Антенна с трансформатором 1 9 является наиболее простым способом усилить сигнал. Для того, чтоб правильно установить оборудование потребуется провести верный расчет согласующего трансформатора. ТС 1 к 9 может создать самостоятельно не только опытный мастер, но и новичок для собственных нужд в домашних условиях.
Из чего состоит и как выглядит вч трансформатор 1 9 для антенны
Трансформаторы 1 к 9 используются радиолюбителями для согласования различных приборов. Удобно использовать для проволочных антенн, которые напитаны от конца.
Оборудование стандартного вида, то есть широкополосное, позволяет изменить значение сопротивления до 450 Ом от 50 Ом.
Оптимально подходит для антенн с небольшой реактивной составляющей, с сопротивление на входных устройствах до 500 Ом.
Простейший трансформатор 1:9 имеет миниатюрные размеры, различная форма, но чаще всего выбирают полукольцо или конус. Используется в качестве основного элемента магнитопровод из порошкового железа или феррита. Обмотку следует выполнять осторожно, ведь от этого зависит эффективность изделия.
Как правило, используется три обмотки свитого плана между поводами, закрепленными на одном кольце. Возникают проблемы, касаемо смещения фаз на вторичных обмотках при работе на высоких частотах, а также проблемы, которые касаются минимальной магнитной проницаемости устройства.
Поэтому используются варианты на ферритовом кольце, позволяющие решить вопрос. Но тут есть другие особенности.
Что представляет собой трансформатор 1 9 на ферритовом кольце
Трансформатор 1: 9 на ферритовым кольце позволяет решить проблему недостающей магнитной проницаемости, а также уменьшить смещение фаз при работе на высоких частотах.
Основная разница такого трансформатора в отличии от оборудования на стержне заключается в том, что получаемое магнитное поле будет разомкнуто. То в свою очередь дает возможность проходить импульсу в открытое пространство. Соотношение витков измеряется по стандартной схеме, важно правильно рассчитывать эту характеристику в зависимости от шага обмотки и толщины провода.
Какой коэффициент трансформации сопротивлений имеет устройство
Коэффициент трансформации для оборудования с сопротивлением 1 к 9 составляет 1:3. Сделанное своими руками устройство должно обладать коэффициентом трансформации напряжения 1 к 3.
Обратить внимание стоит на то, что при изготовлении обязательно используются системы заземления или специальные противовесы для антенн. При этому наибольшее внимание должно уделяться в случае, если входное сопротивление прибора минимальное.
Упрощённый расчёт согласующего трансформатора
Расчет согласующего трансформатора может провести новичок. Главное — это верно установить параметры напряжения, сопротивления.
Для начала следует принять во внимание тот факт, что мощность на вторичной обмотке равна первичной мощности. Но вместе с этим есть потери, которые зависят от исходных показателей и материала. По формуле будет: V12 / R1 = V22 / R2, если брать, что Р1 имеет идентичные показатели Р2.
Далее рассчитывают формулу с учетом того, что напряжение на вторичной и первичной обмотках пропорционально числу установленных витков. Приведя формулу к общему виду получается, что N2 / N1 = (R2 / R1)0.5.
По формуле высчитываться число витков от необходимого показателя сопротивления. При самостоятельном изготовлении прибора следует витки размещать равномерно, так получится наилучшая характеристика сопротивления.
Другие показатели согласующего трансформатора, в том числе и сопротивление, частота и индуктивность рассчитываются по формуле L = 4 · R / Fmin. Берите во внимание то, что стандартное значение обычно не превышает 1,25.
Где применяются
Антенна с трансформатором 1 к 9 широко используется радиолюбителями. Дело в том, что собрать ее по пошаговой инструкции может и непрофессионал. Применяется с целью улучшения получаемого сигнала. Это достигается за счет:
- безопасного использования приборов питания;
- фиксированного напряжения;
- фазовой нагрузки, величина которой всегда известна;
- сохранения энергии.
Безусловно, можно купить трансформатор в интернет-магазинах, который обладает лучшими характеристиками, чем изготовленный своими руками. Но если вы хотите сэкономить, что не составит проблем сделать трансформатор в домашних условиях и улучшить получаемый сигнал.
Как намотать трансформатор 1:9 своими руками
Намотать тс может новичок. Главное — точно знать число обмоток (формулы для вычисления указаны выше).
Необходимые инструменты и материалы
Тс различные, но простейшее устройство, алгоритм сборки которого приводится чаще, состоит из дух ферритовых сердечников. Размер не принципиален, но следует помнить, что эксплуатация больших влияет на частоты.
Намотка производится трех проводной линией (6 мм в ширину, 0,5 мм в длину). Телефонные обмотки можно использовать, но они будут жесткими.
