Článek byl napsán na základě vlastních zkušeností autora a analýzy materiálů z domácích i zahraničních zdrojů. Nenárokuje si žádnou novinku a je určen pro krátkovlnné radioamatéry, zejména začátečníky zabývající se konstrukcí širokopásmových koncových zesilovačů. V amatérském rozhlasovém vysílání a na internetu můžete často slyšet a číst nesprávné a často škodlivé, ale vyslovované velmi přesvědčivým tónem, soudy o špatném výkonu výkonových zesilovačů, zařízení pro přizpůsobení antén atd. VF transformátorů na feritech s vysoká magnetická permeabilita. Zkusme si udělat stručný rozbor činnosti vf transformátorů různých provedení. Nejběžnější typ transformátoru v radioamatérských konstrukcích je na prstencovém magnetickém jádru vyrobeném z feritu nebo práškového železa, tzv. long line transformátory (LLT). Jejich pracovní frekvenční rozsah může být až pět oktáv a jedním z hlavních důvodů spojených s frekvenčním omezením je jeho konstrukce. Typicky jsou vinutí transformátoru vyrobena ze tří drátů stočených dohromady na jednom kroužku. Tento návrh s sebou nese minimálně dva problémy. Prvním je fázový posun při vysokých frekvencích v sekundárních vinutích (pokud jich je více), v závislosti na typu vedení použitého pro vinutí. Fázový nesoulad v sekundárních vinutích vůči sobě má za následek nekoordinovaný provoz parafázové kaskády následující za transformátorem. A druhým problémem je, že transformátory tohoto druhu, zejména v radioamatérském vývoji, mají nedostatečnou magnetickou permeabilitu magnetického obvodu. To vede ke změně vypočteného aktivního odporu ve frekvenčním pásmu (zejména na nízkých frekvencích). Takové transformátory mají zpravidla relativně velký počet závitů, což vede k významné svodové indukčnosti a vzniku vinuté kapacity. Všechny výše uvedené faktory nemají nejlepší vliv na širokopásmové vlastnosti vf transformátoru. Proto je použití konstrukce, kde jsou vinutí vyrobena na jednom prstencovém magnetickém jádru v širokopásmových transformátorech, značně problematické. Prstencová magnetická jádra z feritu nebo práškového železa se však dobře osvědčila při výrobě rezonančních (úzkopásmových) obvodů v různých typech filtrů. Dobrou alternativou k TDL je transformátor s objemovým závitem (vyrobený ve formě „sudu“). V takových konstrukcích je kapacita mezi vinutími a parazitní svodová indukčnost minimalizována, protože vinutí jsou navinuta na samostatných feritových magnetických jádrech a umístěna v odděleních vzájemně stíněných a spojení mezi nimi je zajištěno kovovou tyčí (jádrem). Vf transformátory tohoto druhu mají velkou šířku pásma (stovky megahertzů), s dobrou stálostí parametrů ve frekvenčním pásmu. I zde však existují úskalí. Takové transformátory mají omezené použití při přenosu vysoce výkonných signálů, protože tyč z nemagnetického materiálu procházející magnetickými jádry se používá jako spojovací prvek mezi vinutími. Při přenosu výkonného (deseti a více wattového) signálu přes transformátor je na výstupu omezen. A čím větší je přenášený výkon, tím horší je koeficient přenosu. Hlavní energie jde na ohřev transformátoru. Nezavazuji se posuzovat důvody tohoto účinku. Zjevně jsou zde nutné další experimenty s použitím různých materiálů pro transformátory. Při malých výkonech mají takové vf transformátory výborné parametry. Další běžnou konstrukcí RF transformátoru je transformátor s externím vinutím, známý jako "binokulární" transformátor. Vyrábějí se na dvouotvorových (transfluktorových) nebo trubkových feritových magnetických jádrech. Oba lze nahradit sadou prstencových magnetických jader. Ale mezi amatérskými rádiovými konstruktéry stále neexistuje konsensus o způsobu výroby takových transformátorů, a co je nejdůležitější, o volbě magnetické permeability jeho hlavního materiálu - feritu. To však již dávno určují zahraniční firmy specializující se na výrobu radiokomunikací, které ve svých návrzích hojně využívají podobné transformátory - baluny, antény (baluny) s různými transformačními poměry, vstupní a výstupní vf transformátory výkonových zesilovačů a různé dohazovače . Rozsah pracovní frekvence transformátorů této konstrukce při provozu na zátěži s impedancí do 500 Ohmů může dosáhnout deseti oktáv, pokud reaktance vinutí transformátoru při nejnižší pracovní frekvenci není větší než čtvrtina odpovídajících impedancí zátěže. . V opačném případě se sníží nižší pracovní frekvence transformátoru. Zkusme se blíže podívat na proces konstrukce takového vf transformátoru. Takže, aby byla zajištěna nízká svodová indukčnost a kapacita mezi vinutími, měla by se vinutí snažit vyrábět s malým počtem závitů. Ale pak nebude dostatečná indukčnost v nízkofrekvenční části provozního rozsahu!? Lze ji zvýšit použitím feritu s vysokou nebo velmi vysokou magnetickou permeabilitou. Ne 100 nebo 400, jak často můžete slyšet ve vzduchu od „odborníků“, a dokonce ani 1 000, ale ještě vyšší - alespoň 2-5 tisíc. Značkové transformátory pracující ve frekvenčním pásmu 1...500 MHz jsou vyrobeny na feritech s propustností i 10 000. Nevěřte „odborníkům“, kteří tvrdí, že takové ferity „...nefungují na vysokých frekvencích...