же напряжение сигнала U создаёт в ней такой же ток I, и точно такой же ток I и такое же напряжение U создаются через потокосцепление обмоток и во вторичной обмотке трансформатора T2. Поскольку потенциалы выводов вторичных обмоток трансформаторов никак не привязаны к нулевому потенциалу «земли», каждый из трансформаторов представляет собой таким образом токовый балун 1:1.

Поскольку первичные обмотки трансформаторов T1 и T2 включены параллельно, а вторичные – последовательно, напряжение сигнала на выходе построенного таким образом симметрирующего устройства будет вдвое выше входного, а ток в цепи нагрузки и вторичных обмоток будет такой же, что и в каждой из первичных. Кроме того, при таком включении, когда выводы вторичных обмоток нигде не подключены к «земле», токи через каждую из клемм 3 и 4 будут равны по величине и противоположны по направлению, независимо от любого дисбаланса в импедансах плеч подключенной нагрузки, именно так, как указал в [2] Джефри Маклин. Подключение общей точки вторичных обмоток к «земле» превращает этот токовый балун 4:1 в симметрирующий трансформатор напряжения 4:1.

Моделирование в PSpice показало, что построенный из идеальных трансформаторов балун функционирует как и требовалось, и входной импеданс не изменяется, независимо от того, где подключить «землю» , — к одному из выходов или к средней точке симметричной нагрузки, — верный признак, что балун одинаково хорошо должен работать с нагрузкой любого типа: «плавающей», симметричной и асимметричной.

Добавление в схему небольших сопротивлений к обмоткам трансформаторов для имитации потерь или небольших индуктивностей для имитации индуктивности рассеяния никак не отразилось на сбалансированности токов и нечувствительности к способу подключения «земли» .

Затем между тремя точками, – между клеммами 3 и 4 и «землёй», – были добавлены три паразитных емкости, что на высоких частотах ожидаемо привело к некоторому дисбалансу выходного напряжения и чувствительности к подключению клеммы 4 к «земле», но это типично для симметрирующего трансформатора и любого другого трансформатора с одним входом и балансным выходом.

     Результаты экспериментов

Чтобы убедиться в правильности концепции, был изготовлен прототип с использованием ферритового бинокуляра Fair-Rite 2843010302 и двух отрезков коаксиального кабеля RG-316 длиной по 3 дюйма (для HF-диапазона маловато, но для тестирования достаточно), как в конструкциях трансформаторов для линий передачи диапазонов HF и VHF. Отрезки кабеля были продеты через отверстия сердечника в форме буквы «U», причем все концы отрезков выступали с одной стороны сердечника. Внешняя изолирующая оболочка была оставлена на отрезках кабеля для того, чтобы токи, проходящие через внешний экран, были независимыми. В качестве симметричной нагрузки использовалась пара безиндукционных резисторов 100 Ом ± 2% 0,5 Вт.

Рис.5.Зависимость уровня отраженного сигнала от частоты для улучшенного токового балуна 4:1.

На рис.5 приведены результаты тестирования изготовленного таким образом прототипа улучшенного токового балуна 4:1. Измерение потерь на отражение показали, что уровень отраженного сигнала не превышал -15дБ в диапазоне от 5 МГц до 320 МГц, что очень хорошо для трансформатора таких малых размеров. Причем подключение к «земле» как средней точки эквивалента симметричной нагрузки из резисторов, так и клеммы 3 трансформатора, никак не отразилось на этой характеристике. Как и показало моделирование в PSpice, подсоединение к «земле» клеммы 4 действительно привело к некоторому незначительному росту отраженного сигнала, но только для частот выше 100 МГц, что превышает феррорезонансную частоту материала сердечника. Таким образом подтвердилось, что такой балун будет равно хорошо работать с «плавающей», симметричной и асимметричной нагрузкой.

     Заключительные замечания

Из пары выполненных на одном ферритовом сердечнике токовых трансформаторов 1:1 удалось создать улучшенный токовый балун 4:1, который преодолевает недостатки аналогичных симметрирующих трансформаторов Густава Гванеллы и Клайда Рутрофа. Моделирование, а затем тестирование изготовленного полностью работоспособного прототипа подтвердило правильность такой концепции построения симметрирующего трансформатора. Эта, возможно, новая топология построения симметрирующей конструкции 4: 1 позволяет преодолеть незначительные недостатки токового балуна 4: 1 Гванеллы, связанные с потерями в двух секциях трансформатора, в том числе связанными с различными магнитными свойства материалов двух требуемых сердечников.

©Christopher Trask, 2005.

Перевод ©Задорожный Сергей Михайлович, 2019г.

Литература:

  1. Chris Trask, «A Single-Core 4:1 Current Balun of Improved Performance» (оригинал статьи);
  2. McLean, J.S., “Balancing Networks for Symmetric Antennas: Part 1- Classification and Fundamental Operation”, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 44, No. 4, November 2002, pp. 503-514.;
  3. Guanella, G., “New Method of Impedance Matching in Radio Frequency Circuits”, Brown-Boveri Review, Vol. 31, September 1944, pp. 327-329.;
  4. Ruthroff. C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proceedings of the IRE, August 1959, pp. 1337-1342.;
  5. Sevick, J., «Transmission Line Transformers», 4th ed., Noble, 2001.

Немного о трансформаторах

Немного о трансформаторах

 

Почему трансформатор широкополосный?
Почему он на линиях?
Что он трансформирует?
Как проверить действительно ли он симметрирующий?

 

 

Пишет мне один радиолюбитель: “Вопрос у меня конкретный. Задумал я в самодельный трансивер ввести диапазон 144мгц. Смеситель типовой — трансформаторы на колечках, диоды… Логику — проверил. Вроде бы все “щелкает”, переключается. Теперь хочу узнать — жизнеспособна ли моя затея? 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 вобще 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 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 (предотвратить прямое прохождение сигнала от конца к концу линии, как по единому проводнику) и в качестве “сборщика” полей рассеивания. Т.е. поглотителя поля, которое 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 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 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.



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 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.


Рис.4


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
email: [email protected]

Как построить бутик с пассивным цифровым входом — звукозаписывающее оборудование своими руками

Примечание: Полные комплекты для нашего пассивного проекта DI, FE2, теперь доступны в магазине.

Если вы можете припаять один компонент к паре разъемов, вы можете сделать лучший пассивный цифровой вход, который можно купить за деньги. Это не преувеличение — по своей сути каждый пассивный DI — это просто трансформатор, и одни из лучших намотчиков в мире, Cinemag, Sowter, Lundahl и Jensen, производят трансформаторы, разработанные специально для директ-боксов.

Основы пассивного цифрового ввода

Начнем с самого начала: DI, или «direct inject» или «direct box», — это устройство, которое позволяет подключать инструментальный выход непосредственно к микрофонному предусилителю. DI достигает этого путем выполнения двух преобразований: 1) из высокого импеданса (Hi-Z) в низкое и 2) из ​​несимметричного в симметричное. В электронном виде есть два способа (по крайней мере) выполнить эти преобразования: 1) активно, с помощью схемы буферизации/балансировки или 2) пассивно, с помощью аудиопреобразователя. Активные цифровые входы довольно сложны, требуют питания (обычно в виде «фантомного питания» +48 В постоянного тока) и идеально подходят для сигналов Hi-Z, таких как сигналы от пассивных гитарных и басовых звукоснимателей.Пассивные цифровые входы чрезвычайно просты, не требуют питания и лучше всего подходят для входов lo-Z, таких как синтезаторы и активные звукосниматели (однако известно, что они великолепно звучат на пассивных источниках, таких как басовая линия «Билли Джин»).

Зачем становиться пассивным?

С технической точки зрения, активные DI превосходят пассивные DI почти во всех отношениях и в несколько раз дешевле. Производительность пассивных цифровых входов ограничена неотъемлемым свойством трансформаторов: чем ближе входной и выходной импедансы к их идеальным значениям, тем больше сигнала вы теряете.С другой стороны, активный буфер может иметь исключительно высокий входной и низкий выходной импеданс при сохранении единичного усиления. И все же здесь я рассказываю вам, как построить пассивный DI. Пуркуа? Звучат хорошо. Хороший пассивный DI будет сгущать и сглаживать звук в отличие от бестрансформаторного активного DI.

Трансформатор цифрового входа

С точки зрения качества звука, единственным компонентом, который имеет значение в вашем пассивном цифровом входе, является трансформатор.И, в отличие от реампинга, где бюджетный трансформатор работает превосходно, директ-бокс — это чувствительное приложение, требующее высококачественного трансформатора. Есть несколько существенных особенностей, которые выводят качественные трансформаторы DI из «бюджетного» диапазона: 1) корпус из мю-металла для магнитного экранирования и 2) экраны Фарадея для изоляции каждой обмотки.

Создание вашего почтового ящика

Сбор компонентов

Здесь нет ничего экзотического. Трансформаторы необходимо заказывать у производителей по индивидуальному заказу, а остальные компоненты являются стандартными для компаний Mouser, Digikey, Farnell и т. д.В зависимости от трансформатора, который вы выберете, вся спецификация будет стоить вам от 75 до 115 долларов плюс доставка как минимум из двух мест.

2 1/4″ домкрат TRS Клеммы под пайку $1
1 Тумблер SPST (или SPDT) Клеммы под пайку 1,25 $
1 DI-трансформатор Cinemag CM-DBX, Lundahl 1935, Jensen JT-DB, Sowter 4243 $55 — $85
1 Штекер XLR Клеммы под пайку $3
1 Алюминиевое шасси Хаммонд 1590N1 11 долларов.50
1 Кольцевая клемма 0,25 $

Сборка

Проводка

Приведенные ниже схемы и инструкции по подключению основаны на цветовой маркировке Cinemag CM-DBX. Однако сама схема применима к любому трансформатору DI с корпусом из мю-металла и экранирующими проводами для каждой обмотки. Сюда входят предложения от Jensen, Sowter и Lundahl.

  1. Начните с скручивания вместе коричневого и красного проводов трансформатора.(Выполнение дифференциальных проводов витой парой может уменьшить электромагнитные помехи.)
  2. Установите трансформатор и разъемы на корпус. Натяните каждый провод трансформатора туда, где он будет припаян, и обрежьте выводы, оставив дополнительные 1/2 дюйма для пространства для маневра. Зачистите и залудите выводы.
  3. Обрежьте, зачистите и залудите два отрезка толстого провода для заземления. Мы назовем этот провод « Зеленый «.
  4. Припаяйте выводы к гнездам в следующей конфигурации:
    • Желтый -> Совет ввода
    • Оранжевый , Белый, Черный -> Входная втулка
    • Серый , Зеленый -> XLR 1
    • Красный -> XLR 2
    • Коричневый -> XLR 3
  5. Припаяйте зеленый провод от XLR 1 к центральному контакту переключателя заземления.Припаяйте один конец оставшейся длины зеленого провода к одному из других контактов заземляющего переключателя, а другой конец к кольцевой клемме.
  6. Прикрепите кольцевую клемму к корпусу, чтобы закрепить заземление шасси.