Пошаговая инструкция намотки
Сердечник делают безопасным при помощи бумажной или изоляционной ленты. Достаточно будет двух слоев. После этого:
- обмотку укладывают слоем;
- закрепляют термоклеем;
- концы скрепляются;
- остановится, когда число станет равно числу продевании в сердечнике (обычно 6).
Распайку проводят осторожно, так как ошибка приводит к выходу устройства из строя.
Проверка исправности работы
Для фиксации используются прокладки из пенопласта, герметизацию. Проверка состоит из подключения к клеммам резистора 450 Ом. При стабильной распайке тс работает сразу. Если прибор греется — сделайте больше обмоток.
Узнать потери можно, сделав два идентичных образца. Они соединяются высокоомными выходами, сопротивление при это составит 50 Ом.
Мастерская Широкополосные симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках
Последние мои публикации, посвященные КВ антеннам, вызвали у многих читателей ряд вопросов о конструкции используемых в них трансформаторов и дросселей.
Этот вопрос хорошо освещен в радиолюбительской литературе и многочисленных статьях и, казалось бы, не требует дальнейших комментариев.
Но то ли наш народ разучился искать нужные сведения в море Интернета, то ли ему лень проводить самые простые расчеты по формулам из книг,… короче, руководство Московского городского радиоклуба попросило меня поделиться своим опытом изготовления этих изделий.
Самодельные широкополосные симметрирующие дроссели и трансформаторы на ферритовых трубках
Ферритовые трансформаторы на ферритовых трубках выполняют сразу несколько функций: трансформируют сопротивление, симметрируют токи в плечах антенны и подавляют синфазный ток в оплетке коаксиального фидера. Наилучшим отечественным ферритовым материалом для широкополосных трансформаторов является феррит марки 600НН, но из него не изготавливали трубчатых сердечников…
Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками,в частности FRR-4,5 и FRR-9,5, имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5х17,5х35 соответственно.
Последние трубки использовались в качестве помехо-подавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электронно-лучевых трубках.
Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с ферритами.
Рис.1. Ферритовые трубки FRR-9,5
Четыре таких трубки, сложенные рядом по две, образуют эквивалент «бинокля», на котором можно разместить обмотки трансформаторов, перекрывающих все КВ диапазоны от 160 до 10 м. Трубки имеют скругленные грани, что исключает повреждения изоляции проводов обмоток. Трубки удобно скрепить вместе, обмотав широким скотчем.
Из различных схем широкополосных трансформаторов я использовал простейшую, с раздельными обмотками, витки которых имеют дополнительную связь за счет плотной скрутки проводников между собой, что позволяет уменьшить индуктивность рассеяния и за счет этого повысить верхнюю границу рабочей полосы частот. Одним витком будем считать провод, продетый через отверстия обеих трубок «бинокля». Половиной витка — провод, продетый через отверстие одной трубки «бинокля». В таблицусведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.
| 1 | 1 | 1:1 | 1:1 | 50:50 |
| 1 | 1,5 | 1:1.5 | 1:2.25 | 50:112.5 |
| 1 | 2 | 1:2 | 1:4 | 50:200 |
| 1 | 2.5 | 1:2.5 | 1:6.25 | 50:312.5 |
| 1 | 3 | 1:3 | 1:9 | 50:450 |
| 1 | 3.5 | 1:3.5 | 1:12.5 | 50:625 |
| 2 | 1 | 1:0.5 | 1:0.25 | 50:12.5 |
| 2 | 1,5 | 1:0.75 | 1:0.56 | 50:28 |
| 2 | 2 | 1:1 | 1:1 | 50:50 |
| 2 | 2,5 | 1:1.25 | 1:1.56 | 50:78 |
| 2 | 3 | 1:1,5 | 1:2,25 | 50:112,5 |
| 2 | 3,5 | 1:1,75 | 1:3 | 50:150 |
| 2 | 4 | 1:2 | 1:4 | 50:200 |
| 2 | 4,5 | 1:2,25 | 1:5 | 50:250 |
| 2 | 5 | 1:2,5 | 1:6,25 | 50:312.5 |
| 2 | 5,5 | 1:2,75 | 1:7,56 | 50:378 |
| 2 | 6 | 1:3 | 1:9 | 50:450 |
| 2 | 6,5 | 1:3,25 | 1:10,56 | 50:528 |
| 2 | 7 | 1:3,5 | 1:12,5 | 50:625 |
Как видим, получается весьма широкий выбор соотношения сопротивлений. Трансформатор с коэффициентом 1:1 — подобно дросселю симметрирует токи в плечах антенны и подавляет синфазный ток в оплетке кабеля питания. Прочие трансформаторы в дополнение к этому еще и трансформируют сопротивления.