“ . A nemusí tam pracovat. Jeho hlavním úkolem je zajistit vysokou indukčnost vinutí s minimálním počtem závitů v nich. Ano, v tomto případě jsou také parazitní mezivinutí kapacita a svodová indukčnost, ale tyto veličiny u této konstrukce jsou zanedbatelně malé, zejména kapacita. Je snadné kompenzovat parazitní svodovou indukčnost při zátěžových impedancích až 500...600 Ohmů. K vinutí stačí připojit paralelně stejnou reaktanci, ale s jiným znaménkem - kondenzátor. Parazitní kapacitu můžete kompenzovat připojením stejného kondenzátoru k vinutí, ale v sérii s ním. Pravda, u našeho (amatérského) frekvenčního pásma to není to hlavní - Rin x / R out x Ohm 50/50 50/110 50/200 50/300 50/450 50/600 50/800 Počet otáček primární vinutí 2 2 2 2 2 2 2 Počet závitů sekundárního vinutí 1+1 1,5+1,5 2+2 2,5+2,5 3+3 3,5+3,5 4+4 parazitní reaktance. Proto lze v našem případě obětovat kompenzaci kapacity mezi vinutími. Indukčnost parazitního úniku může být měřena s dostatečnou přesností pomocí měřiče indukčnosti, který ji převádí na reaktanci. Výsledná hodnota reaktivity by měla být nahrazena zápornou hodnotou, tj. kapacitou. Nebo jednoduše vyberte kondenzátor pro minimální SWR. Najít ferity s vysokou magnetickou permeabilitou (několik tisíc) není obtížné. Ve formě trubicových produktů se široce používají ve všech druzích dovážených kabelů na ochranu před rušením a rušením (napájecí kabely pro kancelářské a domácí spotřebiče, propojovací kabely pro digitální fotoaparáty, kabely monitorů a počítačů, prodlužovací kabely USB atd. ). „Trubice“ domácích výrobců se liší svými magnetickými vlastnostmi, ne k lepšímu. Vyrábějí však také transformátory poměrně vysoké kvality. Při navíjení transformátoru byste se měli snažit co nejvíce naplnit vnitřní objem „dalekohledu“. Toho je dosaženo použitím drátu velkého průřezu s rovnoměrným vyplněním otvorů nebo vytvořením vinutí s koaxiálním kabelem nebo vedením (například napájecí kabel od páječky). Dobrou možností je použít k navíjení svazek vyrobený z drátů MGTF stočených dohromady. Tabulka ukazuje přibližná data vinutí pro vf transformátory na trubkových feritech s vysokou magnetickou permeabilitou. Jak vidíte, výběr koeficientu transformace odporu je poměrně široký a odpovídá základním hodnotám používaným v radioamatérské praxi. Primární vinutí lze vyrobit z jednoho závitu při zachování proporcí pro sekundární vinutí. Sekundární vinutí je navinuté dvojitým drátem nebo koaxiálním kabelem. Konec jednoho drátu sekundárního vinutí, spojený se začátkem jeho druhého drátu, tvoří střed vinutí. Spojením středu sekundárního vinutí s jednou ze svorek primárního vinutí získáme kromě transformace také symetrii sekundárního vinutí. Autor vyrobil transformátor s použitím feritových trubic ze silových kabelů průmyslové elektroniky, propustnost byla více než 6000. Primární vinutí se skládalo ze dvou závitů montážního drátu o průřezu 3 mm2. Sekundární - ze tří závitů napájecího kabelu z elektrické páječky. Začátek jednoho vodiče šňůry je spojen s koncem druhého vodiče šňůry (3+3 závity sekundárního vinutí). Transformační poměr - 1:9. Celkový výkon transformátoru je dostatečný pro přenos výkonu do 1 kW. Transformátor se zátěží 510 Ohm připojený k sekundárnímu vinutí se vstupním odporem 50 Ohm měl SWR = 1,1 ... 1,2 ve frekvenčním pásmu 1,7 ... 26 MHz. SWR se zvýšil na 1,7 blíže k 38 MHz. Při paralelním zapojení kondenzátoru o kapacitě 52 pF k primárnímu vinutí transformátoru (kompenzace svodové indukčnosti vinutí) došlo k vyrovnání SWR na 1...1,2 ve frekvenčním pásmu od 1,7...42. MHz. Fotografie (obr. 1 - 3) ukazují výsledky měření provedených přístrojem MFJ-269. Na Obr. 4 můžete pozorovat výsledek měření parametrů transformátoru s transformačním poměrem 1:4, rovněž vyrobeného autorem. Sekundární vinutí se skládá ze dvou závitů koaxiálního kabelu, po nichž následuje sériové spojení středového vodiče kabelu a stínění jako poloviny vinutí. Frekvenční rozsah transformátoru bez použití kompenzačních kondenzátorů byl 1,8...29 MHz s SWR = 1,1...1,6. Při připojení na primární vinutí kondenzátoru o kapacitě 43 pF a 10 pF na sekundár byl SWR ve frekvenčním pásmu 3,4...32 MHz roven jedné a v pásmu 1,7. ..47 MHz nepřesáhlo 1,2. Ze všeho výše uvedeného můžeme usoudit, že bychom se neměli bát použít ve svých konstrukcích ferity s vysokou magnetickou permeabilitou. Kromě toho považuje autor doporučení o použití feritů smíšených hodnot permeability (například HF50+1000NN atd.) v „dalekohledech“ za chybná. LITERATURA 1. Bunin S. G., Yaylenko L.P. Příručka krátkovlnných radioamatérů. - Kyjev, Technologie, 1984, str. 146. 2. Red E. T. Obvod rozhlasových přijímačů - M.: Mir, 1989.
Transformátory na feritových trubicích plní několik funkcí najednou: transformují odpor, vyrovnávají proudy v ramenech antény a potlačují proud na vnějším povrchu opletení koaxiálního napáječe. Nejlepším domácím feritovým materiálem pro širokopásmové transformátory (BCT) je ferit třídy 600NN, ale trubková magnetická jádra z něj nebyla vyrobena...
Nyní se v prodeji objevily feritové trubky zahraničních firem s dobrými vlastnostmi, zejména FRR-4,5 a FRR-9,5 (obr. 1), o rozměrech dxDxL 4,5x14x27 a 9,5x17,5x35 mm. Posledně jmenované elektronky byly použity jako tlumivky pro potlačení šumu na kabelech spojujících jednotky počítačového systému s monitory s katodovými trubicemi. Nyní se masivně nahrazují maticovými monitory a ty staré se vyhazují i s propojovacími kabely.