Ищете полный комплект? Теперь в нашем магазине мы предлагаем комплект пассивного цифрового входа FE2.

Собственный аудиоизолятор

Самостоятельно собрать аудиоизолирующие трансформаторы

Если вы хотите построить его самостоятельно, вам нужно приобрести два аудиотрансформатора. которые имеют коэффициент трансформации 1:1 и импеданс более 1 кОм.Там представляют собой высококачественные аудиопреобразователи на тех рынках, которые соответствуют этим спецификациям, но они могут быть довольно дорогими. Другой вариант — использовать 600:600. Омные разделительные трансформаторы широко доступны для телекоммуникаций и другие виды использования. Они не такие качественные, как хорошие аудиотрансформаторы, но может быть вполне адекватным для многих не столь требовательных мультимедийных приложений как компьютерный звук, если выбран подходящий трансформатор.

Изоляция для несимметричных линий

Обратите внимание на одну вещь в проводке трансформатора: много трансформаторов пометьте начало катушки точкой.Если поставить аудио подать сигнал на трансформатор таким образом, чтобы центр провод в разъеме RCA всегда подключен к концу катушки помеченный как начало катушки, вы получите хороший изолятор. Если вы для по какой-то причине соедините провода с одной стороны трансформатора в перевернутом виде ваш трансформатор развернется на 180 градусов фазовый сдвиг к вашему звуковому сигналу. Если некоторые из сигналов в вашем аудиосистема получит такой фазовый сдвиг, а некоторые другие нет, вы столкнетесь со всеми проблемами качества звука.Если у тебя есть такого рода системы, лучше всего проверить, что изоляция звука трансформатор не вызовет однородного фазового сдвига сигнала.

Используемый для этого трансформатор должен иметь плоскую частоту. отклик во всем диапазоне звуковых частот, должен иметь высокий достаточное сопротивление на самых низких частотах и ​​не должно вызывать заметное искажение. Если импеданс падает на низких частотах, это может вызвать затухание самых низких частот, если трансформатор подключается к оборудованию, имеющему очень высокое выходное сопротивление.

Такая схема изолирующего трансформатора должна быть лучшей. подключен на принимающей стороне (вход оборудования) кабеля для получения наилучшей производительности. Если кабель не очень длинный (не много метров), на практике бывает не важно к какому концу кабеля этот трансформатор цепь изоляции подключена.

Изоляция для симметричных линий

Для симметричных линий, оборудованных разъемами XLR, аудиосигналы транспортируются между сигнальными контактами 2 и 3. Таким образом, изоляция трансформатор должен быть подключен так, чтобы первичная обмотка была проводом между входные контакты XLR 2 и 3, а вторичный подключен между выходными XLR контакты 2 и 3.Контакт заземления 1 выходного разъема XLR можно подключить к металлическому корпусу изолятора, но не подключать контакт 1 входного разъема XLR ни к чему.

Трансформатор, который будет использоваться в приведенной выше схеме, должен быть Аудиотрансформатор 600:600 Ом, который может работать с уровнями сигнала вы собираетесь перевестись через изолятор без вызывая слишком много искажений или других проблем (микрофонный трансформатор с не очень низким уровнем сигнала для линейных сигналов и т.д.). Используемый трансформатор должен иметь очень плоскую частоту. отклик во всем диапазоне звуковых частот (20 Гц..20 кГц) и даже более. Такая схема изолирующего трансформатора должна быть лучшей. подключен на принимающей стороне (вход оборудования) кабеля для получения наилучшей производительности. Если кабель не очень длинный (не много метров), на практике бывает не важно к какому концу кабеля этот трансформатор цепь изоляции подключена.

Дженсен Трансформеры имеет хорошее примечание к применению JT-11SSP-6M Применение изоляции линии 600 Ом в котором описывается, как построить очень хороший изолирующий трансформатор для балансных аудиолиний 600 Ом.Другой более простой дизайн описан в изоляционной коробке JT-11-DM Bbasic Hum Stopper Transformer. В обоих проектах используется больше компонентов, чем в моем простом дизайне, но ожидается, что они будут работать лучше в сильных радиочастотных полях.

Схемы, которые я построил

Цепь с использованием трансформаторов телефонной линии

Я построил свои первые изоляторы, используя два высококачественных соединения телефонных линий. трансформаторы с сопротивлением 600 Ом. Это наиболее часто Трансформаторный тип, используемый в высокоскоростных модемах.Лучшие из них довольно широкополосные устройства (гораздо большая пропускная способность чем обычно 300-3400 Гц, как в телефоне). Использование двух таких трансформаторов и несколько разъемов RCA сделали вполне удовлетворительный (но не совсем Hi-Fi) аудио изолятор. Подключение простое: подключите первичную сторону трансформатора к одной аудиоразъем и вторичный к другому.

Я использовал трансформаторы EOP Z1612. в моей тестовой схеме и получил вполне приемлемую АЧХ +-1 дБ от 40 Гц до 20 кГц, как вы можете видеть на рисунке ниже.Басовая частота ниже 40 Гц не годится.

Измерения частоты проводились с помощью Nacamichi T-100. Аудиоанализатор и схема изолятора были подключены между его Выход 600 Ом и вход 50 кОм. Я не знаю, если трансформаторы EOP Z1612 все еще доступны в Farnell, но вы можете попробовать. Если вы ищете другие трансформаторы высокого качества который может быть б/у, я бы попробовал ETAL P2001. я не смог проверить их производительность в этом приложении, но они доказали свою эффективность. хорошие трансформаторы в других лабораторных испытаниях и приложениях.Избегайте самых дешевых телефонных и аудиотрансформаторов, потому что их производительность очень плохо работает на частотах свыше 5 кГц (например, Радиомагазин (273-1374)).

Изоляция трансформатора с помощью аудиотрансформатора

Однажды я получил в свои руки компонент старых центральных радиосистем. усилители. Эти усилители имели симметричную трансформаторную развязку. аудиовход с импедансом около 1 кОм. Я взял высокое качество входной трансформатор от платы предварительного усилителя и пробовал как ну они будут работать в моих приложениях.Текст сверху трансформатора указано, что эти трансформаторы были аудио трансформаторы 1000:1000 Ом. Измерения показали что эти трансформаторы работают лучше, чем те телефонные трансформатор.

Я взял коробку для проекта и пару разъемов XLR, чтобы сделать хороший комплект аудиоизоляционных/балансировочных трансформаторов для профессиональных аудио система. Я храню эти коробки с комплектом аудиопроводки и использовать их в качестве решения проблем, если есть какая-то гудящая проблема в системе, которые не могут быть легко решены другими способами.

Примечания по выбору аудиотрансформатора

Если вы хотите наилучшее качество звука (не сильное ухудшение звука) Вы должны выбрать хороший звуковой преобразователь. Любой трансформатор с правильным соотношением даст вам высокий импеданс. вход, но не любой трансформатор будет хорошо звучать. Дешевые трансформаторы добавляют искажения, в основном на низких частотах, а это не «хорошо» вид искажения. У них также, как правило, плохие высокие частоты. отклик.

Сделать хорошие аудиотрансформаторы непросто.Трансформатор с более низким импедансом, как правило, проще, чем трансформатор с более высоким импедансом. Первичную обмотку с высоким Z трудно намотать, потому что емкость между обмотки начинают становиться большой проблемой с таким количеством витков. И это убивает ваш высокий конец.

Было время, когда аудиотрансформаторы были товаром массового потребления, и они были во всем, но теперь они не так распространены и в результате более дешевых уже нет в каталогах, а лучшие стоят больше, чем раньше, потому что нет эффекта масштаба.

Если вы купите дешевый трансформатор, вы в конце концов впадете в депрессию. как это звучит, и вы потратите деньги на Йенсена, Райхенбаха, Во всяком случае, Sowter или Lundahl (или любой другой известный производитель). Таким образом, вы можете просто получить его сейчас и сэкономить потраченные впустую время и деньги.


Томи Энгдаль <[электронная почта защищена]>

Сбалансированный источник питания для скряг | diyAudio

> можно ли использовать изображенный на фото трансформатор?

62-0-62 (124 В) на 2.5А 310ВА .

Да, там тоже написано «572VA». Я не могу открыть сайт Amipo, чтобы увидеть полные характеристики.

> несколько розеток на 20 А, подключенных к выходу трансформатора на 5 А.

Да. Это может быть нормально, пока кто-нибудь не подключит пылесос к розетке… Розетки «специального назначения» ДОЛЖНЫ находиться в недоступном для обычных пользователей/вилок месте.

Также предохраните первичную обмотку не выше номинала.

Ядро такого размера медленно нагревается при перегрузке, но нагревается и выделяет МНОГО вонючего дыма.Существует некоторая вероятность выброса пламени или паразитного электричества (пожар, удар). Показанная распределительная коробка хороша, но, вероятно, рассчитана на то, чтобы содержать горячие соединения проводов, а не большие трансформаторы, которые могут создать гораздо больше проблем, если их спровоцировать.

> импеданс источника питания

Отличное замечание. Ваше потребление в течение цикла может составлять в среднем менее 500 Вт, но этот тип блоков питания может вызывать большие всплески менее чем в 10% случаев. При смешивании с большим количеством света и тому подобного этим можно пренебречь; когда все шипы собраны вместе, они действительно провисают в источнике.2, такие всплески производят гораздо больше тепла, чем можно предположить по усредненной ВА.

Тороид может работать лучше, чем 5%. Или не может.

В частности, автоматические выключатели рассчитаны на быстрое срабатывание при шунтировании 120 В проводом №12. Если вместо этого у вас есть 60 В, сбившиеся с пути через # 16 или более тонкий материал в обмотках трансформатора, автоматический выключатель не обязательно сработает быстро.

OTOH, это не НАСТОЛЬКО отличается от наших 400-ваттных аудиоусилителей. Коробка, двойная горсть железа, предохранитель 3AG.Единственная большая разница заключается в том, что вы не можете подключить пылесос к розеткам для колонок (и большинство аудиоусилителей отключатся или тихо поджарятся).

Мне действительно не нравится эта идея установки розеток в выбивных отверстиях. Это неправильно. Используйте крышки для розеток на коробках устройств, прикрепите их к распределительной коробке, неправильно используемой в качестве корпуса трансформатора.

Это не просто схема. Кратковременная мощность на линии «120В 20А» может составлять 120000 Вт!! Я был слишком близок к более крупной аварии, и я не хочу быть там.Вы можете тянуть 3600 Вт в течение пугающе долгого времени, прежде чем сработает выключатель. Я видел ущерб, когда это происходит слишком часто.

> Имеются ли в США трансформаторы для портативных электроинструментов?

Нет. Это полная ерунда. Я не видел эту технологию нигде, кроме рынков электротехники, где доминирует Великобритания.