Чем руководствоваться при выборе числа витков? При прочих равных условиях трансформаторы с одновитковой первичной обмоткой имеют примерно в четыре раза более высокую нижнюю границу полосы пропускания по сравнению с двухвитковой, но и верхняя частота полосы пропускания и них значительно выше.
Поэтому для трансформаторов, используемых от диапазонов 160 м и 80 м лучше использовать двухвитковые варианты, а от 40 м и выше — одновитковые.
Использовать целочисленные значения числа витков предпочтительно, если желательно сохранить симметрию и разнести выводы обмоток на противоположные стороны «бинокля».
Чем выше коэффициент трансформации, тем труднее получить широкую полосу пропускания, поскольку возрастает индуктивность рассеяния обмоток. Компенсировать ее можно путем включения конденсатора параллельно первичной обмотке, подбирая его емкость по минимуму КСВ на верхней рабочей частоте.
Для обмоток я обычно использую провод МГТФ-0,5 или более тонкий, если нужное число витков не умещается в отверстии. Заранее рассчитываю нужную длину провода и отрезаю ее некоторым запасом. Провод первичной и вторичной обмоток плотно скручиваю до намотки на сердечник.
Если отверстие феррита не заполнено обмотками, лучше продевать витки в подходящие по диаметру термоусаживаемые трубки, отрезанные по длине «бинокля», которые после завершения намотки усаживаются с помощью фена.
Плотное прижатие витков обмоток друг к другу расширяет полосу трансформатора и часто позволяет исключить компенсирующий конденсатор.
Следует иметь в виду, что повышающий трансформатор может работать и как понижающий, с тем же коэффициентом трансформации, если его перевернуть. Обмотки, предназначенные для подключения к низкоомным сопротивлениям, нужно выполнять из экранной «плетёнки» или нескольких проводов, соединенных параллельно.
Проверку трансформатора можно проводить с помощью измерителя КСВ, нагрузив его выход на безиндуктивный резистор соответствующего номинала. Границы полосы определяются по допустимому уровню КСВ, например 1,1.
Измерить потери, вносимые трансформатором, можно путем измерения ослабления, вносимого двумя одинаковыми трансформаторами, включенными последовательно, так, чтобы вход и выход имели сопротивление 50 Ом.
Результат не забудьте поделить на 2.
Несколько труднее оценить мощностные характеристики трансформатора. Для этого потребуется усилитель и эквивалент нагрузки, способный выдерживать необходимую мощность. Используется та же схема с двумя трансформаторами. Измерение проводится на нижней рабочей частоте. Постепенно поднимая мощность CW и поддерживая ее примерно с минуту, определяем рукой температуру феррита.
Уровень, при котором феррит за минуту начинает чуть заметно нагреваться, можно считать максимально допустимым для данного трансформатора.
Дело в том, что при работе не на эквивалент нагрузки, а на реальную антенну, имеющую реактивную составляющую входного импеданса, трансформатор передает еще и реактивную мощность, которая может насыщать магнитный сердечник и вызывать дополнительный нагрев.
На рисунках показаны примеры практических конструкций. На рис.5 — трансформатор, имеющий два выхода: на 200 и 300 Ом.
Рис.2. Трансформатор 50:110
Рис.3. Трансформатор 50:200
Рис.4. Трансформатор 50:300
Рис.5. Трансформатор 50:200/300
Трансформаторы можно разместить на подходящего размера печатной плате,защитив ее от осадков любым практическим способом.
Владислав Щербаков, RU3ARJ
Широкополосный трансформатор
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 и в качестве «сборщика” полей рассеивания. Т.е. поглотителя энергии, которая паразитно наводится вокруг линии. Я, например, в своих конструкциях на КВ часто использую ферритовые кольца НМ2000.
Это не значит, что надо применять только такие ферриты. Я хочу сказать, что и с такими магнитопроводами трансформаторы вполне нормально работают в широкой полосе радиочастот.
Какие же условия должны соблюдаться для того, что бы трансформатор был именно на длинных линиях?
1) Его обмотки должны представлять собой длинные линии с известным волновым сопротивлением. Проще говоря — все «обмотки” трансформатора должны быть сделаны из параллельных или слегка скрученных проводов с одинаковыми расстояниями между ними.
Конструкции трансформаторов, которые выполнены «традиционным” способом (первичная обмотка на одной части кольца, вторичная на другой) НЕ РАБОТОСПОСОБНЫ! В этом можно убедиться, сделав простой эксперимент.
Намотайте трансформатор на кольце с коэффициентом трансформации 1:1 или 1:2 (эти цифры еще один повод для обсуждения) и нагрузите на соответственный эквивалент нагрузки, сделанный, например, из резистора МЛТ-2. В первом случае — это 50 Ом, а во втором — 200 Ом.
Подайте на трансформатор постоянный сигнал небольшой мощности с любого современного трансивера, используя его, как ГСС.
Так вот, когда трансформатор намотан «традиционным” способом, то он дает КСВ на входе, равный БЕСКОНЕЧНОСТИ! А когда ваш трансформатор по конструкции — истинный ШПТЛ, то КСВ будет около 1 и в широком диапазоне частот. Опыт можно повторить с различными ферритами. Такой эксперимент очень показателен, его можно проделать не выходя из дома, на своем рабочем столе,
2) ШПТЛ должен быть нагружен по входу и выходу на АКТИВНЫЕ нагрузки равные примерно волновому сопротивлению линий из которых он сделан.
Типовой пример: Наш брат — радиолюбитель применяет для «симметрирования” антенн огромные по величине ферритовые кольца возле полотна. Однако описанный выше эксперимент с активными нагрузками показывает, что колечко диаметром в 10…
20 мм выдерживает мощность в 100 Вт и не нагревается! Так где же правда? Правда, в том, что антенна (диполь или рамка) имеет низкое активное сопротивление ТОЛЬКО на одной единственной частоте, частоте первой гармоники антенны. Высокие активные сопротивления, которые имеются на четных гармониках, на практике неприменимы.
Низкоомные резонансы на нечетных верхних гармониках попадают уже не в радиолюбительские диапазоны. А на остальных частотах ВСЕГДА будут присутствовать значительные реактивности. Они вызывают сильный нагрев кольца и поэтому оно должно иметь большую поверхность охлаждения т.е. быть БОЛЬШИМ.
К примеру, в импортных стоваттных трансиверах на выходе ПА стоят микроскопические ферритовые бинокли. И… НИЧЕГО! Это не из-за того, что они сделаны из диковинного материала. Просто одно из требований к выходной нагрузке для таких трансиверов — что бы она была АКТИВНОЙ. (Другое требование – 50 Ом).
Следует опасаться тех публикаций, где рекомендуют мотать строго определенное число витков для ВЧ трансформатора. Это признак еще одной «болезни сознания” — квазирезонансного использования ШПТЛ-а. Вот от туда «ростут ноги” у легенды о необходимости применять ВЧ ферриты. Но… Широкополосности то уже НЕТ!
Теперь про упомянутые 1:1 и 1:2… В школьном курсе физики коэффициент трансформации — это соотношение витков первичной и вторичной обмоток. Т.е. соотношение входных и выходных напряжений.
Почему же у радиолюбителей этот параметр превратился «по умолчанию” в коэффициент трансформации сопротивлений? Да потому, что трансформация сопротивлений более важна в нашей среде. Но не следует доходить до апсурда! Вот разговор подслушанный в эфире – два радиолюбителя обсуждают как сделать тансформатор с 50 на 75 Ом.
Один предлагает мотать его с соотношением витков 1:1,5. И когда им кто-то робко возражает, в ответ слышны только обвинения в технической неграмотности.
И подобное случается на каждом шагу! А всего лишь — ТЕРМИНЫ! Получается, что великий закон сохранения энергии для них не действует и можно при напряжении на входной обмотке, предположим 1 Вольт, подавая на 50-ти омный вход трансформатора мощность 20 мВт, на 75-ти оммном выходе снимать уже 30 мВт.
Вот такой «вечный двигатель” получается! Здесь всего то лишь надо помнить, что коэффициент трансформации сопротивлений находится в квадратичной зависимости от коэффициента трансформации напряжений. Другими словами трансформатор 1:2 будет трансформировать сопротивление 50 Ом в 200 Ом, а трансформатор 5:6 сопротивление 50 Ом в 75 Ом.
Почему я написал 5:6, а не 1:1,2? Вот здесь – один шаг до конструкции. Как уже говорилось, ШПТЛ должен мотаться линией. А линия – это два или несколько сложенных вместе и слегка скрученных провода. Волновое сопротивление такой линии зависит от диаметра проводов, расстояния между их центрами и шага скрутки. Для трансформации 50 Ом в 75 Ом необходимо использовать линию из ШЕСТИ проводов и, если нет требования к симметрированию, соединить эти провода по схеме 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
Источник: http://rx3akt.narod.ru/shptl.html
Особенности национальных широкополосных трансформаторов
Сергей Макаркин, RX3AKTРадио-Дизайн N 12
Те, кто часто заглядывает в книги Э Рэда «Схемотехника радиоприемников» и «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике», наверняка, обращали внимание на разделы посвященные широкополосным трансформаторам.