Rýže. 1. Feritové trubice
Čtyři feritové trubice, naskládané vedle sebe po dvou, tvoří ekvivalent „dalekohledu“, na který lze umístit vinutí transformátoru, pokrývající všechna HF pásma od 160 do 10 metrů. Trubky mají zaoblené hrany, což zabraňuje poškození izolace vodičů vinutí. Je vhodné je spojit dohromady tak, že je omotáte širokou páskou.
Z různých širokopásmových transformátorových obvodů jsem použil nejjednodušší s oddělenými vinutími, jejichž závity mají další spojení kvůli těsně stočeným vodičům mezi sebou. To umožňuje snížit rozptylovou indukčnost a tím zvýšit horní mez pracovního frekvenčního pásma. Za jeden závit budeme považovat drát provlečený otvory obou tubusů „dalekohledu“ a „půl otáčky“ za drát provlečený otvorem jednoho tubusu „dalekohledu“. V tabulce jsou shrnuty možnosti transformátorů, které lze na těchto elektronkách použít. Zde N1 je počet závitů primárního vinutí; N2 - počet závitů sekundárního vinutí; K U - poměr transformace napětí; K R - koeficient transformace odporu; M - odporový poměr pro zdroj s výstupní impedancí 50 Ohmů.
Stůl
| K U | ||||
Jak vidíte, je získán velmi široký výběr poměrů odporu. Transformátor s poměrem 1:1 jako tlumivka vyrovnává proudy v ramenech antény a potlačuje proud na vnějším povrchu opletu napájecího kabelu. Kromě toho transformují odpory i jiné transformátory. Co byste měli zvážit při výběru počtu otáček? Za jinak stejných okolností mají transformátory s jednozávitovým primárním vinutím přibližně čtyřnásobnou spodní hranici propustného pásma ve srovnání s dvouzávitovým primárním vinutím, ale jejich horní frekvence propustného pásma je také mnohem vyšší. Proto je pro transformátory používané z rozsahů 160 a 80 metrů lepší použít dvouotáčkové varianty a od 40 metrů a více - jednootáčkové. Je vhodnější použít celočíselné hodnoty pro počet závitů, pokud je žádoucí zachovat symetrii a rozmístit svorky vinutí na opačných stranách „dalekohledu“.
Čím vyšší je transformační poměr, tím obtížnější je získat širokou šířku pásma, protože se zvyšuje rozptylová indukčnost vinutí. Může být kompenzováno připojením kondenzátoru paralelně k primárnímu vinutí, přičemž jeho kapacita se zvolí na minimální SWR při horní pracovní frekvenci.
Pro vinutí používám obvykle drát MGTF-0,5 nebo tenčí, pokud se do otvoru nevejde požadovaný počet závitů. Předem si vypočítám potřebnou délku drátu a odříznu ji s určitou rezervou. Drát primárního a sekundárního vinutí pevně kroutím, až se navine na magnetický obvod. Pokud není feritový otvor vyplněn vinutím, je lepší závity navléknout do teplem smrštitelných trubiček vhodného průměru, nařezaných na délku „dalekohledu“, které po dokončení navinutí smrštíme fénem. Pevné přitlačení závitů vinutí proti sobě rozšiřuje šířku pásma transformátoru a často eliminuje kompenzační kondenzátor.
Je třeba mít na paměti, že zvyšovací transformátor může také pracovat jako klesající transformátor se stejným transformačním poměrem, pokud je „převrácený“. Vinutí určená pro připojení k nízkoodporovým odporům musí být vyrobena ze stínícího „opletení“ nebo několika paralelně zapojených vodičů.
Transformátor lze zkontrolovat pomocí SWR měřiče přiložením jeho výstupu na neindukční rezistor příslušné hodnoty. Hranice pásma jsou určeny přípustnou úrovní SWR (obvykle 1,1). Ztrátu zaváděnou transformátorem lze měřit měřením útlumu zavedeného dvěma stejnými transformátory zapojenými do série tak, že vstup a výstup zařízení mají odpor 50 ohmů. Nezapomeňte výsledek vydělit dvěma.
Poněkud obtížnější je vyhodnotit výkonové charakteristiky transformátoru. To bude vyžadovat zesilovač a ekvivalent zátěže, který zvládne požadovaný výkon. Je použit stejný obvod se dvěma transformátory. Měření se provádí při nižší pracovní frekvenci. Postupným zvyšováním výkonu CW a jeho udržováním asi minutu ručně zjišťujeme teplotu feritu. Úroveň, při které se ferit začne mírně zahřívat za minutu, lze považovat za maximální přípustnou pro daný transformátor. Faktem je, že při provozu nikoli na ekvivalentní zátěži, ale na skutečné anténě, která má určitou jalovou složku vstupní impedance, přenáší transformátor také jalový výkon, který může saturovat magnetický obvod a způsobit dodatečné zahřívání.
Na Obr. Obrázek 2 ukazuje praktické provedení transformátoru se dvěma výstupy: 200 ohmů a 300 ohmů.
Rýže. 2. Praktický návrh transformátoru se dvěma výstupy
Transformátory lze umístit na desku vhodné velikosti, která ji jakýmkoli praktickým způsobem chrání před srážkami.
Datum publikace: 07.12.2016
Názory čtenářů
- Péťa / 31.07.2018 - 14:23
Takže, kde mohu koupit trubky?
Jak vypočítat a navinout pulzní transformátor pro napájení polovičního můstku?
Budeme mluvit o „líném vinutí“. To je, když jste příliš líní počítat zatáčky. https://stránka/
Nejzajímavější videa na Youtube
 |
 |
 |
 |
Výběr typu magnetického obvodu.
Nejuniverzálnější magnetická jádra jsou pancéřová jádra ve tvaru W a miskovitého tvaru. Lze je použít v jakémkoli spínaném zdroji, díky možnosti nastavit mezeru mezi částmi jádra. My ale budeme navíjet pulzní transformátor pro push-pull polomůstkový převodník, jehož jádro nepotřebuje mezeru a proto je docela vhodný kruhový magnetický obvod. https://stránka/
Pro prstencové jádro není potřeba vyrábět rám a vyrábět navíjecí zařízení. Jediné, co musíte udělat, je udělat jednoduchý raketoplán.
