Широкополосный трансформатор на ферритовом кольце 1 4. Широкополосные трансформаторы

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

Синий провод-1 виток,

Красный провод-1,5 витка.

Симметрирующий трансформатор на ферритовых трубках 50 / 300 Ом

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

Примечание: Максимально толстым проводом.

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

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

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

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

Измеренные потери составили 0,4 dB.

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

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

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

Речь пойдёт о «ленивой намотке». Это когда лень считать витки. https://сайт/

Самые интересные ролики на Youtube

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. https://сайт/

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.

Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.

D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:

242 * 1,41 = 341,22V
(считаем амплитудное значение).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V
(вычитаем падение на выпрямителе).

Индукция.

Определяем примерную величину индукции по таблице.

Пример: М2000НМ – 0,39Тл.

Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Марка феррита
	6000НМ	4000НМ	3000НМ	2000НМ	1500НМ	1000НМ
	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Марка феррита
	200НН	1000НН	600НН	400НН	200НН	100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в .

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях.
Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален “Используемой мощности трансформатора”.

Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

Что для этого нужно?

Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.

Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.

Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.

1 – кольцевой сердечник.

2 – прокладка.

3 – витки обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.

По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.

Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.

w = π(D – 10S – 4d) / d
, где:

w
– число витков первичной обмотки,

π
– 3,1416,

D
– внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,

S
– толщина изолирующей прокладки,

d
– диаметр провода с изоляцией,

/
– дробная черта.

Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано .

Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке:

Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.

● Мощность – 50 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,35мм.

w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).

Реально поместилось – 114 витков.

● Мощность – 20 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,23мм.

w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).

Реально поместилось – 176 витков.

● Мощность – 200 Ватт.

Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.

Провод – Ø1,0мм.

w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).

Реально поместилось 58 витков.

В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.

То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.

Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.

При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.

Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.

Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

34
(мм) * 120
(витков) * 1,1
(раз) = 4488
(мм)

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать , то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.

На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.

Для того, чтобы фидер был согласован с антенной, используются согласующие устройства (СУ) – в радиолюбительском сленге, “балун
” (BALUN – balanced/unbalanced, т.е. симметричныйнесимметричный). Если быть до конца точным, то СУ бывают разных комбинаций “симметричный-несимметричный” (BALUN, BALBAL, UNUN). Несимметричный вход подключается к коаксиальному фидеру или несимметричной антенне (LW, например). Симметричный вход подключается к двухпроводному фидеру или симметричной антенне (например, диполь). Регулируемое согласующее устройство часто называют антенным тюнером (которое иногда выполняет функции преселектора).

Наиболее популярны СУ в виде широкополосных согласующих трансформаторов, обмотки которых образуют длинную линию. Соотношение сопротивлений обмоток вычисляется по формуле: R1=k^2*R2, где к – коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной).

За рубежом в радиолюбительскую практику вошли широкополосные трансформаторы двух типов: Guanella (по току) и Ruthroff (по напряжению), по фамилиям авторов соответствующих статей:
1. Guanella, G., “Novel Matching Systems for High Frequencies”, Brown-Boveri Review, Vol 31, Sep 1944, pp. 327-329.
2. Ruthroff, C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proc IRE, Vol 47, August 1959, pp. 1337-1342.

В СССР своими публикациями о широкополосных трансформаторах известен В.Д. Кузнецов.

Сейчас популярны широкополосные трансформаторы (ШПТ, “балуны”) на ферритовых кольцах, стержнях или “биноклях”. Но также есть ШПТ без ферритовых сердечников. Ферритовые сердечники, как правило, не работаю как магнитопровод на высоких частотах (на ВЧ работают карбонильные сердечники), а трансформация тока происходит за счет взаимной индукции (магнитной связи) обмоток. В этом случае ферритовый сердечник только увеличивает индуктивность обмоток. Балун с соотношением 1:1 как правило является обычным ВЧ дросселем, хотя есть и симметрирующие СУ.

Когда необходимо сочетать минимальный коэффициент рассеяния с минимальной проходной емкостью рекомендуется применять трансформаторы с объемным витком. Относительная ширина рабочего диапазона 10-15 (отношение верхней частоты к нижней).

Трансформаторы с объемным витком (индуктивным шлейфом)

Конструкция трансформатора с объемным витком

Такому трансформатору свойственна высокая симметрия, так как емкостная связь между его обмотками сведена к минимуму.

Связь между первичной и вторичной обмотками, расположенными на кольцевых ферритовых сердечниках с большой магнитной проницаемостью, осуществляется при помощи объемного витка (индуктивного шлейфа), образованного корпусом (экраном) трансформатора и стержнем – болтом, стягивающим всю конструкцию.

Однако вследствие того, что трансформаторная связь между первичной и вторичной обмотками осуществляется через объемный виток, образованный металлической перегородкой, металлическими стаканами и стрежнем, такой трансформатор не способен передавать значительную мощность из-за токов Фуко (вихревыми токами нагревается медный “объемный виток”).

Такой трансформатор применялся на радиостанции Р-140 как симметрирующий трансформатор приемной V-антенны.

Трансформаторы с внешним витком
(на ферритовых трубках “биноклях”) работают за счет взаимной индукции обмоток. Ферритовый сердечник, в данном случае, должен иметь большую магнитную проницаемость для повышения индуктивности обмоток. Как магнитопровод сердечник тут не работает.

Катушка с бифилярной намоткой для балуна 4:1

У ферритов два главных свойства: магнитная проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше удельное сопротивление, тем меньше потери на вихревых токах, тем меньше нагревается сердечник.

У балунов с “воздушным сердечником” (т.е. без сердечника вообще) есть ряд преимуществ перед ферритовыми. Они менее требовательны к монтажу, выдерживают большую мощность и проще в изготовлении. Однако по сравнению с ферритовыми трансформаторами они имеют более узкий рабочий диапазон частот.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора (Q-match – Quarter Wavelength Transformer Matching)

Четвертьволновый фидер является трансформатором сопротивления и если имеется антенна с входным сопротивлением Rа.вх и фидер с волновым сопротивлением Qф, то для согласования необходимо включить между ними четвертьволновый трансформатор, имеющий волновое сопротивление: Qтр=√(Rа.вх*Qф).

Теоретически, можно построить Q-match на любой случай, если иметь возможность создавать фидерные четвертьволновые линии любого волнового сопротивления. Однако в радиолюбительской практике Q-match используется редко, например, при согласовании антенны Delta Loop (которая имеет входное сопротивление около 112 Ом) с 50-омным кабелем. В этом случае между антенной и фидером включается четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля. Другим ограничением для Q-match является однодиапазонность.

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

Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками, в частности, FRR-4,5 и FRR-9,5 (рис. 1), имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5×17,5×35 мм соответственно. Последние трубки использовались в качестве помехоподавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электроннолучевых трубках. Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с соединительными кабелями.

Рис. 1. Ферритовые трубки

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

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

Таблица

		К U

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 2. Практическая конструкция трансформатора, имеющего два выхода

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

Дата публикации:
07.12.2016

Мнения читателей

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

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Конструкция (виды) импульсных трансформаторов

В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:

• стержневом;
  
  
• броневом;
  
  
• тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник);
  
  
• бронестержневом;
  
  

На рисунках обозначены:

• A – магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
• В – катушка из изолирующего материала
• С – провода, создающие индуктивную связь.

Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е (t) , временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала t u , после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-t u).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τ p =L 0 /R н

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=В max – В r

• В max – уровень максимального значения индукции;
• В r –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U 2 , в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр i u).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до t u остается неизменным, его значение е t =U m . Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

• Ψ – параметр потокосцепления;
• S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром t u , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на t u . В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

U m x t u =S x W 1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

• L 0 – перепад индукции;
• µ а – магнитная проницаемость сердечника;
• W 1 – число витков первичной обмотки;
• S – площадь сечения сердечника;
• l cр – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
• В r – величина остаточной индукции;
• В max – уровень максимального значения индукции.
• H m – Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µ а, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра В r , отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ. Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений. В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой: Р=1,3 х Р н.

Значение Р н отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Р гб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

• S c – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
• S 0 – площадь его окна (как наитии это и предыдущее значение показано на рисунке);

• В макс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
• f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.

Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина U I определяется выражением:

U I =U/2-U э (U – питающее преобразователь напряжение; U э – уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.