В этих разделах приведено много схем трансформаторов и популярно объясняется принцип их действия. Однако, до сих пор в эфире можно услышать жалобы радиолюбителей на «непонятную» работу этих устройств.
У одних они нагреваются даже при небольшой мощности, у других портят КСВ антенно-фидерного тракта, у третьих работают по-разному на разных диапазонах.
В чем тут загадка? Или Э Рэд напрасно назвал эти трансформаторы широкополосными и гарантировал их работу в пределах шести — десяти октав? Это значит, например, что трансформатор должен сохранять свои свойства, начиная, предположим, от 1 МГц до сотен мегагерц.
В последние годы многие из нас обзавелись современными импортными трансиверами. А кто-то даже «раскрыл» их передающие тракты, и получил возможность работать на передачу в непрерывном диапазоне частот от 1,5 МГц до 30 МГц.
Процедура «раскрытия», в общем, не имеет практического смысла для работы в эфире, но зато дает возможность иметь под рукой мощный и удобный измерительный комплекс. Передатчик превращается при этом в высокостабильный ГСС, снабженный КСВ-метром.
Кстати, мало кто задумывался, почему у импортных трансиверов гарантируется постоянное выходное сопротивление, равное 50 Ом и мощность во всем диапазоне частот.
Попробуйте догадаться «с двух раз», как такое возможно и каким путем достигается.
Так вот, если пропустить сигнал через самодельный широкополосный трансформатор, нагруженный на резистор, сопротивление которого пропорционально квадрату коэффициента трансформации, то в зависимости от конструкции трансформатора, КСВ-метр трансивера покажет ужасающие цифры — от 2 до 5 и более.
К тому же, эти цифры будут изменяться от частоты А при увеличении мощности сигнала будет наблюдаться разогрев сердечника. Одним словом, мы получим как раз то, о чем говорят в эфире. И, как бы мы не перематывали трансформатор, значительного улучшения его работы мы не получим.
Так, что же, все-таки наш «классик Рэд» был не прав? Вовсе нет! Это мы просто не дочитали, что он дальше там пишет. А пишет он о том, что необходимо компенсировать паразитные индуктивные составляющие комплексного сопротивления обмоток трансформатора. В принципе, хороший результат дает как последовательное включение подстроечных конденсаторов с обмотками трансформатора, так и параллельное.
Эффект напоминает резонанс — КСВ на входе цепи «трансформатор-нагрузка» имеет явный минимум при строго определенных значениях компенсирующих конденсаторов. Но в отличии от резонансной цепи эта цепь будет частотно-независимой. В трансформаторе резко уменьшаются потери. Например, ферритовое кольцо диаметром один сантиметр легко выдержит мощность в сотню ватт.
Применив такой предварительно настроенный трансформатор можно уже не беспокоиться за этот узел и улучшать общий КСВ, например, фидерной системы, подбирая сопротивление только нагрузки, убирая только ее реактивные составляющие.
Как сделать широкополосный трансформатор — Мастерок
В статье “Антенна Бевереджа”, опубликованной в №7 за 1997г., мы обещали опубликовать устройство согласующего трансформатора. По разным причинам эта публикация задержалась. Принося свои извинения за задержку, приводим его описание.
Входное сопротивление антенны составляет 400-500 Ом, поэтому для согласования ее с кабелем 50 Ом используется трансформатор 1:9, принципиальная схема которого приведена на рис.1. (Э.Ред, Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике, “Мир”, М.
1990, с.12.)
Основные параметры трансформатора:
Полоса рабочих частот . 1 – 30 МГц,
КСВ в рабочей полосе частот . погрузил каждый из последовательно включенных резисторов в отдельную ячейку, заполненную водой. При таком варианте КСВ ухудшается незначительно (удалось получить КСВ около 1,5, что обеспечило безопасность усилителя, которым я пользовался при испытаниях трансформатора). В качестве ячеек хорошо подходит пластиковая форма из коробки с конфетами.
Сергей Макаркин, RX3AKTРадио-Дизайн N 12
Те, кто часто заглядывает в книги Э Рэда «Схемотехника радиоприемников» и «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике», наверняка, обращали внимание на разделы посвященные широкополосным трансформаторам.
В этих разделах приведено много схем трансформаторов и популярно объясняется принцип их действия. Однако, до сих пор в эфире можно услышать жалобы радиолюбителей на «непонятную» работу этих устройств.
У одних они нагреваются даже при небольшой мощности, у других портят КСВ антенно-фидерного тракта, у третьих работают по-разному на разных диапазонах.
В чем тут загадка? Или Э Рэд напрасно назвал эти трансформаторы широкополосными и гарантировал их работу в пределах шести – десяти октав? Это значит, например, что трансформатор должен сохранять свои свойства, начиная, предположим, от 1 МГц до сотен мегагерц.