Na obrázku je feritové magnetické jádro M2000NM.
Standardní velikost prstencového magnetického jádra lze identifikovat podle následujících parametrů.
D je vnější průměr kroužku.
d – vnitřní průměr kroužku.
Získání výchozích dat pro jednoduchý výpočet pulzního transformátoru.
Napájecí napětí.
Pamatuji si, že když naše rozvodné sítě ještě nebyly zprivatizovány cizinci, postavil jsem spínaný zdroj. Práce se protáhly až do noci. Během posledních testů se najednou ukázalo, že klíčové tranzistory se začaly velmi zahřívat. Ukázalo se, že síťové napětí v noci vyskočilo na 256 Voltů!
Samozřejmě, 256 voltů je příliš mnoho, ale neměli byste se spoléhat ani na GOST 220 +5% -10%. Pokud jako maximální síťové napětí zvolíte 220 voltů +10 %, pak:
242 * 1,41 = 341,22 V(počítáme hodnotu amplitudy).
341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V(odečtěte pokles na usměrňovači).
Indukce.
Přibližnou hodnotu indukce určíme z tabulky.
Příklad: M2000NM – 0,39T.
Frekvence.
Generační frekvence měniče s vlastním buzením závisí na mnoha faktorech, včetně velikosti zátěže. Pokud zvolíte 20-30 kHz, pravděpodobně neuděláte velkou chybu.
Mezní frekvence a indukční hodnoty rozšířených feritů.
Mangan-zinkové ferity.
| Parametr | Feritová třída | |||||
| 6000 NM | 4000 NM | 3000 NM | 2000 NM | 1500 NM | 1000 NM | |
| 0,005 | 0,1 | 0,2 | 0,45 | 0,6 | 1,0 | |
| 0,35 | 0,36 | 0,38 | 0,39 | 0,35 | 0,35 | |
Nikl-zinkové ferity.
| Parametr | Feritová třída | |||||
| 200 NN | 1000 NN | 600 NN | 400 NN | 200 NN | 100 NN | |
| Mezní frekvence při tg δ ≤ 0,1, MHz | 0,02 | 0,4 | 1,2 | 2,0 | 3,0 | 30 |
| Magnetická indukce B při Hm = 800 A/m, T | 0,25 | 0,32 | 0,31 | 0,23 | 0,17 | 0,44 |
Jak vybrat feritové prstencové jádro?
Přibližnou velikost feritového prstence můžete vybrat pomocí kalkulačky pro výpočet pulzních transformátorů a průvodce feritovými magnetickými jádry. Oba je najdete v.
Data navrhovaného magnetického jádra a data získaná v předchozím odstavci zadáme do formuláře kalkulačky pro určení celkového výkonu jádra.
Neměli byste volit rozměry prstence blízké maximálnímu zatížení. Navíjet malé kroužky není tak pohodlné a budete muset namotat mnohem více závitů.
Pokud je v těle budoucího designu dostatek volného místa, můžete si vybrat prsten se zjevně větším celkovým výkonem.
Měl jsem k dispozici prsten M2000NM standardní velikosti K28x16x9mm. Zadal jsem vstupní data do formuláře kalkulačky a obdržel jsem celkový výkon 87 wattů. To je více než dost pro můj 50W zdroj.
Spusťte program. Vyberte „Výpočet polomůstkového transformátoru s hlavním oscilátorem“.
Aby kalkulačka „nenadávala“, vyplňte okna nepoužitá pro výpočet sekundárních vinutí nulami.
Jak vypočítat počet závitů primárního vinutí?
Počáteční údaje získané v předchozích odstavcích zadáme do formuláře kalkulačky a získáme počet závitů primárního vinutí. Změnou velikosti prstence, třídy feritu a generační frekvence převodníku můžete změnit počet závitů primárního vinutí.
Je třeba poznamenat, že se jedná o velmi, velmi zjednodušený výpočet pulzního transformátoru.
Ale vlastnosti našeho úžasného samobuzeného zdroje jsou takové, že měnič se sám přizpůsobuje parametrům transformátoru a velikosti zátěže změnou generační frekvence. Takže jak se zátěž zvyšuje a transformátor se snaží vstoupit do saturace, generační frekvence se zvyšuje a provoz se vrací do normálu. Drobné chyby v našich výpočtech jsou kompenzovány stejným způsobem. Pokusil jsem se změnit počet závitů stejného transformátoru o více než jedenapůlkrát, což se odráží v příkladech níže, ale nepodařilo se mi zjistit žádné významné změny v provozu napájecího zdroje, kromě změny v generační frekvence.
Jak vypočítat průměr drátu pro primární a sekundární vinutí?
Průměr drátu primárního a sekundárního vinutí závisí na parametrech napájení zadaných ve formuláři. Čím vyšší je proud vinutí, tím větší je požadovaný průměr drátu. Proud primárního vinutí je úměrný "použitému výkonu transformátoru".
Vlastnosti vinutých pulzních transformátorů.
Vinutí pulzní transformátory, a zejména transformátory na prstencových a toroidních magnetických jádrech, mají některé vlastnosti.
Faktem je, že pokud některé vinutí transformátoru není rozloženo dostatečně rovnoměrně po obvodu magnetického obvodu, může dojít k nasycení jednotlivých úseků magnetického obvodu, což může vést k výraznému snížení výkonu napájecího zdroje a dokonce vést k jeho selhání.
Snažíme se natočit „líné vinutí“. A v tomto případě je nejjednodušší navinout jednovrstvé vinutí „otočte na zatáčku“.
Co je k tomu potřeba?
Je nutné vybrat drát o takovém průměru, aby se vešel „závit do závitu“ v jedné vrstvě do okénka stávajícího prstencového jádra, a to i tak, aby se počet závitů primárního vinutí příliš nelišil od ten vypočítaný.
Pokud se počet závitů získaný v kalkulačce neliší o více než 10-20% od čísla získaného ve vzorci pro výpočet pokládky, můžete bezpečně navinout vinutí bez počítání závitů.