Согласно формулировке US/Can NEC, «сбалансированное напряжение 120 В» является очень серой зоной. Существует основное предположение, что все цепи будут заземлены (с очень небольшими исключениями).Есть невысказанное предположение, что земля будет на одной линии. Официальных указаний для ТТ 120В нет. Вы должны пройти лабиринт через раздел 250, а также «Производные службы» и «Хранилища трансформаторов».

FWIW: наш основной источник питания _IS_ заземленный ТТ, но ТТ на обмотке 240В.

Здесь в Мэне мы стоим в грязи со 120В в руках. Последние ручные инструменты полностью пластиковые, но у меня есть цельнометаллические болгарка и пилы, которые никогда не умрут (но, возможно, убили бывших владельцев). Любой рабочий объект, достаточно большой, чтобы подпадать под действие правил безопасности работников OSHA, должен иметь защиту GFI на всех линиях.Распределительная коробка с GFI, 6 розетками и грязезащитными ножками входит в стандартную комплектацию крупных строительных магазинов. Я никогда не видел ни одного на сайте. 120В не всегда смертельно. Ваши необработанные 240 В немного более фатальны, и ваша BS поступила правильно, разработав особую схему питания для строительных площадок.

Исследовательский дом Fox Audio

Какой трансформатор выбрать и почему?

Слева направо, ребята!
APEX, Peluso BV11P, BV8HR, Cinemag CM-2480, CM-2461NiCo

 

Я подумал, что мне понадобится минутка, чтобы написать несколько мыслей о том, как выбрать трансформатор для микрофона и как он работает, словами, которые понятны звукорежиссёру и самому сделать микрофон.моддер.

Так зачем вообще нужен трансформатор в микрофоне?

На самом деле микрофоны не нуждаются в трансформаторе, но в профессиональных микрофонах он по-прежнему распространен. Как правило, старые микрофоны с высоким импедансом были построены без трансформатора. И в настоящее время дешевле создавать твердотельные выходные схемы с низким импедансом, чтобы обеспечить сбалансированный выход для микрофонов.

Но трансформатор в высококачественном микрофоне выполняет две основные функции:

  1. Выполните преобразование импеданса сигнала с высоким импедансом, поступающего от лампового или транзисторного усилителя микрофона, в сигнал с низким импедансом, необходимый для современных студийных микрофонных предусилителей.
  2. Сбалансируйте выходной сигнал относительно земли. Это означает, что оба провода выхода микрофона не касаются земли. Это иногда называют плавающим выходом, и у него есть преимущества, которые мы кратко опишем.

Выбор используемого трансформатора зависит от характеристик маленького предусилителя в микрофоне и от того, к чему он должен подключаться во внешнем мире.

 

Преобразование импеданса

Что такое импеданс и почему нас это должно волновать.Вероятно, легче всего понять импеданс, если мы подумаем о нем с точки зрения чего-то более осязаемого, например, системы водоснабжения.

Водяная система с высоким импедансом представляет собой медную трубу диаметром 1/8 дюйма с давлением воды 150 фунтов на квадратный дюйм (PSI)

Водяная система с низким импедансом представляет собой 12-дюймовую трубу с давлением 5 фунтов на квадратный дюйм.

Видите разницу?

Какая труба имеет большее давление?

Но какая труба быстрее наполнит ваш бассейн?

То же самое и с электрическими/электронными цепями.Напряжение – это электрическое давление. Ток – это количество электронов, протекающих по проводу. (как объем молекул воды в трубе) Комбинация способности цепей подавать обе эти электрические величины определяет ее импеданс.

Небольшой усилитель в вашем микрофоне похож на медную трубку диаметром 1/8 дюйма, особенно если это ламповый усилитель. У него может быть более 100 вольт «давления», но он не может вытолкнуть слишком много электронов за один раз.

Какое лекарство? Трансформер!

Трансформатор подает переменное (и только переменное) напряжение в катушку, и это напряжение (давление) выталкивает электроны через провод катушки, что, в свою очередь, создает *движущееся магнитное поле.

*Важно отметить, что это «движущееся» магнитное поле. Статическое магнитное поле
не может сделать то, что будет дальше!

Если вы поместите вторую катушку провода в это движущееся магнитное поле, поместив ее рядом с первой катушкой, вы получите тот же сигнал на концах проводов этой второй катушки, что и в первой катушке! Это происходит из-за «сцепления» двух катушек магнитным полем.

Вы можете улучшить «сцепление» двух катушек, используя железо, чтобы удерживать все (или большую часть) магнитного поля рядом с катушками.Железо действует на магнитное поле так же, как провод действует на электричество. Он направляет его по местам. Это простой способ думать об этом, но его достаточно для нашего объяснения.

Здесь происходит волшебное превращение. Если обе катушки имеют одинаковое количество витков, то то, что входит… возвращается из другой катушки. (минус любые потери из-за несовершенства конструкции трансформатора)

Если у вас на входной катушке в 2 раза больше витков, чем на выходной, или так называемое соотношение витков 2:1, то напряжение, выходящее из второй катушки, составляет 1/2 от входного, но может двигаться на 2 раз актуальнее! Это преобразование импеданса.

Пример простого понижающего трансформатора с железным сердечником (черный)
на самом деле нужно гораздо больше витков.
 
Итак, что это значит для моего микрофона?

Получается, что большинство современных микрофонных предусилителей имеют входное сопротивление около 1500 Ом. Для простоты это все равно что сказать, что микрофонный предусилитель подключает резистор на 1500 Ом к выходным проводам микрофона. Почему это так — урок истории, и я не буду вдаваться в него здесь.Просто пока примите это как факт.

Для того, чтобы эти 1500 Ом мало повлияли на качество звука микрофона, микрофон должен иметь выходное сопротивление в 10 раз меньше этого или 150 Ом. Аааа… вот откуда эта цифра.

Трансформаторы

обладают интересным свойством: какой бы импеданс ни был на одной катушке, он автоматически отражается на другой катушке. Таким образом, если трансформатор имеет «отношение витков» 1:1, и вы подаете 1500 Ом на выходную сторону, на входной стороне это выглядит почти как 1500 Ом.Круто, да?

Но вот что самое странное. Из-за физики электричества, когда трансформатор НЕ 1:1, все сильно меняется!

Если трансформатор имеет соотношение витков 10:1, импеданс одной стороны отражается не с соотношением 10:1, как можно было бы ожидать, а с соотношением 10 x 10 к 1! Правильно, отношение ИМПЕДАНС — это отношение витков КВАДРАТ .

(прочитайте это еще раз, чтобы вы действительно поняли) 🙂

Это означает, что если вы используете трансформатор 10:1 в ламповом микрофоне., а предусилитель, который вы используете в своей студии для трекинга, имеет входное сопротивление 1500 Ом, тогда лампа будет видеть эквивалент:

1500 х (10 х 10) = 150 000 Ом

… со стороны трубки трансформатора.

Но знаете что? Это больше похоже на то, что должна видеть схема предусилителя пластинчатого толкателя внутри микрофона. Почему? Потому что выходное сопротивление цепи пластинчатого повторителя очень велико.

Для 12AX7 оно составляет порядка 38 000 Ом.Для 6072 это 20000. Для лампы 12АТ7 это около 10000 при прочих равных условиях.

 

Каждая схема пластинчатого повторителя, подобная этой, имеет выходное сопротивление. Это определяется прежде всего пластинчатым резистором RL и типом лампы. Подключение низкого импеданса к выходу требует от схемы подачи большего тока, чем она может произвести на самом деле. Это снизит качество звука; дают узкую частотную характеристику и высокие искажения.
Вы можете получить информацию о выходном сопротивлении усилителя для типичных ламп предусилителя прямо здесь

Вот важный момент.Ламповый предусилитель в микрофоне очень тонкий. Это источник с высоким импедансом. Это похоже на 1/8-дюймовую медную трубку. Она может создавать высокое давление, но не большое количество. На самом деле общее правило для всего, что подключается к выходу лампового усилителя, заключается в том, чтобы убедиться, что «нагрузка» на лампу не менее В 10 раз больше, чем выходное сопротивление

Таким образом, теоретически ламповый усилитель 12AX7 никогда не следует подключать к нагрузке ниже:

.
38 000 х 10 = 380 000 Ом

Это довольно много, но если вы используете трансформатор с высоким коэффициентом, вы можете это сделать.

В приведенной ниже таблице я перечислил ряд трансформаторов с номерами, которые вам необходимо знать, чтобы подобрать схему лампового микрофона к трансформатору.

Мы видим, что для примера 12AX7 нам пришлось бы использовать Peluso T14/1 или Hammond 560 «n», чтобы получить достаточно высокий импеданс на входной стороне трансформатора, хотя BV8P можно было бы использовать, если бы он был привязан к 50 Ом на входе трансформатора. выходная катушка. Это преобразование происходит при 261 000 Ом на входе, если и только если вы по-прежнему поддерживаете нагрузку в предусилителе на уровне 1500 Ом! Помните, что то, что находится на одной стороне трансформатора, отображается на другой стороне.

Итак, вы видите, что с обмотками трансформатора можно играть в некоторые игры, просто используя коэффициенты разности. Например, использовать обмотки на 50 Ом, как если бы это была обмотка на 150 Ом.

И нет, это не заставляет всех Ангелов на Небесах бежать к Всевышнему и жаловаться. Это совершенно законно с точки зрения электрики.

Версия в формате PDF Таблица технических характеристик трансформатора

 

Балансный выход

Профессиональный звук желательно сбалансированный.Сбалансированные линии обеспечивают отличное подавление шума. Это особенно верно, когда трансформаторы используются для выхода и входа. Вот почему микрофон с трансформаторным выходом обычно можно использовать с очень длинным микрофонным кабелем.

Из-за трансформатора сигналы от микрофона не совпадают по фазе на каждом проводе, и студийный предусилитель может «улавливать» только сигналы, которые не совпадают по фазе, потому что входные провода также являются трансформатором или эквивалентной полупроводниковой схемой.

Любой шум, попадающий на сигнальные провода, находится в фазе IN (называемый синфазным шумом), поэтому, когда он попадает на вход студийного предусилителя, внутри трансформатора он ничего не компенсирует.

Подумай об этом:
, если есть +1 вольт шума на контакте 2 входа и +1 вольт шума на контакте 3 входа, шум не может вызвать протекание тока через катушку, поэтому нет магнитного поля из-за шума в трансформаторе, поэтому выходная катушка не видит… ничего!

Это магия сбалансированных линий. За 100 лет до цифрового звука симметричные линии позволили создать телефонную сеть, которая передавала звук на десятки миль практически без шума переменного тока!

И все это было сделано с трансформаторами , потому что активные входы не имеют достаточного «подавление синфазного сигнала» (теперь вы знаете, что это значит) на низких частотах, чтобы выполнить работу.

 

Иллюстрация сбалансированной линии, показывающая типичную конфигурацию. Сигнал + и — (противоположные фазы), поэтому он создает сигнал на входном трансформаторе. Шум находится в фазе (синфазный режим) на обеих линиях и поэтому «отклоняется» «подавлением синфазного сигнала» трансформатора. * Это работает даже без экранирования провода!
Без шуток.
 