В последние годы многие из нас обзавелись современными импортными трансиверами. А кто-то даже «раскрыл» их передающие тракты, и получил возможность работать на передачу в непрерывном диапазоне частот от 1,5 МГц до 30 МГц.
Процедура «раскрытия», в общем, не имеет практического смысла для работы в эфире, но зато дает возможность иметь под рукой мощный и удобный измерительный комплекс. Передатчик превращается при этом в высокостабильный ГСС, снабженный КСВ-метром.
Кстати, мало кто задумывался, почему у импортных трансиверов гарантируется постоянное выходное сопротивление, равное 50 Ом и мощность во всем диапазоне частот.
Попробуйте догадаться «с двух раз», как такое возможно и каким путем достигается.
Так вот, если пропустить сигнал через самодельный широкополосный трансформатор, нагруженный на резистор, сопротивление которого пропорционально квадрату коэффициента трансформации, то в зависимости от конструкции трансформатора, КСВ-метр трансивера покажет ужасающие цифры – от 2 до 5 и более.
К тому же, эти цифры будут изменяться от частоты А при увеличении мощности сигнала будет наблюдаться разогрев сердечника. Одним словом, мы получим как раз то, о чем говорят в эфире. И, как бы мы не перематывали трансформатор, значительного улучшения его работы мы не получим.
Читать также: Чертежи газовой горелки для плавильной печи
Так, что же, все-таки наш «классик Рэд» был не прав? Вовсе нет! Это мы просто не дочитали, что он дальше там пишет.
А пишет он о том, что необходимо компенсировать паразитные индуктивные составляющие комплексного сопротивления обмоток трансформатора.
В принципе, хороший результат дает как последовательное включение подстроечных конденсаторов с обмотками трансформатора, так и параллельное.
Эффект напоминает резонанс – КСВ на входе цепи «трансформатор-нагрузка» имеет явный минимум при строго определенных значениях компенсирующих конденсаторов. Но в отличии от резонансной цепи эта цепь будет частотно-независимой. В трансформаторе резко уменьшаются потери. Например, ферритовое кольцо диаметром один сантиметр легко выдержит мощность в сотню ватт.
Обратные ссылки
- URL обратной ссылки
- Подробнее про обратные ссылки
- Закладки & Поделиться
- Отправить тему форума в Digg!
- Добавить тему форума в del.icio.us
- Разместить в Technorati
- Разместить в ВКонтакте
Широкополосные трансформаторы
Известно, что в старых распространенных радиолюбительских конструкциях всегда рекомендовались ферриты с проницаемостью 2000…600. А они ведь очень низкочастотные! Однако же в каком ни будь “Радио-76” они стоят и на входе и во всех смесителях.
Что, авторы этих конструкций, известные радиолюбители, совершили ошибку? Отнюдь! Они то помнили и понимали, что энергия в ШПТЛ-ах передается не через перемагничивание сердечника, а непосредственно от элемента линии к элементу.
Феррит здесь нужен для того, что бы повысить сопротивление линии для синфазных токов и в качестве “сборщика” полей рассеивания. Т.е. поглотителя энергии, которая паразитно наводится вокруг линии. Я, например, в своих конструкциях на КВ часто использую ферритовые кольца НМ2000. Это не значит, что надо применять только такие ферриты.
Я хочу сказать, что и с такими магнитопроводами трансформаторы вполне нормально работают в широкой полосе радиочастот.
Какие же условия должны соблюдаться для того, что бы трансформатор был именно на длинных линиях?
1) Его обмотки должны представлять собой длинные линии с известным волновым сопротивлением. Проще говоря — все “обмотки” трансформатора должны быть сделаны из параллельных или слегка скрученных проводов с одинаковыми расстояниями между ними. Конструкции трансформаторов, которые выполнены “традиционным” способом (первичная обмотка на одной части кольца, вторичная на другой) НЕ РАБОТОСПОСОБНЫ! В этом можно убедиться, сделав простой эксперимент. Намотайте трансформатор на кольце с коэффициентом трансформации 1:1 или 1:2 (эти цифры еще один повод для обсуждения) и нагрузите на соответственный эквивалент нагрузки, сделанный, например, из резистора МЛТ-2. В первом случае — это 50 Ом, а во втором — 200 Ом. Подайте на трансформатор постоянный сигнал небольшой мощности с любого современного трансивера, используя его, как ГСС. Так вот, когда трансформатор намотан “традиционным” способом, то он дает КСВ на входе, равный БЕСКОНЕЧНОСТИ! А когда ваш трансформатор по конструкции — истинный ШПТЛ, то КСВ будет около 1 и в широком диапазоне частот. Опыт можно повторить с различными ферритами. Такой эксперимент очень показателен, его можно проделать не выходя из дома, на своем рабочем столе,
2) ШПТЛ должен быть нагружен по входу и выходу на АКТИВНЫЕ нагрузки равные примерно волновому сопротивлению линий из которых он сделан.
Типовой пример: Наш брат — радиолюбитель применяет для “симметрирования” антенн огромные по величине ферритовые кольца возле полотна.
Однако описанный выше эксперимент с активными нагрузками показывает, что колечко диаметром в 10…20 мм выдерживает мощность в 100 Вт и не нагревается! Так где же правда? Правда, в том, что антенна (диполь или рамка) имеет низкое активное сопротивление ТОЛЬКО на одной единственной частоте, частоте первой гармоники антенны.
Высокие активные сопротивления, которые имеются на четных гармониках, на практике неприменимы. Низкоомные резонансы на нечетных верхних гармониках попадают уже не в радиолюбительские диапазоны. А на остальных частотах ВСЕГДА будут присутствовать значительные реактивности.
Они вызывают сильный нагрев кольца и поэтому оно должно иметь большую поверхность охлаждения т.е. быть БОЛЬШИМ. К примеру, в импортных стоваттных трансиверах на выходе ПА стоят микроскопические ферритовые бинокли. И… НИЧЕГО! Это не из-за того, что они сделаны из диковинного материала.
Просто одно из требований к выходной нагрузке для таких трансиверов — что бы она была АКТИВНОЙ. (Другое требование – 50 Ом). Следует опасаться тех публикаций, где рекомендуют мотать строго определенное число витков для ВЧ трансформатора. Это признак еще одной “болезни сознания” — квазирезонансного использования ШПТЛ-а. Вот от туда “ростут ноги” у легенды о необходимости применять ВЧ ферриты. Но… Широкополосности то уже НЕТ!
Теперь про упомянутые 1:1 и 1:2… В школьном курсе физики коэффициент трансформации — это соотношение витков первичной и вторичной обмоток. Т.е. соотношение входных и выходных напряжений.
Почему же у радиолюбителей этот параметр превратился “по умолчанию” в коэффициент трансформации сопротивлений? Да потому, что трансформация сопротивлений более важна в нашей среде. Но не следует доходить до апсурда! Вот разговор подслушанный в эфире – два радиолюбителя обсуждают как сделать тансформатор с 50 на 75 Ом.
Один предлагает мотать его с соотношением витков 1:1,5. И когда им кто-то робко возражает, в ответ слышны только обвинения в технической неграмотности.
И подобное случается на каждом шагу! А всего лишь — ТЕРМИНЫ! Получается, что великий закон сохранения энергии для них не действует и можно при напряжении на входной обмотке, предположим 1 Вольт, подавая на 50-ти омный вход трансформатора мощность 20 мВт, на 75-ти оммном выходе снимать уже 30 мВт.
Вот такой “вечный двигатель” получается! Здесь всего то лишь надо помнить, что коэффициент трансформации сопротивлений находится в квадратичной зависимости от коэффициента трансформации напряжений. Другими словами трансформатор 1:2 будет трансформировать сопротивление 50 Ом в 200 Ом, а трансформатор 5:6 сопротивление 50 Ом в 75 Ом.
Почему я написал 5:6, а не 1:1,2? Вот здесь – один шаг до конструкции. Как уже говорилось, ШПТЛ должен мотаться линией. А линия – это два или несколько сложенных вместе и слегка скрученных провода. Волновое сопротивление такой линии зависит от диаметра проводов, расстояния между их центрами и шага скрутки. Для трансформации 50 Ом в 75 Ом необходимо использовать линию из ШЕСТИ проводов и, если нет требования к симметрированию, соединить эти провода по схеме
Как вы заметили, схема тоже нарисована по-особому, не как обычный трансформатор. Такое изображение лучше отражает суть конструкции. Привычное схемное изображение, Рис.
2, и, соответственно, “традиционная” конструкция автотрансформатора с однослойной обмоткой и отводом от 0,83 общего количества витков при практических испытаниях “на столе” показывает гораздо худшие результаты по широкополосности.
По конструктивным и эксплуатационным соображениям нежелательно так же делать ШПТЛ с укороченным участком одной из линий. Рис.3. Несмотря на то, что это позволяет легко делать любые, даже дробные, коэффициенты трансформации. Такое решение приводит к появлению неоднородности в линии, вследствии чего ухудшается широкополосность.
Интересный вопрос: — “Какие предельные коэффициенты трансформации можно получить в ШПТЛ?” Особенно интересно найти ответ на этот вопрос тем, кто “заболел” идеей сделать широкополосный апериодический ламповый усилитель мощности, где необходимо трансформировать сопротивление порядка 1..
2 КОм со стороны лампы в сопротивление 50 Ом. Эксперимент “на столе” дает довольно интересный результат. Опять здесь все зависит от конструкции обмоток.
К примеру, если сделать “традиционный” трансформатор или автотрансформатор с коэффициентом трансформации, предположим, 1:10, нагрузить его на положенное активное сопротивление, равное 5 КОм и промерить КСВ на пятидесятиоммной стороне, то от результата волосы могут встать дыбом! А если в добавок снять АЧХ, то будет понятно, что от широкополосности ничего не осталось. Имеется один явный, довольно острый резонанс, обусловленный индуктивностью.
Эту больную тему можно было бы еще развивать до бесконечности, но… Все затмила конструкция широкополосного симметрирующего трансформатора на трансфлюксоре (двухдырочном ферритовом сердечнике) Рис.4, которую мне удалось “подсмотреть” в импортной антенне для телевизора типа “усы”.
Изображение на рисунку конечно схематическое — на самом деле обмотки состоят из нескольких (3…5) витков. Долго с недоумением я рассматривал его конструкцию, пытаясь понять систему намотки. Наконец удалось нарисовать расположение “обмоток”.
Вот уж – пример использования истинных длинных линий!
Если бы я не знал,что это линии, то подумал бы, что я сумасшедший! Особенно эта красная короткозамкнутая обмотка… Но, почему же мы не удивляемся в случае, когда, например в кабельном U-колене, необходимо соединить в одной точке оплетку с двух концов коаксиального кабеля.
Тоже, ведь – ЛИНИЯ! При настольном эксперименте на эквивалент нагрузки этот микротрансформатор, предназначенный для работы на частотах в сотни мегагерц, показал великолепные результаты на значительно более низких частотах, вплоть до диапазона 40 м и при полной мощности трансивера.
Попутно разберемся с легендами о симметричности и симметрировании. Выясним, как очень просто определить является ли тот или иной ШПТЛ симметрирующим, или авторы только заявляют об этом свойстве, а симметрии там и в помине нет. Тут нам снова поможет “Его Величество – Эксперимент” и “Его высочество – теоретический анализ результатов эксперимента”.
Сперва разберемся, что такое симметричный выход и чем он отличается от несимметричного. Оказывается тут все зависит от конструкции трансформатора. Вот, например, самый простой случай – ШПТЛ с коэффициентом трансформации 1:1. Любой настоящий или мнимый ШПТЛ (Бывают и такие! И не редко!) можно легко проверить с помощью своего домашнего трансивера.
Достаточно присоединить к выходу трансформатора активную нагрузку (эквивалент) с сопротивлением, соответствующим к-ту трансформации, и проверить КСВ на 50-ти омном входе при максимальной мощности передатчика (максимальная точность КСВ метра) в заданном диапазоне частот. Если ШПТЛ настоящий, то КСВ должен быть близок к идеалу т.е.
1,0 и в ШИРОКОЙ полосе частот (на то он и ШИРОКОПОЛОСНЫЙ трансформатор!) Желательно иметь открытый на передачу трансивер с непрерывным перекрытием и не в коем случае не включать внутренний антенный тюнер. Свойство симметрии проверяется при приеме с помощью ПАЛЬЦА (не 21-го! Хотя, можно и им!). Симметрия — суть РАВНОПРАВИЕ обеих выводов нагрузки относительно земли (корпуса трансивера).
При приеме какой-либо станции (можно вещательной, это удобнее…) при прикосновении ПАЛЬЦЕМ или отверткой к концам нагрузки, присоединенной к СИММЕТРИЧНОМУ выходу ШПТЛ, по показаниям S-метра и на слух все должно быть одинаково. Но уровень сигнала должен быть на один бал (-6 дБ или два раза по U) меньше на каждом несимметричном выходе. (это в случае к-та трансформации 1:1).
В качестве нагрузки кратковременно даже для 100 Вт передачи удобно применять резистор МЛТ-2 на 51 Ом. При этом наблюдается интересный эффект — во время приема синала через симметрирующий транс, при проведении ПАЛЬЦЕМ по корпусу этого резистора с одного края будет слышна радиостанция, в центре резистора — ее слышно не будет, а с другого края — будет слышно так же, как с первого.
Только при таких условиях трансформатор можно считать симметрирующим. Попробуйте разные конструкции ШПТЛ-ов, которые публикуются в литературе и в интернете. Результаты Вас могут сильно удивить…
Короче! Делайте свой смеситель на любом кольце с НЧ ферритом. Испытаете — напишите! Экспериментируйте смелее!
Сергей Макаркин, RX3AKT
Загрузка...