Je pravda, že pro takové vinutí budete s největší pravděpodobností muset zvolit magnetický obvod s mírně vyšším celkovým výkonem, který jsem již radil výše.
1 – prstencové jádro.
2 - těsnění.
3 – závity vinutí.
Obrázek ukazuje, že při navíjení „turn to turn“ bude vypočítaný obvod mnohem menší než vnitřní průměr feritového kroužku. To je způsobeno jak průměrem samotného drátu, tak tloušťkou těsnění.
Ve skutečnosti bude skutečný obvod, který bude vyplněn drátem, ještě menší. To je způsobeno skutečností, že drát vinutí nepřilne k vnitřnímu povrchu kroužku a vytvoří určitou mezeru. Navíc existuje přímý vztah mezi průměrem drátu a velikostí této mezery.
Neměli byste zvyšovat napětí drátu při navíjení, abyste zmenšili tuto mezeru, protože to může poškodit izolaci a samotný drát.
Pomocí níže uvedeného empirického vzorce můžete vypočítat počet závitů na základě průměru stávajícího drátu a průměru okénka jádra.
Maximální chyba výpočtu je přibližně –5 % + 10 % a závisí na hustotě drátu.
w = π(D – 10S – 4d) / d, kde:
w– počet závitů primárního vinutí,
π – 3,1416,
D– vnitřní průměr prstencového magnetického jádra,
S- tloušťka izolačního těsnění,
d– průměr drátu s izolací,
/ - zlomková čára.
Jak změřit průměr drátu a určit tloušťku izolace - popsáno.
Pro snazší výpočty se podívejte na tento odkaz:
Několik příkladů výpočtů skutečných transformátorů.
● Výkon – 50 wattů.
Magnetické jádro – K28 x 16 x 9.
Drát – Ø0,35mm.
w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (otočky).
Ve skutečnosti se to vešlo - 114 otáček.
● Výkon – 20 wattů.
Magnetické jádro – K28 x 16 x 9.
Drát – Ø0,23mm.
w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (otočky).
Ve skutečnosti se to vešlo - 176 otáček.
● Výkon – 200 wattů.
Magnetické jádro – dva kroužky K38 x 24 x 7.
Drát – Ø1,0mm.
w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (otočky).
Ve skutečnosti se vešlo 58 zatáček.
V praxi radioamatéra není často možné vybrat průměr drátu vinutí s požadovanou přesností.
Pokud se ukáže, že drát je příliš tenký pro navíjení „otočení k otočení“, a to se často stává při navíjení sekundárních vinutí, můžete vždy mírně natáhnout vinutí posunutím závitů od sebe. A pokud není dostatečný průřez drátu, lze vinutí navinout do několika drátů najednou.
Jak navinout pulzní transformátor?
Nejprve musíte připravit feritový kroužek.
Aby drát neprořezal izolační těsnění a nepoškodil se, je vhodné otupit ostré hrany feritového jádra. To však není nutné, zvláště pokud je drát tenký nebo je použito spolehlivé těsnění. Pravda, z nějakého důvodu to dělám vždy.
Pomocí brusného papíru zakulatíme vnější ostré hrany.
Totéž uděláme s vnitřními plochami prstenu.
Aby se zabránilo průrazu mezi primárním vinutím a jádrem, mělo by být kolem kroužku navinuto izolační těsnění.
Jako izolační materiál si můžete vybrat lakovanou tkaninu, tkaninu ze skelného vlákna, lepicí pásku, fólii Mylar nebo dokonce papír.
Při navíjení velkých kroužků pomocí drátu silnějšího než 1-2 mm je vhodné použít lepicí pásku.
Někdy při výrobě domácích pulzních transformátorů používají radioamatéři fluoroplastovou pásku - FUM, která se používá v instalatérství.
S touto páskou je vhodné pracovat, ale fluoroplast má studenou tekutost a tlak drátu v oblasti ostrých hran kroužku může být významný.
V každém případě, pokud budete používat pásku FUM, položte podél okraje prstenu pruh elektrokartonu nebo obyčejného papíru.
Při navíjení těsnění na malé kroužky je velmi vhodné použít montážní hák.
Montážní hák může být vyroben z kusu ocelového drátu nebo paprsku jízdního kola.
Opatrně omotejte izolační pásku kolem prstence tak, aby každá otáčka překrývala předchozí na vnější straně prstence. Izolace na vnější straně prstence se tak stává dvouvrstvou a uvnitř čtyř nebo pěti vrstev.
K navíjení primárního vinutí potřebujeme raketoplán. Lze jej snadno vyrobit ze dvou kusů tlustého měděného drátu.
Potřebná délka drátu vinutí je poměrně snadné určit. Stačí změřit délku jedné otáčky a tuto hodnotu vynásobit požadovaným počtem otáček. Malá rezerva na závěry a chyby ve výpočtech také neuškodí.
34 (mm) * 120 (otočí se) * 1,1 (krát) = 4488 (mm)
Pokud je pro vinutí použit drát tenčí než 0,1 mm, může odstranění izolace skalpelem snížit spolehlivost transformátoru. Je lepší odstranit izolaci takového drátu pomocí páječky a tablety aspirinu (kyselina acetylsalicylová).
Buď opatrný! Při tání kyseliny acetylsalicylové se uvolňují toxické výpary!
Pokud je pro jakékoli vinutí použit drát o průměru menším než 0,5 mm, pak je lepší vyrobit svorky z lankového drátu. Na začátek primárního vinutí připájeme kousek slaněného izolovaného drátu.
Pájecí oblast izolujeme malým kouskem elektrokartonu nebo obyčejného papíru o tloušťce 0,05 ... 0,1 mm.
Začátek vinutí namotáme tak, abychom bezpečně zajistili spoj.
Stejné operace provádíme s výstupem konce vinutí, pouze tentokrát zajistíme spojení bavlněnými nitěmi. Aby při vázání uzlu nesláblo napětí nitě, zajistíme konce nitě kapkou roztavené kalafuny.
Pokud je pro vinutí použit drát silnější než 0,5 mm, pak lze závěry provést stejným drátem. Na konce je třeba vložit kousky polyvinylchloridu nebo jiné trubky (cambric).
Poté je potřeba přívody spolu s bužírkou zajistit bavlněnou nití.
Přes primární vinutí přebalíme dvě vrstvy lakované látky nebo jiné izolační pásky. Toto vinuté těsnění je nezbytné pro spolehlivé oddělení sekundárních obvodů napájecího zdroje od osvětlovací sítě. Pokud používáte drát o průměru větším než 1 milimetr, pak je dobré použít jako těsnění lepicí pásku.
Pokud jej hodláte použít, můžete sekundární vinutí navinout do dvou vodičů. To zajistí úplnou symetrii vinutí. Závity sekundárních vinutí musí být také rovnoměrně rozloženy po obvodu jádra. To platí zejména pro nejvýkonnější vinutí z hlediska pomocného náhonu. Sekundární vinutí, která odebírají malé množství energie ve srovnání s celkovým, mohou být navíjena náhodně.
Pokud nemáte po ruce vodič dostatečného průřezu, můžete vinutí navinout několika paralelně zapojenými vodiči.
Na obrázku je sekundární vinutí navinuté ve čtyřech drátech.
V elektronických a elektrických obvodech se používají různé typy transformátorových zařízení, které jsou žádané v mnoha oblastech hospodářské činnosti. Například pulzní transformátory (dále jen IT) jsou důležitým prvkem instalovaným téměř ve všech moderních napájecích zdrojích.
Konstrukce (typy) pulzních transformátorů
V závislosti na tvaru jádra a umístění cívek na něm se IT vyrábí v těchto provedeních:
- jádro;
- obrněný;
- toroidní (nemá cívky, drát je navinutý na izolovaném jádru);
- pancéřová tyč;
Čísla ukazují:
- A – magnetický obvod vyrobený z jakostí transformátorové oceli vyrobený technologií válcování kovů za studena nebo za tepla (s výjimkou toroidního jádra je vyroben z feritu);
- B – cívka z izolačního materiálu
- C – vodiče vytvářející indukční vazbu.
Všimněte si, že elektroocel obsahuje málo křemíkových přísad, protože způsobuje ztrátu výkonu vlivem vířivých proudů na magnetický obvod. V toroidní IT může být jádro vyrobeno z válcované nebo ferimagnetické oceli.
Tloušťka desek pro sadu elektromagnetických jader se volí v závislosti na frekvenci. Jak se tento parametr zvyšuje, je nutné instalovat tenčí desky.
Princip činnosti
Hlavním znakem transformátorů pulzního typu (dále jen IT) je, že jsou napájeny unipolárními pulzy s konstantní složkou proudu, a proto je magnetický obvod ve stavu konstantní magnetizace. Níže je schematický diagram připojení takového zařízení.
Schéma: připojení pulzního transformátoru Jak vidíte, schéma zapojení je téměř totožné s běžnými transformátory, což se o časovém schématu říci nedá.
Primární vinutí přijímá pulzní signály mající obdélníkový tvar e(t), přičemž časový interval mezi nimi je poměrně krátký. To způsobí nárůst indukčnosti během intervalu t u, po kterém je pozorován její pokles v intervalu (T-t u).
Indukční změny nastávají při rychlosti, kterou lze vyjádřit pomocí časové konstanty pomocí vzorce: τ p =L 0 /R n
Koeficient popisující rozdíl induktivního diferenciálu je určen následovně: ∆V=V max – V r
- В max – úroveň maximální hodnoty indukce;
- V r – zbytkový.
Rozdíl v indukci je zřetelněji znázorněn na obrázku, který znázorňuje posunutí pracovního bodu v obvodu magnetického vodiče IT.
Jak je vidět na časovém diagramu, sekundární cívka má napěťovou úroveň U 2, ve které jsou přítomny zpětné emise. Takto se projevuje energie akumulovaná v magnetickém obvodu, která závisí na magnetizaci (parametr i u).
Proudové impulsy procházející primární cívkou mají lichoběžníkový tvar, protože zátěž a lineární proudy (způsobené magnetizací jádra) jsou kombinovány.
Hladina napětí v rozsahu od 0 do t u zůstává nezměněna, její hodnota e t =U m. Pokud jde o napětí na sekundární cívce, lze jej vypočítat pomocí vzorce:
kde:
- Ψ – parametr propojení toku;
- S je hodnota, která odráží průřez magnetického jádra.
Vzhledem k tomu, že derivace, která charakterizuje změny proudu procházejícího primární cívkou, je konstantní, dochází k nárůstu indukční úrovně v magnetickém obvodu lineárně. Na základě toho je přípustné místo derivace zadat rozdíl mezi ukazateli převzatými v určitém časovém intervalu, což vám umožní provádět změny ve vzorci:
v tomto případě bude ∆t identifikováno s parametrem t u, který charakterizuje dobu trvání impulsu vstupního napětí.
Pro výpočet plochy pulsu, se kterou se generuje napětí v sekundárním vinutí IT, je nutné vynásobit obě části předchozího vzorce t u. V důsledku toho dojdeme k výrazu, který nám umožňuje získat hlavní parametr IT:
U m x t u =S x W 1 x ∆V
Všimněte si, že velikost oblasti pulzu přímo závisí na parametru ∆B.
Druhou nejdůležitější veličinou charakterizující činnost IT je indukční pokles, který je ovlivněn takovými parametry, jako je průřez a magnetická permeabilita magnetického jádra a také počet závitů na cívce:
Tady:
- L 0 – indukční rozdíl;
- µ a – magnetická permeabilita jádra;
- W 1 – počet závitů primárního vinutí;
- S - plocha průřezu jádra;
- l cр – délka (obvod) jádra (magnetického jádra)
- V r – hodnota zbytkové indukce;
- In max – úroveň maximální hodnoty indukce.
- H m – Síla magnetického pole (maximální).
Vzhledem k tomu, že parametr indukčnosti IT zcela závisí na magnetické permeabilitě jádra, je při výpočtu nutné vycházet z maximální hodnoty µ a, kterou znázorňuje magnetizační křivka. V souladu s tím by pro materiál, ze kterého je jádro vyrobeno, měla být úroveň parametru Br, který odráží zbytkovou indukci, minimální.
Video: podrobný popis principu činnosti pulzního transformátoru
Na základě toho je páska vyrobená z transformátorové oceli ideální jako materiál jádra IT. Můžete také použít permalloy, která má minimální koeficient pravoúhlosti.
Jádra vyrobená z feritových slitin jsou ideální pro vysokofrekvenční IT, protože tento materiál má nízké dynamické ztráty. Ale kvůli své nízké indukčnosti se IT musí vyrábět ve velkých velikostech.
Výpočet pulzního transformátoru
Zvažme, jak je nutné vypočítat IT. Všimněte si, že účinnost zařízení přímo souvisí s přesností výpočtů. Jako příklad si vezměme konvenční obvod převodníku, který používá toroidní IT.
Nejprve musíme vypočítat úroveň výkonu IT, k tomu použijeme vzorec: P = 1,3 x P n.
Hodnota Pn zobrazuje, kolik energie zátěž spotřebuje. Poté vypočítáme celkový výkon (R gb), nesmí být menší než výkon zátěže:
Parametry potřebné pro výpočet:
- S c – zobrazuje plochu průřezu toroidního jádra;
- S 0 – plocha jeho okna (jak se očekává, tato a předchozí hodnota jsou zobrazeny na obrázku);
- B max je maximální vrchol indukce, záleží na použitém feromagnetickém materiálu (referenční hodnota je převzata ze zdrojů popisujících vlastnosti feritových jakostí);
- f je parametr charakterizující frekvenci, se kterou se napětí převádí.
V další fázi se určí počet závitů v primárním vinutí Tr2:
(výsledek je zaokrouhlen nahoru)
Hodnota U I je určena výrazem:
U I =U/2-U e (U je napájecí napětí do měniče; U e je napěťová úroveň přiváděná do emitorů tranzistorových prvků V1 a V2).
Pojďme k výpočtu maximálního proudu procházejícího primárním vinutím IT:
Parametr η je roven 0,8, to je účinnost, se kterou musí náš převodník pracovat.
Průměr drátu použitého ve vinutí se vypočítá podle vzorce:
Pokud máte problémy s určením základních parametrů IT, můžete na internetu najít tematické stránky, které vám umožní vypočítat libovolné pulzní transformátory online.
2) SHTL musí být na vstupu a výstupu zatížen AKTIVNÍ zátěží rovnou přibližně charakteristické impedanci vedení, ze kterých je vyroben.
Typický příklad: Náš bratr, radioamatér, používá obrovské feritové prstence poblíž plátna k „vyvážení“ antén. Výše popsaný experiment s aktivními zátěžemi však ukazuje, že prsten o průměru 10...20 mm snese výkon 100 W a nezahřívá se! Kde je tedy pravda? Pravdou je, že anténa (dipól nebo smyčka) má nízký činný odpor POUZE na jedné jediné frekvenci, frekvenci první harmonické antény. Vysoké aktivní odpory, které se vyskytují při sudých harmonických, nejsou v praxi použitelné. Nízkoimpedanční rezonance při lichých horních harmonických již nespadají do amatérských rádiových rozsahů. A na jiných frekvencích bude VŽDY výrazná reaktivita. Způsobují velké zahřívání prstence a proto musí mít velkou chladicí plochu, tzn. být VELKÝ. Například importované 100wattové transceivery mají na výstupu PA mikroskopické feritové dalekohledy. A NIC! Není to proto, že by byly vyrobeny z netradičního materiálu. Jedním z požadavků na výstupní zátěž pro takové transceivery je, aby byly AKTIVNÍ. (Další požadavek je 50 ohmů). Měli byste se mít na pozoru před těmi publikacemi, které doporučují vinutí přesně definovaného počtu závitů pro VF transformátor. To je známka další „nemoci vědomí“ – kvazi-rezonančního použití SPTL. Zde „rostou nohy legendy o nutnosti používat HF ferity“. Ale... Širokopásmové připojení již neexistuje!
Nyní o zmíněných 1:1 a 1:2... Ve školním kurzu fyziky je transformační poměr poměr závitů primárního a sekundárního vinutí. Tito. poměr vstupního a výstupního napětí. Proč radioamatéři přeměnili tento parametr „standardně“ na koeficient transformace odporu? Ano, protože transformace odporu je v našem prostředí důležitější. Ale člověk by neměl jít do bodu absurdity! Zde je rozhovor zaslechnutý v éteru - dva radioamatéři diskutují o tom, jak vyrobit transformátor od 50 do 75 Ohmů. Jeden navrhuje navinout jej s poměrem závitů 1:1,5. A když proti nim někdo nesměle namítne, jedinou slyšenou odpovědí je obvinění z technické negramotnosti. A to se děje na každém kroku! A jen - PODMÍNKY! Ukazuje se, že pro ně neplatí velký zákon zachování energie a je možné při napětí na vstupním vinutí řekněme 1 Voltu přivést na 50ohmový vstup transformátoru výkon 20 mW. a odebráním 30 mW na výstupu 75 ohmů. Takhle vypadá „perpetum mobile machine“! Zde si stačí zapamatovat, že poměr transformace odporu je kvadratickou funkcí poměru transformace napětí. Jinými slovy, transformátor 1:2 přemění odpor 50 Ohmů na 200 Ohmů a transformátor 5:6 přemění odpor 50 Ohmů na 75 Ohmů. Proč jsem napsal 5:6 a ne 1:1,2? Zde je jeden krok k návrhu. Jak již bylo zmíněno, SHPTL by měl viset s linkou. Linka jsou dva nebo více drátů složených dohromady a mírně zkroucených. Charakteristická impedance takového vedení závisí na průměru drátů, vzdálenosti mezi jejich středy a stoupání zkroucení. Pro transformaci 50 Ohmů na 75 Ohmů musíte použít řadu ŠESTI vodičů a pokud není požadavek na vyvážení, připojte tyto vodiče podle schématu
Jak jste si všimli, obvod je také nakreslen zvláštním způsobem, ne jako běžný transformátor. Tento obrázek lépe odráží podstatu designu. Obvyklé schéma zapojení, obr. 2, a podle toho „tradiční“ konstrukce autotransformátoru s jednovrstvým vinutím a odbočkou 0,83 celkových závitů v praktických testech „na stole“ ukazuje mnohem horší výsledky z hlediska širokopásmového připojení. .
Z konstrukčních a provozních důvodů je nežádoucí provádět SHPTL se zkráceným úsekem jedné z tratí. Obr.3. Nehledě na to, že to usnadňuje vytváření jakýchkoli, dokonce i zlomkových, transformačních koeficientů. Toto řešení vede ke vzniku nehomogenity ve vedení, v důsledku čehož se zhoršuje širokopásmové připojení.
Zajímavá otázka: "Jaké jsou limitní transformační poměry, které lze získat v SHPTL?" Zvláště zajímavé je najít odpověď na tuto otázku pro ty, kteří jsou „nemocní“ myšlenkou vyrobit širokopásmový aperiodický elektronkový výkonový zesilovač, kde je potřeba transformovat odpor cca 1..2 KOhm na straně lampy do odporu 50 Ohmů. Experiment „na stole“ dává poměrně zajímavý výsledek. Opět vše závisí na konstrukci vinutí. Pokud například vyrobíte „tradiční“ transformátor nebo autotransformátor s transformačním poměrem řekněme 1:10, zatížíte jej na požadovaný aktivní odpor 5 KOhm a změříte SWR na straně padesáti ohmů, pak výsledek může ať vám vstávají vlasy na hlavě! A když navíc odeberete frekvenční charakteristiku, ukáže se, že z širokopásmového připojení nic nezbylo. Existuje jedna zřejmá, poměrně ostrá rezonance způsobená indukčností.
Toto bolavé téma by se dalo dále rozvíjet do nekonečna, ale... Vše zastínil návrh širokopásmového balunového transformátoru na transfluxoru (dvouotvorové feritové jádro) obr. 4, který se mi podařilo „odhalit“ v dovezené anténě pro televizor typu „knír“. Obrázek na obrázku je samozřejmě schematický - ve skutečnosti se vinutí skládají z několika (3...5) závitů. Dlouho jsem se na jeho design díval se zmatkem a snažil jsem se pochopit systém navíjení. Nakonec se mi podařilo nakreslit umístění „vinutí“. Toto je příklad použití skutečně dlouhých čar!
Kdybych nevěděl, že to jsou řádky, myslel bych si, že jsem blázen! Zvlášť toto červené vinutí nakrátko... Proč se ale nedivíme v případě, kdy např. u kabelu s U-kolenem je potřeba v jednom bodě spojit oplet ze dvou konců koaxiálního kabelu. Také proto, že je to ČÁRA! V experimentu s ekvivalentním zatížením na stolním počítači tento mikrotransformátor, navržený pro provoz na frekvencích v řádu stovek megahertzů, ukázal vynikající výsledky při výrazně nižších frekvencích, až do dosahu 40 m a při plném výkonu transceiveru.
Cestou se budeme zabývat legendami o symetrii a symetrii. Pojďme zjistit, jak velmi jednoduše určit, zda to či ono SHPTL symetrizuje, nebo autoři tuto vlastnost pouze deklarují, ale po symetrii tam není ani stopa. Zde nám opět pomohou „Jeho Veličenstvo – Experiment“ a „Jeho Výsost – Teoretická analýza výsledků experimentu“. Nejprve si ujasněme, co je symetrický výstup a jak se liší od asymetrického. Ukazuje se, že vše závisí na konstrukci transformátoru. Zde je například nejjednodušší případ - SHPTL s transformačním poměrem 1:1. Jakékoli skutečné nebo imaginární SHPTL (takové existují! A není to neobvyklé!) lze snadno zkontrolovat pomocí vašeho domácího transceiveru. Na výstup transformátoru stačí připojit aktivní zátěž (ekvivalent) s odporem odpovídajícím transformaci a zkontrolovat SWR na 50ohm vstupu při maximálním výkonu vysílače (maximální přesnost měřiče SWR) v daném kmitočtovém rozsahu. . Pokud je SPTL skutečný, pak by se SWR měla blížit ideálu, tzn. 1.0 a ve WIDEBAND (proto je to WIDEBAND transformátor!) Je vhodné mít transceiver otevřený pro vysílání s nepřetržitým přesahem a za žádných okolností nezapínat interní anténní tuner. Vlastnost symetrie se kontroluje při příjmu pomocí PRSTU (ne 21.! I když, můžete ho použít!). Symetrie je podstatou ROVNOSTI obou zátěžových svorek vůči zemi (tělesu vysílače a přijímače). Při příjmu jakékoli stanice (možná vysílací stanice, je to pohodlnější...) když se prstem nebo šroubovákem dotknete konců zátěže připojené k SYMETRICKÉMU výstupu SHPTLE, podle údajů S-metru a podle ucha by mělo být vše stejné. Ale úroveň signálu by měla být o jeden bod (-6 dB nebo dvakrát U) nižší na každém výstupu s jedním zakončením. (to je v případě transformace 1:1). Jako zátěž je vhodné krátkodobě použít rezistor 51 Ohm MLT-2 i pro 100W přenos. V tomto případě je pozorován zajímavý efekt - při příjmu signálu přes balun, když podržíte Prst nad tělem tohoto rezistoru, bude z jedné hrany slyšet radiostanice, ve středu rezistoru nebude slyšel a z druhého okraje to bude slyšet stejně jako z prvního . Pouze za takových podmínek lze transformátor považovat za balun. Vyzkoušejte různé návrhy SPTL, které jsou publikovány v literatuře a na internetu. Výsledky vás možná překvapí...
Stručně řečeno! Vyrobte si mixér na libovolném prstenci s nízkofrekvenčním feritem. Pokud vyzkoušíte, napište! Odvážně experimentujte!
Sergej Makarkin, RX3AKT