На связи Тимур Гаранин. И сегодня по просьбам подписчиков будем рассматривать ферритовые трансформаторы сопротивления.
Многие ошибочно ставят знак тождества между ферритовыми трансформаторами и БАЛУНами. На самом деле ферритовые трансформаторы – это лишь один из типов БАЛУНов. BALUN – от английского balanced unbalanced – подразумевает все типы устройств, предназначенные для согласования симметричной нагрузки (обычно антенны) и несимметричной линии (обычно коаксиала).
Самые распространённые категории BALUNов следующие:
Ферритовые фильтры и запорные дроссели, которые хоть и имеют в своём составе ферритовый сердечник, но используются не в качестве трансформаторов, а лишь для отсечения нескомпенсированных наводок с оплётки кабеля;
Согласующие устройства на основе длинных линий – различные шунты, стаканы и трансформаторы сопротивлений и фаз на длинных линиях, наподобие U-колена, которое мы рассматривали в одном из предыдущих роликов;
И те самые ферритовые трансформаторы, которые позволяют убивать сразу нескольких зайцев: трансформировать сопротивления, отсекать помехи, обеспечивать или наоборот устранять гальваническую связь, уравнивать токи в плечах антенны.
Несмотря на такую универсальность ферритовые трансформаторы имеют ограниченную сферу применения, точнее ограниченную полосу частот, на которых их можно применять. С ростом частоты индуктивное сопротивление ферритовых трансформаторов растёт, частотные свойства исчерпываются, и поэтому их не применяют на СВЧ. Но на длинных, средних и коротких волнах они вполне оправданы.
А сейчас рассмотрим практические схемы ферритовых трансформаторов сопротивления.
Ферритовый трансформатор 1:1. Фактически, это не столько трансформатор, сколько фильтр. Его применяют для отсекания наводок, приходящих с оплётки кабеля. Полезный сигнал проходит сквозь индуктивность беспрепятственно, т.к. его токи скомпенсированы и их результирующее МП равно нулю. А нескомпенсированный ток помехи отражается высоким индуктивным сопротивлением.
Выполены они могут быть как двупроводной линией, так и коаксиальным кабелем, как на одном ферритовом сердечнике, так и на нескольких. Либо в фроме колец или трубок, надетых на прямой отрезок кабеля, подобие классического варианта трансформатора Рутрофа.
Следующий известный трансформатор – это трансформатор 1:4. Когда нам нужно, например, подключить 200-омную петлевую или спиральную антенну к 50-омному кабелю, используется следующая схема соединения обмоток:
Здесь уже 4 омотки. По входу они включены параллельно, по выходу – последовательно. Если бы это был трансформатор напряжения, он бы имел коэффициент трансформации 1:2. Так как R = U2 / P, то по сопротивлению получаем коэффициент трансформации 1:4.
Преимуществом этой конструкции является то, что она легко переключается в трансформатор 1:1. Для это всего лишь нужно выходы обмоток перепаять параллельно. Или переключить.
И не забудем указать, что кроме трансформации данный BALUN выполняет также функцию фильтрации.
Трансформаторы сопротивления работают в обе стороны, так что если Вам нужно подключить низкоомную нагрузку к высокоомной линии, Вам всего лишь нужно перевернуть трансформатор.
Иногда используются антенны с очень большим входным сопротивлением, например Бефереджа или длинный луч, 450-550 Ом. Здесь требуется трансформатор сопротивлений 1:9. Одна из популярных схем показана на экране.
Задачу преобразования сопротивления он выполняет в полной мере. Но вот по фильтрации всё плохо. Во первых, если у Вас нет заземления, то наводка будет проходить гальваническим способом прямо в антенну.
Даже если заземление есть, то всё равно наводка не отражается в полной мере, т.к. направление тока во входной точке разветвляется в противоположные стороны, с нулевым результирующим магнитным потоком. Наводка не получает должного индуктивного сопротивления и проходит на нагрузку.
Вообще, в сети есть огромное количество вредительских схем BALNUов, которые обладают очень плохими характеристиками, но новички по незнанию их эксплуатируют и распространяют дальше.
Если хотите, напишите в комментариях, чтобы я сделал ролик про худшие схемы намотки BALUNов.
Сейчас рассмотрим более интересные варианты ферритовых трансформаторов.
Это узкополосный ферритовый трансформатор, обеспечивающий гальваническую развязку. Путём настройки конденсаторов мы настраиваем его до получения следующего результата. Высокочастотные помехи будут закорачиваться конденсаторами. Низкочастотные наводки будут блокироваться последовательно включённым конденсатором. В то время как полезный сигнал пройдёт в нагрузку. Путём изменения количества витков, а также номиналов конденсаторов для попадания обеих контуров в резонанс, можно добиться любого коэффициента трансформации.
При настройке его в резонанс с частотой полезного сигнала он работает как полосовой фильтр, отсекая все частоты выше и ниже резонансной.
Ещё один резонансный BALUN.
Он похож на обычный фильтр 1:1, но зачем-то к одной из жил на входе и выходе припаян конденсатор.
А всё дело в том, что на определённой частоте он образует параллельный колебательный контур. И если на этой частоте возникнет помеха (т.е. синфазный ток в линии), то параллельный контур будет представлять для этой помехи препятствие ещё более серъёзное, чем просто индуктивное сопротивление. Фактически, это режекторный фильтр для синфазных токов помехи. В то время как полезный сигнал, представленный противофазными токами в линии, пройдёт в нагрузку без препятствий.
Однако недостатком данной конструкции является её узкополосность. Применять её можно только на однодиапазонных антеннах.
Рассмотрим ещё один хитрый составной BALUN. Он даёт коэффициент трансформации по сопротивлению 2,25. Т.е. по напряжению это было бы 1,5.
Сразу видим, что за функцию фильтрации отвечает правый сердечник.
Соответственно, трансформацию производит левый. Чтобы проще было понять, откуда берётся коэффициент 2,25 достаточно увидеть, что к правому концу, т.е. ко входу его подключены две обмотки последовательно, а к левому выходному – 3 обмотки последовательно. 3/2 и дают нам соотношение полтора по напряжению, и 2,25 по сопротивлению.
Многие трансформаторы сами по себе не обладают фильтрующими свойствами, но добавив дополнительный фильтр как в этом примере, можно эту проблему решить.
Одним из таких нефильтрующих трансформаторов является перестраиваемый автотрансформатор.
Путём подбора соотношения количества витков можно настроить любой коэффициент трансформации и, соответственно, идеально согласовать антенну с линией. Пример такого согласования мы рассматривали в роликах о GP антеннах.
Ещё одним решением является трансформатор с несколькими обмотками и несколькими выводами для разных сопротивлений:
Можно делать коэффициенты трансформации кратными, а можно настраивать кажду обмотку индивидуально.
Такой трансформатор не обладает фильтрующими свойствами, поэтому с ним необходимо использовать отдельный запорный дроссель. Особенно если нет возможности заземлить оплётку коаксиала.
В курсе «усилители мощности» я уделил особое внимание вилке фильтров. Если на нагрузку мы пускаем, допустим, низкие частоты, то отфильтрованные высокие частоты мы должны пустить на балластный резистор. Если этого не сделать, возникнет отражённая волна, которая пойдёт обратно в источник.
Тот же принцип верен и для фильтрации помех и наводок.
Допустим, у нас есть два трансформатора Рутрофа. При чём в одном из них Т1 обмотки намотаны противофазно, а в другом Т2 — синфазно.
Значит, противофазные токи, т.е. полезный сигнал, пройдут беспрепятственно через трансформатор Т2 и попадут в нагрузку.
А синфазные токи помехи пройдут через Т1, чтобы выделиться на балластном резисторе.
Таким образом осуществляется грамотное разделение полезного сигнала и помехи.
Подытожим:
- Ферритовые трансформаторы сопротивления часто выполняют функцию не только трансформации, но и фильтрации сигнала
- Из-за свойств сердечника ферритовые трансформаторы сопротивления используются преимуществено в частотных диапазонах ниже СВЧ
- Некоторые BALUNы используют свойства колебательных контуров для фильтрации частотного диапазона полезного сигнала
- Рекомендуется использовать вилку фильтров и балластный резистор для отвода помех
- Также существуют вредительские схемы балунов, которые не обеспечат Вам желаемых характеристик
Если интересует обзор таких схем, напишите в комментариях. Сделаю про них отдельный ролик.
А на сегодня всё, дорогие друзья. Жмите колокол, делитесь этим выпуском.
И если есть минута, посмотрите любое другое видео на моём канале.
Всем спасибо и удачи!