Заключение

Какой трансформатор вы выберете для своего микрофона, как и все инженерные решения, зависит от того, чего вы хотите достичь.Важно понимать, на что способна внутренняя лампа предусилителя вашего микрофона. Это дает вам то, что вам нужно, чтобы сделать лучший выбор.

 

Если у вас есть какие-либо вопросы, отправьте нам сообщение по телефону:

[email protected]

 

 
Отказ от ответственности за содержание
Взгляды и мнения, выраженные автором этого веб-сайта, являются их собственными и не обязательно принадлежат Fox Audio Research. Содержимое этого сайта следует воспринимать не как рекомендации, а скорее как мнение клиентов о продуктах, которые они могли использовать или не использовать.Кроме того, Fox Audio Research не дает никаких явных или подразумеваемых гарантий или заявлений относительно точности или достаточности информации, содержащейся в настоящем документе, и не берет на себя никаких обязательств или обязательств в отношении использования такой информации. Fox Audio Research не гарантирует работоспособность, эффективность или применимость каких-либо методов, продуктов или измерений, перечисленных или связанных с ними на foxaudioresearch.ca. Предоставленная информация предназначена только для образовательных целей.
 

VK5AJL — зачем покупать Baluns

сбалансированные — несбалансированные — сбалансированные
несбалансированные ↔ сбалансированы с небольшим количеством сопротивления импедансов в

Быстрое слово Об этой странице

Определения здесь в основном соответствуют Arrl руководство, хотя его формулировка немного сбивает с толку.Единственная проблема, с которой я столкнулся в справочнике, это маркировка трансформатора тока. Просто нет разницы между трансформатором тока, напряжения или импеданса. Подробнее о трансформаторах смотрите внизу этой страницы.

СМ. ТАКЖЕ:-

Действие трансформатора Воздушный сердечник и магнитный материал — эксперименты для себя, демонстрирующие, как на самом деле работают различные устройства.
Антенны Необходимость балуна, некоторые источники синфазных токов и что они из себя представляют.

ИНДЕКС СТРАНИЦ

ОСНОВЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ — КАК ИСПОЛЬЗУЕТСЯ НА ЭТОМ САЙТЕ
Назовите их по-другому, если хотите.

1) Трансформатор

Трансформатор – это устройство, которое преобразует напряжение и, следовательно, импеданс и, следовательно, ток даже в соотношении 1:1. Как правило, это определение может быть ограничено каким-либо устройством с сердечником и обмотками, но это не обязательно. Простая серия LC может использоваться в качестве трансформатора и часто так и делается.

Нет никакой разницы между трансформатором напряжения и трансформатором тока. Ток трансформируется потому, что импеданс есть потому, что есть напряжение. Напряжение, ток и импеданс неразрывно связаны между собой и не могут быть разделены.

Если он трансформируется или способен трансформироваться, это трансформер.

2) Автотрансформатор

Устройство с обмоткой сердечника, в котором обмотки разделены между первичной и вторичной обмотками. Сердцевина может быть воздушной. Два примера — это третий пример балуна-трансформера 1: 1 и балуна гуанеллы.

3) Balun

Устройство для сопряжения между несимметричной линией передачи (один сигнал относительно земли) и симметричной линией передачи (два управляемых сигнала относительно друг друга). Довольно часто оба сигнала относятся к земле, но это не обязательно. Балансные сигналы, используемые в системах компьютерной связи, часто представляют собой два противоположных сигнала, каждый из которых колеблется в диапазоне от 0 до +5 вольт или другого напряжения. Изолирующие балуны могут использоваться и используются в конце длинных симметричных линий передачи (таких как витые пары) для устранения шума, поскольку шум, улавливаемый вдоль линии, влияет на оба сигнала с одинаковой амплитудой и фазой.

4) Балун напряжения

Балун напряжения использует некоторую форму действия трансформатора для передачи энергии туда и обратно между симметричной и несимметричной линией передачи. Балун напряжения включает преобразование напряжения , часто с использованием трансформатора с сердечником (даже если 1:1), но это определение не обязательно должно быть таким ограничительным и может включать полуволновой контур, описанный на этой странице. Это подразумевает преобразование импеданса (даже если он одинаковый). Он также включает в себя автотрансформаторы, такие как балун Guanella.

См. также балуны напряжения и тока – прямое сравнение ниже.

5) Токовый балун

Токовый балун пропускает рабочие токи, но подавляет синфазные токи — не более того. Нет действия трансформатора. Поскольку это устройство управления током, а не трансформатор, не может быть такой вещи, как токовый балун 4:1.

Иными словами, токовый балун управляет токами, имеющими низкий импеданс, проходящий через устройство, для нужных токов, но высокий импеданс для нежелательных.См. действие, описанное для токоизмерительного балуна сердечника ниже, для описания того, как работает такое устройство.

См. также балуны напряжения и тока – прямое сравнение ниже.

6) Другие определения

Некоторые утверждают, что балун напряжения используется там, где антенна управляется в точке максимального напряжения, а балун тока используется для возбуждения антенны в точке максимального тока. Трансформатор любого типа (напряжения) можно использовать для любой работы, просто изменив значения или количество витков.Действие балуна точно такое же, так почему у него должно быть другое название?

Если изменить длину антенны, изменится распределение импеданса. Балун, предназначенный для работы при минимальном импедансе первой антенны (а значит, и при напряжении), теперь может использоваться где-то еще, кроме минимального. Если минимальный импеданс уменьшился вдвое и, следовательно, балун в этот момент не используется, изменим ли мы теперь название балуна с напряжения на ток и где провести черту? В конце концов, антенной можно управлять где угодно, и меняется только импеданс (и, следовательно, требуемое преобразование).

Совершенно бессмысленно говорить, что балун напряжения — это место, где напряжение больше силы тока.

Лучшее определение балуна напряжения или тока (или чего-то еще во вселенной) должно основываться только на действии самого устройства, а не на том, где оно используется. Молоток остается молотком независимо от того, используется ли он для забивания гвоздя или для выравнивания куска металла.

7) Сбалансированная

Сбалансированная линия передачи – это линия с двумя проводниками, по которым протекают равные по фазе токи Π/2 (равные и противоположные по направлению). Ни один из сигналов не должен быть связан с землей только до тех пор, пока токи равны и противоположны. Компьютерные кабели связи с витой парой являются распространенным примером, где напряжение обоих сигналов выше земли. Это означает, что и токи, и/или напряжения управляются каким-то образом. Сигналом интереса является разница между двумя ссылками друг на друга.

Симметричные линии имеют то преимущество, что шум одинаково влияет на оба проводника. Это дает дополнительное преимущество, если они НЕ привязаны к земле, потому что именно оттуда исходит большая часть шума.

8) Несимметричная

Несимметричная линия передачи также имеет два проводника с одинаковыми и противоположными токами. Отличие состоит в том, что имеется только один управляемый сигнальный проводник, а обратные токи могут проходить через любое количество путей. Например, вы можете заземлить оба конца куска коаксиального кабеля. Недостатком этого является то, что шум влияет только на один сигнал, поэтому он обычно должен быть экранирован (например, коаксиальным кабелем).

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

1) Закон Ома.

Ток в проводнике между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками и обратно пропорционален сопротивлению (или импедансу) между ними. Этот закон применим как к комплексным импедансам, так и к чистым сопротивлениям. Потребляемая мощность будет зависеть только от резистивной составляющей.

2) Действующий закон Кирхгофа (иногда его называют первым).

В любом узле (узле) электрической цепи сумма токов, втекающих в этот узел, равна сумме токов, вытекающих из этого узла. Это часто может быть неверно истолковано. Можно индуцировать два тока от узла и, таким образом, истощать или увеличивать перенос заряда в этом узле. В конце концов, то, что поднимается, должно опускаться, а то, что уходит, должно возвращаться. Текущий закон Кирхгофа в основном говорит, что вы не можете создавать носители заряда из воздуха, и все должно быть нейтральным.

3) Закон напряжения Кирхгофа (иногда его называют вторым).

Направленная сумма разностей электрических потенциалов вокруг любой замкнутой цепи должна быть равна нулю. Слово «направленный» относится не только к отрицательным и положительным напряжениям, но и к фазовому углу этих напряжений. В LC-цепи серии , например, напряжение на конденсаторе и катушке индуктивности будет всегда в сумме больше, чем приложенное напряжение , если учитывать только величину. Фактически, для идеальной нерезонансной последовательной LC-цепи напряжение на одном из компонентов будет больше, чем приложенное напряжение. При резонансе или около него напряжение на обоих будет больше, чем приложенное напряжение.

4) Закон индукции Фарадея

ЭДС индукции в любой замкнутой цепи равна скорости изменения магнитного потока через цепь.

5) Закон VK5AJLs (расширение закона Мерфи)

Как ни старайся, если намотать два одинаковых индуктора, то они будут разными.

ПОНЯТИЯ

БАЛУНЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА — ПРЯМОЕ СРАВНЕНИЕ

Простой балун напряжения 1:1 Простой балун тока 1:1

Балун трансформаторного типа использует магнитную передачу (трансформаторное действие) для получения сбалансированного сигнала на выходе.Преобразование импеданса 1:1 достигается путем создания одинакового импеданса каждой обмотки. Если изменение числа витков на одной (или нескольких) обмотках изменяет напряжение, это балун напряжения.

Токовый балун 1:1 управляет токами. Есть NO действие трансформатора. Равные и противоположные (сбалансированные) токи компенсируют друг друга и имеют низкий импеданс. Синфазные токи создают взаимно индуктивное магнитное поле, которое создает высокое сопротивление этим нежелательным сигналам.Если количество витков в одной обмотке отличается от числа витков в другой, действие останется тем же, за исключением того, что теперь будет небольшое полное сопротивление, связанное с уравновешенными токами, но все же гораздо более высокое полное сопротивление для синфазных токов. Если изменение числа витков на одной (или нескольких) обмотках изменяет ток, это токовый балун.

Рабочие токи проходят (индуцируются через сердечник) в том же направлении в балуне напряжения, но в противоположном направлении (, а не индуцируются через сердечник) в токовом балуне.

Цитата из ARRL (2008 21.16-17):-

Дроссели или токовые балуны заставляют течь равные и противоположные токи. В результате токи, излучаемые антенной обратно в линию передачи, эффективно уменьшаются или «заглушаются», даже если антенна не идеально сбалансирована.

Если индуктивное сопротивление обмотки становится предельным на более низких частотах, способность балуна устранять антенные токи снижается, но (для балуна 1:1) импеданс обмотки не возникает по всей линии.

Хотя эта формулировка немного сбивает с толку, она полностью соответствует этой странице.

1) Это не означает, что что-то, что заставляет течь равные и противоположные токи, является токоизмерительным балуном. На самом деле текущий закон Кирхгофа говорит, что показанный выше балун напряжения 1:1 (без привязки к земле) делает именно это, но это все еще балун напряжения.
2) В то же время показанный выше токовый балун 1:1 не вполне уравновешивает линию.Несмотря на то, что синфазным токам присущ высокий импеданс, этот импеданс все же конечен, и поэтому некоторые синфазные токи все еще могут протекать.
3) В любом балуне напряжения, включая гуанеллу, НЕТ Удушающего действия.
4) В некотором смысле неудачно, что были включены слова «(для балуна 1: 1)». Это может привести к мысли, что в балуне 4:1 разрешено сопротивление обмотки, но балун 4:1 не показан.Он помечен как «трансформатор тока», , а не , как балун. Эти слова были явно включены, чтобы читатели не подумали, что в трансформаторе 4:1 отсутствует импеданс обмоток. Вот основная проблема, с которой я столкнулся. НЕТ разницы между трансформаторами «напряжения», «тока» или «импеданса».

КАКОЙ ТИП БАЛУНА ИСПОЛЬЗОВАТЬ — ПОЛОСА

Тип используемого балуна зависит от того, чего вы хотите достичь и в каких диапазонах вы работаете.Если вы стремитесь к максимальному охвату полосы пропускания, у вас не будет такой хорошей антенны на одной конкретной частоте, но лучше всего подойдет балун с широкой полосой пропускания. Если вы ищете максимальный сигнал, используя узкий режим, такой как CW или SSB, бессмысленно использовать широкополосную антенну (именно балун), и в этом случае лучше всего подойдет узкополосный балун.

КАКОЙ ТИП БАЛУНА ИСПОЛЬЗОВАТЬ — НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ ТОКА

Лучше всего использовать тот балун, который работает с наименьшими потерями, конечно.

На высоте 6 м и выше обычно используется специальная антенна. ½-волновая петля из RG-214 имеет вносимые потери примерно 0,03 дБ, поэтому это балун с наименьшими потерями, который я смог найти. Это балун напряжения. Синфазный дроссель (уродливый балун), тип токового балуна, с обмоткой RG-58 с использованием рекомендуемых длин, имеет потери примерно 1,2 дБ. Кроме того, может потребоваться некоторое согласование импеданса, поэтому единственной реальной альтернативой является балун напряжения.

На КВ желательна широкая полоса пропускания.Балуны напряжения либо слишком велики, либо слишком неэффективны. Если вы используете тюнер, он выполняет все необходимое согласование импеданса, поэтому простой токовый балун после несимметричного тюнера имеет самые низкие вносимые потери. В этой ситуации лучше всего использовать токовый балун.

Если требуется балун с обмоткой и согласованием импеданса, автотрансформаторные типы, как правило, более эффективны.

ФЕРРИТ V ЧУГУННЫЙ ПОРОШОК

Как ферритовый, так и порошковый железный сердечник являются керамическими материалами.Они состоят из мелких частиц либо железа (очевидно, порошкообразного железа), либо смеси оксидов железа, смешанных со связующими веществами, и обжигаются в печи, как глиняная посуда. Оба более эффективны, чем твердое железо.

Использование обоих имеет свои преимущества и недостатки. Феррит насыщается (наполняется магнитным полем) на более низком уровне, чем порошковое железо. После того, как любой сердечник насыщается, он ведет себя как кусок проволоки, а не как катушка. Вы также должны помнить, что зависимость между силой магнитного поля и ампер-витками не является линейной, поэтому, чем ближе вы работаете к точке насыщения любого сердечника, тем больше гармоник (в основном нечетных гармоник) вы производите.

Предположим, у вас есть сердечник из порошкового железа и ферритовый сердечник одинакового размера. Предположим, что сердечник из порошкового железа насыщается при мощности 12 Вт, а ферритовый сердечник — при мощности 10 Вт. Если через них пропустить 5 ватт, то феррит, будучи более эффективным, будет передавать больше мощности. Если, с другой стороны, вы пропускаете через него 9 Вт, хотя порошковое железо менее эффективно, на гармониках теряется меньше мощности. Передача мощности на нужной частоте теперь будет примерно одинаковой для обоих, и вы больше не будете мешать телевизору соседей.

ДЕТАЛИ ОБМОТКИ

Количество витков зависит от материала сердечника. Поскольку существует так много типов, здесь нельзя привести точные цифры. Для высокочастотного трансформатора и сердечника из порошкового железа для начала достаточно девяти или десяти витков на обмотку. Поскольку токовый балун является типом синфазного дросселя, чем больше витков, тем лучше.

Есть несколько способов проверить это, но ни один из них не является простым. Если 10 витков работают нормально, оставьте их.Если вам действительно нужно быть уверенным, один из способов проверить это — пропустить через него мощность с возрастающими уровнями и запустить его в фиктивной нагрузке. Намотайте BALUN 1:1 с дополнительными витками, используя нужный материал, соединяющий первичную обмотку с источником ВЧ и землей, а вторичную обмотку с фиктивной нагрузкой (50 Ом). Вам понадобится большой фиктивный груз.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ТОЧКАМИ

Точечное обозначение используется для простого обозначения начальной точки обмоток, которые должны быть выполнены в том же смысле, как показано слева.ПРИМЕЧАНИЕ ПО ОБМОТКАМ: Расположение обмоток, как показано, не важно, но, вероятно, лучше, чтобы они были расположены равномерно, как показано. Некоторые авторы настаивают на том, что они должны располагаться близко, потому что это линии передачи. Они являются линиями передачи только тогда, когда можно применить уравнения телеграфа. Это верно для токовых балунов, но НЕ для трансформаторных балунов. Точечное обозначение можно проверить на http://www.minicircuits.com/pages/pdfs/tran14-2.pdf

КАТУШКИ С КОАКСИАЛЬНОЙ НАМОТКОЙ

какие-то странные заблуждения.Центральный проводник окружен хорошим проводником, который содержит любые магнитные или электрические поля, которые он (центр) создает. Таким образом, внутренний проводник не производит никакого магнитного действия ни в катушке, ни в любом каркасе, на который он намотан, если только он не вызван токами, которые он индуцирует во внешнем проводнике.

Катушки коаксиального кабеля вокруг каркаса не являются трансформатором. Они образуют дроссель только на внешнем проводнике.

БАЛОН НАПРЯЖЕНИЯ

КОАКСИАЛЬНЫЙ БАЛАН С ДЛИНОЙ ½ ВОЛНЫ
Настоятельно рекомендуется там, где его можно использовать (обычно нецелесообразно на ВЧ).Это балун с очень малыми потерями.

Этот балун работает по тому же принципу, что и трансформаторный балун, по сути, это трансформаторный балун. Одна сторона сигнала передается как есть, а другая часть создается путем задержки сигнала на половину длины волны. Это инвертирует сигнал для получения противоположного. Эти балуны работают достаточно хорошо, но имеют недостаток, заключающийся в том, что они ограничены очень узким диапазоном частот. Они лучше всего подходят, если вам нужна узкая полоса пропускания.Длина полуволновой петли рассчитывается как по длине волны, так и по коэффициенту скорости кабеля. RG213 обычно имеет коэффициент скорости 66%, поэтому для 144,4 МГц длина волны составляет 299,8/144,4 (2,076 метра), деленное на 2 (1,038 м), умноженное на коэффициент скорости, что дает 685 мм. Чтобы убедиться в этом, ознакомьтесь с техническими характеристиками используемого вами коаксиального кабеля.

Важно использовать лучший коаксиальный кабель для балуна, даже если вы используете паршивый коаксиальный кабель для фидера. Использование гелиакса немного непрактично, потому что его не так легко согнуть, но что-то вроде Benelec LMR400 идеально подойдет.Балун, изготовленный из этого кабеля, будет иметь вносимые потери около 0,05 дБ. Эта сумма будет движима одной стороной сильнее, чем другой. Он также имеет коэффициент скорости 85%, что означает, что он должен быть длиннее. Потери будут почти одинаковыми независимо от частоты. На более высоких частотах потери на метр выше, но вам нужно меньше. Поскольку электрические поля в обеих половинах диполя будут воздействовать на другую, средние вносимые потери будут меньше 0,05 дБ, вероятно, около 0,03, но кто считает.

ОДНОСТОРОННИЙ БАЛАН ТРАНСФОРМАТОРА (соответствие импеданса 4:1)
Далеко от идеала и не рекомендуется.

Простой балун-трансформер здесь основан на том, что одна сторона сигнала передается как есть, а противоположный сигнал создается с помощью трансформатора. Его можно намотать на тороидальном сердечнике необходимых частотных характеристик. Существует так много типов, что перечислять все здесь и поставщиков — пустая трата времени.В любом случае, на ВЧ-трансформаторе всего несколько витков, поэтому легко намотать еще один, если тороидальный сердечник, который вы найдете в старом блоке питания, работает или нет. Я использовал акустический провод от старой машины, чтобы намотать один, который работал нормально. Эти балуны в любом случае имеют то преимущество, что их можно использовать в довольно широком диапазоне частот, например. все ВЧ.

При намотке этого балуна дешёвый акустический провод работает нормально. Держите обмотки вместе. Не размещайте первичную обмотку с одной стороны тороида, а вторичную с другой.Производительность будет ухудшаться быстрее с частотой. СМ. НАМОТКУ ДВУХСТОРОННЕГО СЕРДЕЧНИКА НИЖЕ и ОБОЗНАЧЕНИЕ ТОЧКАМИ ВЫШЕ.

ДВУХСТОРОННИЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ БАЛАН (соответствие импеданса 4:1 или любое другое: 1)
Используйте, только если требуется согласование, отличное от 4:1. Не рекомендуется.

ПРИМЕЧАНИЕ. На схематическом представлении трансформаторов показаны два конца каждой обмотки. Эти балуны намотаны на тороиды, поэтому у них нет реального конца. Это непрерывный круг. Концы и точки просто показывают точку подачи.

Этот балун работает почти так же, как и первый, но в этом случае оба сигнала проходят через трансформатор. При преобразовании обоих сигналов возникают некоторые дополнительные потери трансформатора, но оба сигнала имеют одинаковые потери и, следовательно, более правильно СБАЛАНСИРОВАНЫ.

ИНТЕРЕСНЫЙ МОМЕНТ. Слева балун 4: 1, опубликованный в аналогичной форме в другом месте в Интернете как улучшение балуна Guanella.Это хорошая идея, но ее можно улучшить. Он использует две параллельные обмотки для первичной обмотки и сохраняет две группы обмоток, по одной на каждую сторону симметричного выхода. Это не нужно. Намагниченность сердечника пропорциональна количеству витков, умноженному на ток (почти). В два раза больше витков, но вдвое меньше (резистивный) ток с каждой стороны. Намагничивание сердечника может быть достигнуто еще лучше с помощью только одной первичной обмотки, как показано ниже. Кроме того, индуктивный ток с такой двойной обмоткой больше.Много раз говорилось, что индуктивный импеданс должен быть как можно выше. Это достигается использованием только одного провода вместо двух.

В этом методе намотки используется одна обмотка для первичной обмотки, поэтому в два раза больше резистивный ток, а также в два раза больше индуктивный ток, как показано выше, и, следовательно, такая же намагниченность сердечника. Кроме того, поскольку имеется только одна тройная обмотка, связь максимально сбалансирована.Это было сделано только в иллюстративных целях.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БАЛУНЫ 1:1
Третий пример может быть отрегулирован для другого, кроме 4:1, и рекомендуется по сравнению с первыми двумя.

Вот три интерпретации балуна напряжения 1:1. Балунный трансформатор 1:1 можно сделать, просто намотав одинаковое количество витков на каждую сторону трансформатора и подключив, как показано, или, как в третьем примере, сделав входное и выходное сопротивления одинаковыми.

Преимущество первого примера состоит в том, что, независимо от импеданса каждой половины самой антенны, ДОЛЖНЫ быть одинаковые токи в обоих плечах. (Токовый закон Кирхгофа применяется между обоими концами антенны). В нем используется действие трансформатора, и его можно использовать для согласования импедансов с использованием различных коэффициентов трансформации, и он представляет собой симметрирующее устройство по напряжению. У него есть недостатки, связанные с большими потерями, особенно на более высоких диапазонах, и нет прямого пути постоянного тока к земле для разряда статического электричества.

Статический разряд можно компенсировать путем намотки с центральным отводом, как показано во втором примере.Это сводит на нет преимущество обеспечения равных токов, если импеданс каждой половины симметричной антенны различен, например, один конец находится рядом с железной крышей. Этого можно добиться, поместив номинальный резистор на землю центрального ответвления, скажем, 1 кОм или 4 кОм. Этого достаточно для разряда статического электричества, но это больше, чем любое сопротивление излучению.

Другой метод намотки балуна напряжения 1:1 — третий пример. Все сигналы относятся к земле. Некоторые называют это балуном тока, вероятно, потому, что он имеет преобразование напряжения 1:1, но это не что иное, как автотрансформатор.Токи во вторичной (самой нижней обмотке) индуцируются токами в первичной (две верхние обмотки).

Эта система не так сбалансирована, как кажется. Использование автотрансформатора для разделения входного напряжения более эффективно и, следовательно, сильнее, чем наведение токов в нижней обмотке. Кроме того, поскольку ВСЕ сигналы привязаны к земле, в каждом плече антенны могут быть разные токи, если сопротивление нагрузки различно.

ГУАНЕЛЛА БАЛУН
Это ничего не уравновешивает.Не рекомендуется.

Вопреки некоторым мнениям, в справочнике ARRL не описывается балун Guanella. Он описывает что-то, что выглядит как один, но правильно маркирует его как трансформатор согласования со сбалансированным импедансом 4: 1. (Глава 21, стр. 16 издания 2008 г.) Различные авторы превратили его в балун, подключив одну сторону к земле. Это балун напряжения , поскольку он не ограничивает синфазные токи и не допускает рабочих токов, кроме согласования импедансов.

В крайнем левом углу на нижнем наборе обмоток показаны два набора точек. Розовые точки — те, что опубликованы. Намотан ли он на один сердечник или на два отдельных сердечника, без разницы, действие трансформатора точно такое же. Поскольку есть два набора отдельных обмоток, точки (начало обмотки) каждого набора обмоток совершенно произвольны. На отдельных сердечниках действие и производительность этого балуна абсолютно одинаковы, независимо от того, с какого конца сердечника вы начинаете наматывать, поэтому синие точки можно так же легко использовать, не изменяя каким-либо образом действие этого устройства.

В этом свете балун Guanella — это два, перекрещенных, последовательных, автотрансформатора. Другой способ посмотреть на это растянут, как показано слева. Магнитопроводы показаны желтым цветом. Он использует действие трансформатора для индукции токов в верхней и нижней обмотках. Он преобразует напряжение, так что это балун напряжения, а не балун тока.

Справа показаны напряжения входа и выхода относительно земли .Токи в обеих ногах выхода все те же, но они работают от разных импедансов. Это НЕ означает, что токи сбалансированы, а напряжения — нет. Это только напряжение по отношению к земле , но симметричные сигналы НЕ должны быть привязаны к земле и часто не связаны. При условии, что вся система изолирована от земли, 100 000 вольт (относительно земли) могут быть подключены к одной точке ВЕЗДЕ в этой системе, и действие точно такое же. Вот как птицы могут садиться на линии электропередач, не получая удара током.

Интересуют только два тока. Синфазные токи — это равные токи как по фазе (что подразумевает направление), так и по величине в двух параллельных проводниках. Рабочие токи — это те, которые управляют нагрузкой. Это равные и противоположные ( Π /2 не в фазе), то есть если нет пути назад, ничего не уйдет. Заземление, используемое в цепях, является особым случаем. Это почти безграничный источник носителей заряда (электронов или их недостатка) и почти бездонная яма для их поглощения.Поэтому его можно рассматривать как соединение с нулевым импедансом (хотя это не совсем правильно).

Несмотря на то, что напряжения различны относительно земли, это не проблема. Рабочие токи на каждой стороне симметричной линии работают друг против друга, а не против земли. Синфазные токи, индуцированные в симметричной фидерной линии, представляют собой другую историю. Они также работают с разными импедансами и приведут к аналогичной схеме напряжения в трансформаторе , НО синфазные токи работают относительно земли.Те, что в верхнем проводнике, также работают через импеданс источника несимметричной стороны линии. Те, кто внизу, также работают с этим же импедансом, но с добавлением потерь трансформатора.

ТОКОВЫЕ БАЛАНСЫ

ТИП ЖИЛА ТОКОВЫЕ БАЛАНЫ
Настоятельно рекомендуется. Это балун с очень низкими потерями, который идеально подходит для использования с тюнером.


Этот балун работает, контролируя токи.НЕТ ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА. Две обмотки должны быть в одном направлении (точки на одном конце). Магнитные поля , противодействующие , уравновешивают рабочие токи, компенсируют друг друга из и, таким образом, создают очень небольшой импеданс (кроме сопротивления проводов) для этих токов. С другой стороны, синфазные токи будут создавать взаимно индуктивное магнитное поле, а столкнутся с высоким импедансом.

Это означает, что чем больше оборотов, тем лучше, до определенного момента.В этом случае обмотки представляют собой линию передачи, которая имеет потери, но они намного меньше, чем потери при передаче энергии от одной обмотки к другой через сердечник.

Конструктивные соображения очень минимальны. Поскольку потери в симметричных линиях невелики по сравнению с коаксиальными, вы теряете не так много, за исключением сопротивления проводов, которое в любом случае очень мало по сравнению с сопротивлением излучения.

Текущий балун, показанный здесь, намотанный на стальной болт, вероятно, немного грубоват, но почему бы и нет? Сталь или железо обычно не используются для радиочастот, потому что слишком много вихрей делают их слишком неэффективными для трансформаторов.В этом приложении, поскольку нет магнитного эффекта для желаемых токов, это не имеет значения. С другой стороны, для синфазных токов неэффективность является преимуществом. Синфазные токи не только имеют высокий импеданс, но и энергия от них поглощается болтом.

Я пытался, но не смог измерить какие-либо вносимые потери, связанные с болтом или тороидальным формирователем (порошковое железо) для рабочих токов. Были некоторые, но стрелка измерителя была так близка к одному и тому же значению, что я действительно не мог сказать, какова потеря.Как только у меня будет время, я измерю сопротивление синфазным токам с помощью различных формирователей.

ДРОССЕЛЬ ОБЩЕГО РЕЖИМА ИЛИ УГРОЗНЫЙ БАЛАН
Не рекомендуется. Есть лучшие способы добиться того же эффекта.

Перед тем, как мы начнем, ОБЫЧНЫЕ ТОКИ ЯВЛЯЮТСЯ РАВНЫМИ ПО ФАЗЕ И ВЕЛИЧИНЕ ТОКА В ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКАХ. (Фаза также подразумевает направление.) Вольты (разность потенциалов) создают электрическое поле, а амперы (ток) — магнитное. Колебания электрического поля могут индуцировать токи так же, как и ортогональные магнитные.В случае коаксиального кабеля на токи во внешнем проводнике оказывают по крайней мере два влияния: одно вызвано флуктуациями электрического поля, а другое — магнитными флуктуациями, ортогональными ему. Поскольку между внутренним и внешним проводниками существуют ортогональные электрические и магнитные поля, коаксиальный кабель можно рассматривать как волновод. Вещи сложнее, чем описано здесь.

Этот тип балуна один из самых простых в изготовлении, но более сложный в объяснении. Проще всего было бы составить картину.Сначала рассмотрим следующие ситуации.

На рисунке (а) показана ситуация, когда внешний проводник ни к чему не подключен. Что бы ни случилось с внутренним проводником, в точке А не может быть тока, потому что он не подключен. Току должно быть хоть куда течь. Там, где присутствует один излучатель, электрическое поле внутри пытается работать против внешнего коаксиального кабеля и создает синфазные токи, которые просто нагревают коаксиальный кабель.

Рисунок (b) показывает ситуацию, когда внешний проводник теперь подключен к радиатору.В этой ситуации все еще существуют общие токи режима . Экран коаксиального кабеля представляет собой псевдоземлю и никуда не пытается протолкнуть ток. При несбалансированной леске приводится в движение только внутренняя часть. Коаксиальный экран проводит рабочие токи только потому, что они выталкиваются внутренним. Электрическое поле, создаваемое вдоль излучателя, соединенного с центром коаксиального кабеля, частично действует против коаксиального кабеля.

На рисунке (c) показана ситуация, когда коаксиальный кабель намотан на дроссель.Дроссель — это не что иное, как индуктивность BIG . Индуктивность сопротивляется изменению тока как по величине, так и по направлению. С увеличением частоты импеданс увеличивается. На радиочастоте импеданс настолько велик, что через него не может пройти ни один индуцированный ток, кроме рабочих токов внутри экрана. В точке А могут быть токи, индуцированные электрическим полем в радиаторах, но этот ток не может пройти через дроссель и на землю.

Я назвал его синфазным дросселем ½ вместо уродливого балуна, потому что он воздействует только на внешний проводник.Поскольку как магнитное, так и электрическое поля, создаваемые внутренним проводником, содержатся внутри коаксиального кабеля, они не затрагиваются, и, следовательно, токи во внутреннем проводнике не затрагиваются.

ДРУГОЙ СПОСОБ СДЕЛАТЬ ЭТО

Обычно требуется больше феррита, чем две штуки, но вы должны уловить идею.

БОЛЬШЕ О ТРАНСФОРМАТОРАХ

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Люди говорят о питании током или напряжением, как будто это разные вещи.Если есть импеданс и нет напряжения, то нет тока. Ток течет только потому, что электрические носители выталкиваются напряжением. Все относительно. Если антенна (или любая нагрузка) имеет сопротивление 0,001 Ом, то для производства 100 Вт требуется напряжение 0,31623… вольта, производящее ток 316,23 ампер. Если антенна (или любая нагрузка) имеет сопротивление 1000 Ом, для производства 100 Вт вам потребуется напряжение 316,23 В, производящее ток 0,31623 А.

Совершенно нет смысла сравнивать напряжение с током. Вы можете только посмотреть на изменение в любом из них и сказать что-то вроде «чем больше ток, тем толще провод вам нужен» или «чем больше напряжение, тем большее разделение (изоляция) вам нужно».

Проще говоря, где вы проводите линию? Если вы хотите сказать, что на нее подается ток, когда количество ампер больше, чем количество вольт, это просто означает, что вы говорите о нагрузке менее 1 Ом. в любом случае, это смехотворное сравнение, не имеющее никакой пользы или пользы.

Авторские права на все тексты и изображения на этом сайте принадлежат Джону Лэнгсфорду (vk5ajl).
Вы можете размещать ссылки на другие сайты или использовать информацию и изображения в личных целях.
Вы можете использовать текст или изображения для повторного отображения или цитирования при условии, что вы признаете источник, т.е. vk5ajl.com.
Я думаю, это довольно справедливо, не так ли?

Полочные или стоечные системы шасси «Model Q»

Model Q — флагманский продукт Equi=Tech. Это результат многолетнего опыта и прикладных исследований в области сбалансированного питания переменного тока. Это высочайшее качество и лучшая сбалансированная система питания, которую мы когда-либо предлагали.Каждый компонент, указанный в его конструкции, был выбран в результате многолетних исследований и испытаний в профессиональных и потребительских аудио/видеосистемах высокой четкости как в аналоговом, так и в цифровом формате. Каждый компонент, используемый в Model Q, был выбран из-за его превосходного качества и производительности, а стоимость не имела значения. Например, материал, используемый в сердечнике трансформатора модели Q, изготовлен из современного сплава магнитной стали, и при изготовлении не жалеют ни одного материала. Материал сердечника является наиболее эффективным из существующих, тем не менее, масса трансформатора модели Q в два раза больше, чем у конкурирующих продуктов аналогичного класса.Он управляет усилителями и другими сильноточными нагрузками импульсного типа без пропусков ударов. Коэффициент мощности остается практически стабильным независимо от типа потребляемой нагрузки. Бескислородная медь стандарта Mil используется во всей сборке модели Q для дальнейшего уменьшения случайных искажений высокочастотного тока. Это улучшает и без того почти идеальное зеркальное изображение и еще больше расширяет диапазон шумоподавления. Выключатели и автоматические выключатели модели Q изготовлены наилучшим образом и рассчитаны на более чем 1/2 миллиона операций.Каждая деталь, используемая в Model Q, была выбрана как лучшая в своем роде. Ничто не сравнится по качеству или производительности с моделью Q.

.

Несмотря на то, что Son of Q явно превосходит продукты наших конкурентов (и стоит примерно в два раза дешевле), отраслевой эталон производительности берет свое начало с Model Q. Son of Q извлекает выгоду из технологии просачивания вниз, разработанной за годы усовершенствования модели. Q, поэтому Сын Q явно заслуживает этого имени.Оба явно выделяются среди остальных по прецизионным конструктивным особенностям и производительности. Но не заблуждайтесь, Model Q во всех ее вариациях и размерах является жемчужиной всей индустрии сбалансированной энергетики. Ни один продукт со сбалансированной мощностью не сравнится с Model Q, и они рассчитаны на всю жизнь. Equi=Tech занимается производством продуктов для сбалансированного питания дольше, чем кто-либо в отрасли, устанавливая новые стандарты в области качества электроэнергии с начала 90-х годов. Нет предела тому, как далеко мы зайдем, чтобы поднять планку стандартов мощности и качества аудио-видео.Модель Q — наш флагманский продукт.

Когда Model Q впервые была показана на выставке Home Entertainment (Сан-Франциско, 2002 г.), участники шоу признали демонстрационный зал «Лучшим звуком шоу». Он выиграл с большим отрывом от занявшего 2-е место. Затем, после получения этой престижной награды в течение 3 лет подряд, спонсоры шоу полностью отменили голосование «Лучший звук шоу». Когда в комнате присутствует Equi=Tech Model Q, это просто несправедливо по отношению ко всем остальным. Любой, кто считает, что качество мощности не является важным фактором для воссоздания захватывающего реалистичного и точного звука, серьезно ошибается.Если вы еще не слышали свою звуковую систему с питанием от Model Q, вы упускаете что-то действительно замечательное. Вы можете снова и снова воспроизводить всю свою старую музыку, как будто слышите ее впервые, с новой оценкой деталей, четкости и замечательной четкости басов, которых вы никогда раньше не испытывали. Многие из наших клиентов говорили нам, что их Model Q была тем компонентом, который превосходил все остальные в их системе и объяснял наибольшую разницу в качестве звука.Компоненты-источники и усилители в равной степени выигрывают от их использования. Они демонстрируют лучшие аудио/видео компоненты высокой четкости, потому что представляют собой передовые достижения в области качества электроэнергии. Model Q — это самый совершенный, точный и эффективный источник энергии на планете. Вы обязаны увидеть и услышать, почему Национальная лаборатория Ок-Риджа, Sony Records, Лаборатория реактивного движения/НАСА, Калифорнийский технологический институт, Массачусетский технологический институт и почти все профессиональные компании по производству аудио- и видеотехники выбрали технологию Model Q для своих чувствительных компонентов.

Модель Q имеет простой, но элегантный внешний вид. Он оснащен передней панелью из анодированного алюминия, которая доступна в черном или серебристом цвете. Светодиодный вольтметр на передней панели показывает напряжение на входе или выходе в зависимости от положения переключателя режимов вольтметра (IN-OFF-OUT) Над входным переключателем питания расположен один синий светодиодный индикатор, а над каждым выходным переключателем режима ожидания имеется по одному светодиодному индикатору. состояние питания как на входе, так и на выходе. Светодиод входной мощности также служит индикатором состояния TVSS, который указывает на активную защиту от перенапряжения.В редких случаях, когда он перестает работать, а выходной светодиод все еще работает, это указывает на то, что устройство защиты от перенапряжения выдержало слишком много неприятных скачков напряжения, и его дни прошли. В тех редких случаях, когда это происходит, заземленные экраны Фарадея модели Q обеспечивают превосходную резервную защиту от перенапряжений до замены модуля TVSS, и это недорого и легко сделать.

На задней панели предусмотрено 12 розеток переменного тока (больше в более крупных версиях). Одна розетка GFCI не зависит от переключателя (ов) режима ожидания на передней панели и постоянно остается включенной для использования с компонентами, которым требуется непрерывное питание для часов. или для поддержания энергозависимой памяти.Из 10 оставшихся розеток 6 (белых) предназначены для аналоговых компонентов, таких как усилители и предусилители, а 4 (серые) — это розетки со специальной фильтрацией для цифровых компонентов. Автоматический выключатель на задней панели защищает систему от перегрузки и от потенциальной опасности возгорания в результате короткого замыкания в шнурах электропитания и подключенном к ним оборудовании.

Модель

Q предлагается в 5 различных типоразмерах с допустимой нагрузкой от 1 кВА до 5 кВА. Большинству Model Q, которые рассчитаны на 2 кВА или менее, для работы требуется цепь питания 120 Вольт.(Для моделей 2RQ-E и 2RQ-EA требуется напряжение 208/240 В.) Для моделей 3 кВА и 5 кВА требуется питание 208 или 240 В. В приведенной ниже таблице указаны размеры цепи и стандартный тип вилки, используемые для подключения Model Q к розетке источника питания.

Демистификация трансформеров: Балуны и Унуны

Урваши Сенгал и Уильям Ю, Mini-Circuits Applications

Baluns и ununs необходимы в цепях радиочастотных сигналов для многих приложений. Конструкции радиочастотных балунов чаще всего связаны с трансформаторами с сердечником и проводом, но также могут быть реализованы с помощью коаксиальных и связанных полосковых технологий.Поведение балунов и неунонов было представлено в части 1 этой серии, где мы установили, что оба эти устройства предназначены для целей согласования импедансов. Основное различие между ними заключается в том, что балуны предназначены для согласования импедансов между симметричными и несимметричными цепями, тогда как несимметричные обеспечивают согласование импедансов между двумя несимметричными цепями.

В части 1 нашей серии «Проясняем мифы о ВЧ-трансформаторах» обсуждается основная теория и области применения ВЧ-трансформаторов. Эта статья направлена ​​на более глубокое исследование балунов и неунов с основным акцентом на балуны из-за их большей распространенности в реальных приложениях.

Общие применения балунов

Чаще всего балуны используются, когда несимметричный усилитель мощности используется для управления симметричной нагрузкой. Примеры включают дипольные антенны или несимметричные антенны, такие как штыревые, которые необходимы для питания дополнительного входного усилителя (см. рис. 1). В прошлом балуны также широко использовались в индустрии кабельного телевидения, например, при согласовании дипольной антенны 300 Ом для вещательного телевидения с коаксиальным кабелем 75 Ом. С развитием радиочастотных интегральных схем (RFIC) балуны теперь также широко используются для повышения помехоустойчивости и подавления синфазных помех.Рост приложений 5G также привел к огромному спросу на небольшие широкополосные балуны для взаимодействия с высокоинтегрированными радиопередатчиками с использованием дифференциальных входов и выходов.

Ununs часто используются, если несбалансированная фидерная линия управляет несимметричной антенной, и существует несоответствие импеданса между фидерной линией и антенной. Штыревая антенна с низким входным импедансом выиграет от преобразователя импеданса unun для эффективного соединения фидерной линии 50 Ом с антенной.

Рис. 1. Преобразование несимметричной цепи в симметричную (слева) и преобразование симметричной в несимметричную (справа).

Прежде чем приступить к теории балуна, важно понять разницу между сбалансированными и несбалансированными двухполюсными источниками и нагрузками. В симметричной схеме сигналы проходят по двум путям, каждый из которых имеет одинаковый импеданс относительно земли. Полное сопротивление сбалансированной системы определяется полным сопротивлением между двумя путями, тогда как в несбалансированной системе один вывод соединен с землей.

Рисунок 2 иллюстрирует разницу между характеристикой сигнала в симметричной и несимметричной схеме. Несимметричная цепь показывает напряжение, установленное между одной линией и землей. Величина тока, протекающего между землей и источником, равна току в цепи. Сбалансированная схема показывает протекание дифференциального сигнала, где напряжение представляет собой разность потенциалов между двумя линиями. В этом случае ток, протекающий на землю по одной линии, равен току, протекающему от земли по другой линии.

Рис. 2. Несимметричная цепь (слева) и симметричная цепь (справа).

Общие двухконтактные системы:

  • Rf Feedlines
    • Коаксиальные кабели (75 Ом или 50 Ом) несбалансированные
    • 6
      • высокоскоростные линии данных (100 Ом или 120114
  • нагрузки
  • Andendes во время передачи
  • Meter или Тестовый инструмент с приемником
  • источники сигнала
    • Антенны во время приема
      • метра или тестовые приборы с генератором

    Понимание разницы между сигналами общего режима и дифференциальные сигналы имеет решающее значение для понимания важность балонов.В симметричной схеме синфазные сигналы — это те, которые равны по величине и полярности между двумя линиями. Дифференциальные сигналы, с другой стороны, равны по величине, но противоположны по полярности. В целом, дифференциальные сигналы гораздо более устойчивы. Это связано с тем, что дифференциальная сигнализация обладает присущей помехоустойчивостью. В типичной системе внешний шум в равной степени присутствует на обеих линиях сбалансированной конфигурации и проявляется как синфазный сигнал. Дифференциальный сигнал представлен разницей в напряжении между двумя линиями.Поскольку сигнал синфазного сигнала одинаков на обеих линиях, он компенсируется.

    Существует два основных режима балунов: балуны тока и балуны напряжения (см. рис. 3). Токовые балуны работают, создавая равные токи на обеих симметричных линиях, эффективно устраняя синфазные токи. Балуны напряжения обеспечивают одинаковое напряжение на каждой симметричной линии; в конечном итоге это лучше подходит для приложений согласования импеданса.

    Как и большинство трансформаторов, балуны могут быть изготовлены с использованием сердечниково-проводных линий передачи (например,грамм. коаксиальный кабель), низкотемпературная керамика с совместным обжигом (LTCC) и технологии монолитных микроволновых интегральных схем (MMIC). Существует две основные версии балунов с сердечником и проводом: изолирующие трансформаторы и автотрансформаторы, оба из которых являются балунами напряжения (рис. 4). Выше нескольких гигагерц часто необходимо использовать балуны линии передачи для достижения желаемой производительности. Одной из наиболее эффективных разновидностей балуна линии передачи является балун Маршана (рис. 5). Многие из балунов Mini-Circuits LTCC и MMIC используют топологию балуна Marchand.

    Рис. 3. Балун напряжения (слева) и балун тока (справа).

    Балуны с сердечником и проводом (изоляционные и автотрансформаторные балуны)

    Изолирующие симметрирующие трансформаторы представляют собой радиочастотные трансформаторы, у которых несимметричная сторона заземлена, а симметричная сторона подключена к нагрузке. Как и в стандартных ВЧ-трансформаторах, соотношение обмоток также можно использовать для преобразования импеданса. На рис. 4 показан балун автотрансформатора с симметричными входами на обоих концах обмотки, центральным ответвлением на землю и одним концом обмотки, создающим несимметричный порт.Одним из основных преимуществ этого типа трансформатора является то, что вход и выход электрически разделены, что обеспечивает определенную степень защиты для систем, которые подвержены контурам заземления в своих напряжениях на уровне земли.

    Конфигурация автотрансформаторов

    отличается от конфигурации типичных ВЧ-трансформаторов, поскольку эта топология имеет только один проводящий путь. Балуны автотрансформатора можно изготовить, намотав один провод на ферритовый сердечник или перекрестно соединив первичную и вторичную обмотки.Точка отвода между двумя концами обмотки используется для доступа к различным потенциалам напряжения, соответствующим входному напряжению трансформатора. Эта конфигурация включает путь постоянного тока к земле для каждой клеммы, рассеивая любое накопление статического электричества.

    Рисунок 4: Схема балуна автотрансформатора.

    Рисунок 5: Схема балуна Marchand.

    Балуны и унуны линии электропередачи

    Балунные трансформаторы линии передачи

    обычно состоят из линии передачи, такой как коаксиальный кабель, обернутый вокруг ферритового сердечника, а в некоторых случаях просто из воздуха.Этот тип симметрирующего трансформатора 1: 1 создает высокое реактивное сопротивление дросселя на внешнем проводнике коаксиального кабеля, эффективно уменьшая синфазные сигналы, позволяя беспрепятственно проходить внутренним токам коаксиальной линии передачи (например, балун Guanella). Кроме того, конфигурации включают бифилярный балун с емкостной связью, в котором используются два провода, намотанные друг на друга, а также емкостно- и магнитно-связанные линии передачи, обернутые друг вокруг друга, а затем обернутые вокруг общего сердечника.Целью использования магнитного сердечника с широкополосными соединителями линии передачи является обеспечение работы на низких частотах.

    Широкополосные симметрирующие трансформаторы также сконструированы с различными преобразованиями импеданса с использованием нескольких последовательно соединенных и параллельных линий передачи. В этом случае преобразование импеданса равно 1:n 2 , где n — количество последовательно-параллельных линий передачи. Также возможны четвертьволновые и полуволновые балунные трансформаторы линии передачи, хотя эти типы балунов лучше всего подходят для приложений с узким диапазоном рабочих частот.

    Балуны LTCC и MMIC

    Производство балуна

    также может включать использование плоских металлических конструкций с такими технологиями, как LTCC и MMIC. Этот выбор дизайна и изготовления часто является собственностью. Как правило, основным преимуществом этих конструкций является небольшая занимаемая площадь, которую можно легко интегрировать в микроволновую сборку. В отличие от других балунов, балуны на основе LTCC и MMIC производятся с использованием высокоточных сборочных машин и методов производства полупроводников, которые обеспечивают гораздо более высокую воспроизводимость.

    Основные рабочие параметры балуна

    Балуны

    имеют большинство тех же рабочих параметров, что и ВЧ трансформаторы, но уникальная конструкция и использование балунов требуют дополнительных соображений. К этим параметрам относятся:

    1. Баланс фаз
    2. Баланс амплитуд
    3. Коэффициент подавления синфазного сигнала
    4. Сбалансированная изоляция портов
    5. Изоляция постоянного тока/земли
    6. Неравномерность групповой задержки

    Баланс фаз и амплитуд

    Фазовый и амплитудный баланс (или дисбаланс) — это мера того, насколько равны и противоположны сбалансированные выходное напряжение и ток балуна.По сути, любой дисбаланс в фазе или амплитуде напряжения/тока сбалансированной линии приводит к дополнительным потерям и блуждающим токам. Фазовый баланс измеряет, насколько близка разность фаз между инвертированным входом и неинвертированным входом к идеальному отклонению фазы на 180°. Амплитудный баланс представляет собой абсолютное значение выходной мощности на каждой сбалансированной линии. По этим параметрам каждая сбалансированная линия должна быть как можно ближе к равной. Определяющими факторами фазового и амплитудного баланса в реальных балунах являются свойства материалов, методы изготовления и соответствие между выходными линиями.Современные высокопроизводительные балуны обычно рассчитаны на не более чем несколько градусов фазового дисбаланса и несколько дБ амплитудного дисбаланса.

    Коэффициент подавления синфазного сигнала

    Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) является мерой того, насколько хорошо ослабляются синфазные сигналы от симметричного порта к несимметричному порту. Это соотношение зависит от амплитудного и фазового дисбаланса. Балун с лучшим балансом амплитуды и фазы также будет демонстрировать повышенный CMRR. Общепринятым правилом является то, что 0.Улучшение баланса амплитуд на 1 дБ или улучшение баланса фаз на 1 градус повысит CMRR балуна примерно на 1 дБ.

    Сбалансированная изоляция портов и изоляция постоянного тока/земли

    Изоляция симметричного порта — это мера отношения уровня входного сигнала к уровню выходного сигнала от одного симметричного порта к другому (вносимые потери). Чаще всего этот параметр не очень высок в большинстве конструкций балунов. Изоляция по постоянному току — это мера проводимости по постоянному току между несимметричным портом и симметричными портами, а изоляция по земле — это мера изоляции между землей несимметричного порта и землей (или псевдоземлей) симметричных портов.Эти показатели изоляции важны для определения невосприимчивости устройства к шумам и помехам. Потенциал изоляции балуна часто ограничивается топологией балуна.

    Неравномерность групповой задержки

    Групповая задержка — это время, необходимое частотным компонентам сигнала для прохождения через устройство. Равномерность групповой задержки — это способ измерить количество искажений, которые широкополосные или высокоскоростные сигналы будут встречать при прохождении через устройство. Обычно желательно, чтобы каждая частотная составляющая сигнала проходила одновременно.В случае балуна хорошее широкополосное согласование связано с хорошей характеристикой групповой задержки. Балуны с лучшими обратными потерями обычно демонстрируют лучшую неравномерность ГВЗ.

    Важные приложения Balun и Unun

    Балуны

    изначально использовались для обеспечения согласования импеданса и подачи симметричных выходов на симметричные антенны, питаемые по несимметричным линиям передачи. С появлением твердотельной электроники выходы и входы многих твердотельных устройств (например.грамм. усилители, микшеры, ЦАП/АЦП) имеют несбалансированные порты. Хотя несбалансированные выходы могут быть легко подключены к обычным линиям передачи, таким как коаксиальные кабели, дифференциальные сигнальные линии, как правило, менее чувствительны к шуму и перекрестным помехам. Многие из этих линий также дешевле, чем коаксиальные кабели для передачи на большие расстояния.

    Например, симметричные двухтактные усилители и смесители позволяют создавать конструкции с уменьшенным содержанием паразитных составляющих и улучшенным CMRR, т. е. смесители с двойной балансировкой (см. рис. 6 и 7).Обратите внимание, что центральные ответвления на балунах на рис. 7 используются для смещения балансного усилителя. Другим распространенным применением является балансировка и согласование импедансов широкополосных преобразователей с несимметричными источниками, которые обычно имеют импедансы портов, сильно отличающиеся от импедансов портов преобразователей (см. рис. 8).

    Рис. 6: Двухбалансный микшер с балунами на входе и выходе.

    Рис. 7: Балансный усилитель с балунами на входе и выходе.

    Рис. 8: АЦП с дифференциальным входом, преобразованным в несимметричный выход.

    Балуны

    стали очень полезными устройствами, которые решают многие проблемы радиочастотных/микроволновых систем, переводя несбалансированные схемы (несимметричные или заземленные) на симметричные схемы (полностью дифференциальные). Балуны также обеспечивают согласование импедансов между этими цепями и улучшают CMRR межсоединений и устройств. Балуны могут быть изготовлены с использованием различных технологий, включая трансформаторы с сердечником и проводом, трансформаторы для линий передачи и даже низкопрофильные малогабаритные технологии LTCC и MMIC.

    Просмотр мини-схем Полный ассортимент ВЧ/СВЧ трансформаторов и балунов >

    Решаете проблему с трансформаторами и балунами в своей конструкции? Наши инженеры могут помочь.
    Обратитесь по адресу [email protected] для поддержки приложений.

    1. Понимание, создание и использование балунов и унунов, CQ Communications, 2003, Джерри Севик W2FMI
    2. Подробнее о балуне 1:1, Джерри Севик
    3. https://www.minicircuits.com/app/AN20-001.pdf
    4. https://www.minicircuits.com/app/AN20-002.pdf
    5. https://www.minicircuits.com/appdoc/TRAN14-2.html
    6. Основы ВЧ- и СВЧ-трансформаторов, представленные в дайджесте продуктов СВЧ за 10-2009 г.
    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.