Что такое согласующий трансформатор?

  1. Определение, что такое трансформатор
  2. Применение согласующего трансформатора
  3. Входной трансформатор
  4. Выходной трансформатор
  5. Согласующий трансформатор для антенны
  6. Балун

Когда я только-только начинал знакомиться в школьные годы с радиолюбительской тематикой и просматривал принципиальные схемы различных устройств в старых книгах и журналах, у меня часто возникал вопрос. Зачем даже в простых схемах, а особенно в ламповых устройствах, применяется столько трансформаторов?

Ведь если открыть более современный журнал Радио, то там с этим полный порядок — трансформаторов в схемах почти нет! Попробуем найти ответ на этот вопрос.

Начать следует прежде всего, что же вообще такое трансформатор и для чего он нужен.

Определение, что такое трансформатор

При реальном использовании электрического тока, часто возникает необходимость изменять напряжение. С постоянным напряжением это бывает сделать проблематично, а вот переменное можно очень просто понижать или повышать с минимальными потерями при помощи трансформатора.

Трансформатор это электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования одного напряжения в другое (или несколько других напряжений) с сохранением частоты. Он состоится двух или более индуктивно связанных обмоток на магнитопроводе (хотя трансформатор, работающий на очень высоких частотах может и не иметь магнитопровода).

Входной ток подаётся на первичную обмотку, а выходной снимается с другой, называемой вторичной.

Если не учитывать небольшие потери в магнитопроводе, то отношение входного и выходного напряжений равно отношению числа витков на первичной обмотке к числу витков на вторичной.

Применение согласующего трансформатора

Исходя из зависимости отношения напряжений в первичной и вторичной обмотках от отношения количества витков в этих обмотках возникает следствие.

Отношение сопротивления цепи первичной обмотки по переменному току к сопротивлению вторичной, будет равно квадрату отношения витков в первичной обмотке к вторичной.

Это позволяет согласовывать сопротивление приемников и источников сигнала, уровни выходных и входных напряжений, которые находятся под разными потенциалами, ведь первичная и вторичная обмотки не связаны друг с другом напрямую.

Для чего это нужно? Вот и рассмотрим различные согласующие трансформаторы, работающие в звуковом диапазоне: входные, выходные, а так же антенный согласующий трансформатор.

Входной трансформатор

Различные, усиливающие звук, устройства имеют на входе операционные усилители. Для оптимальной работы сопротивление источника сигнала должно быть единицы или даже десятки килоом. Тогда усилитель будет работать в правильном режиме с минимальным уровнем шумов.

Но сопротивление многих источников звука гораздо ниже. Например сопротивление динамических микрофонов обычно составляет сотни или десятки ом. Если такой микрофон подключить напрямую на вход усилителя, последний будет работать в режиме, далеком от оптимального.

Справиться с этой проблемой поможет входной согласующий трансформатор. Его коэффициент трансформации можно определить по формуле: отношение количества витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной будет равно квадратному корню из отношения эквивалентного сопротивления усилителя к сопротивлению источника.

N = W2 /W1 = √(Rш /Rи)

Для большинства случаев нормальным будет коэффициент 5-7.

Так как первичная и вторичная обмотки согласующего трансформатора не связаны между собой, то есть гальванически развязаны, такую схему можно использовать для подключения микрофонов, требующих для своей работы высоковольтного фантомного питания.

Самые современные операционные усилители при работе с низкоомным источником сигнала без входного трансформатора все равно выдают хорошие характеристики. Но при использовании длинного кабеля, между источником сигнала и входом усилителя, без трансформатора не обойтись. Иначе на качестве итогового сигнала будут отражаться различные наводки.

При использовании входного трансформатора происходит практически полное подавление синфазной помехи. Это свойство применяется в концертной аппаратуре для снижения влияния наводок, когда длина микрофонного провода может достигать десятков метров.

Выходной трансформатор

Долгое время вся техника была построена на радиолампах. Выходное сопротивление лампы очень большое и чтобы связать её например с громкоговорителем с низким сопротивлением, использовался выходной согласующий трансформатор.

Так же для связи между каскадами усиления использовались согласующиеся трансформаторы. Даже при использовании в схеме транзисторов, все равно без трансформаторов было не обойтись. Это связано с тем, что ранние модели транзисторов не обладали достаточно линейной характеристикой. И только разработка более совершенных транзисторов позволила отказаться от массового использования трансформаторов в схеме.

Вот и ответ на вопрос, куда пропали трансформаторы, которые были на принципиальных схемах в старых книгах и журналах. Сейчас применяются другие схематические решения, которые соответствуют современной элементной базе.

Согласующий трансформатор для антенны

Точно так же, как и для звукозаписывающей аппаратуры, для радиопередачи идеальным вариантом будет одинаковое выходное сопротивление передатчика, волновое сопротивление фидера и входное сопротивление антенны. В реальности эти сопротивления будут отличаться.

Для уменьшения потерь в линии передачи, а так же для снижения внеполосных излучений используются различные согласующие устройства.

Сопротивление большинства антенн разнится от сотен до единиц ом. Кабели обычно используются стандарные, на 50 или 75 Ом. Выходное сопротивление современных передатчиков обычно 50 Ом.

В случае, если выходное сопротивление передатчика и волновое сопротивление кабеля равны, то согласовывать необходимо только место соединения самой антенны и кабеля. Если же различаются сопротивления антенны, кабеля и передатчика, то понадобится два согласующих устройства: для согласования антенны и фидера, и для согласования фидера и выхода передатчика.

Согласующие трансформаторы для антенны могут быть с гальванической развязкой и без, с ферритовым сердечником и воздушные. Для высоких частот трансформатор может быть даже просто напечатан на плате.

Балун

Линии могут быть симметричные и несимметричные. Проводники симметричной линии одинаковые, как например у витой пары. У несимметричной же линии проводники разные. Примером несимметричной линии является коаксиальный кабель, в котором центральный проводник помещен в экранирующую оплетку.

При прохождении через симметричную линию, электрическое поле возбуждает в ее проводниках токи одинаковой силы и направления. Но когда электрическое поле проходит через несимметричную линию, то на проводники оно воздействует по разному.

Центральный проводник коаксиального кабеля защищен от воздействия внешнего электрического поля. По-этому ток возбуждается только во внешней оплетке и она начинает работать как часть антенны.

Чтобы этого избежать используют специальные согласующие устройства — балуны. Их название происходит от английского balanced-unbalanced, то есть подключение симметричной нагрузки к несимметричному кабелю.

Простейшим балуном будет являться тороидальный ферритовый сердечник, с проходящими через него несколькими витками кабеля. Такой балун является индуктивным фильтром. При прохождении полезного сигнала через проводники не создается магнитного поля, так как ток равен по амплитуде и противоположен по значению. А если не создается магнитного поля, значит и индуктивный фильтр не будет препятствовать прохождению полезного сигнала.

Зато при прохождении помехи через оплетку кабеля, создается магнитное поле, а значит балун будет гасить помеху и оставлять полезный сигнал.

Это лишь небольшой обзор группы трансформаторов, ведь в одной статье сложно охватить всё их разнообразие. Хоть с развитием электроники во многих случаях от трансформаторов отказались ввиду их дороговизны, габаритов и веса, все равно для некоторых задач они являются оптимальным и даже единственным выбором.

Подписка RSS

Подписка на обновления

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *