Трансформаторные колебательные цепи

Система контуров

Резонансная цепь с внешней емкостной связью.

R_э=R_н, m=1

;

Резонансная цепь с внутренней емкостной связью.

Основным элементом входных, межкаскадных и выходных ЦС ши­рокодиапазонных генераторов является трансформатор. В ламповых широкодиапазонных каскадах для трансформации нагрузочных сопро­тивлений применяют трансформатор с магнитной связью между обмот­ками. В диапазоне средних рабочих частот он близок к идеальному трансформатору (ИТ), дискретный коэффициент трансформации кото­рого пропорционален отношению числа витков вторичной w₂ и первич­ной w₁, обмоток. Коэффициенты трансформации по напряжению, току и сопротивлениям определяются соответственно по формулам

В эквивалентной электрической схеме

помимо ИТ учиты­ваются омические сопротивления обмоток r_s1,r_s2 и эквивалентное сопротивление потерь в магнитопроводе R_м. Влияние r_s1,r_s2 и R_м на коэффициент трансформации, как правило, незначительное, и их в пер­вую очередь учитывают при оценке мощности потерь Р_пот и расчете КПД трансформатора η_тр= P_м/(P_м + Р_пот). В то же время паразитные реактивные элементы в основном влияют на коэффициент трансформации и тем самым ограничивают его полосу: снизу — эквивалентной индуктивностью намагничивания первичной обмотки L_M, сверху — индуктивностями рассеивания обмоток L_з1 ,L_з2, эквивалентными емкостя­ми обмоток С_п1, С_п2 и эквивалентной емкостью между обмотками С_п1-2. Для расширения полосы пропускания необходимо увеличивать L_м и одновременно снижать L_з, и С_п. Однако эти требования противоречивы. Рациональным конструированием удается обеспечить полосу пропускания с коэффициентом перекрытия до 10...30 на частотах 0,1...100 МГц при сравнительно больших нагрузочных сопротивлениях (от 25 Ом примерно до 10 кОм). Однако применительно к транзисторным генера­торам они могут оказаться непригодными. Для современных мощных генераторных транзисторов характерны очень низкие входные и нагру­зочные сопротивления, измеряемые единицами и даже долями Ом. При этом индуктивности рассеяния обмоток трансформатора с магнитной связью не должны превышать единиц и даже долей наногенри, что практически невозможно обеспечить.

Для трансформации относительно малых сопротивлений в диапазо­не частот от 0,1... 1,0 МГц до 100...300 МГц используют трансформато­ры на отрезках линий с определенным заранее заданным волновым сопротивлением Z_c. При согласованном резистивном нагрузочном со­противлении верхняя граничная частота полосы пропускания трансформатора определяется только потерями в линиях. Принципы его работы рассмотрим на простейшем примере — трансформаторе на одной линии.

Двухпроводная линия соединяет генератор U_r и нагрузочное сопротивление R_H. За счет сильной электромагнитной связи между проводами линии при Z_c = R_H, если потерями в линии пренебречь, в любом ее сечении, в том числе и между выходными точ­ками 2 — 4, наводится ЭДС, равная U_r.

При резистивном нагрузочном сопротивлении, равном волновому сопротивлению линии,

модуль коэффициента передачи (коэффициента трансформации) по напряжению во всем диапазоне час­тот равен единице:

и линия — трансформатор вносит только фазовый сдвиг,

При согласованной нагрузке одновре­менно будет резистивным и Постоянным входное сопротивление линии

Если на выходе соединить с корпусом верхний проводник линии,

то на нагрузочном сопротивлении R_н получим противофаз­ное напряжение U_н (по сравнению с предыдущей схемой). Однако при этом к проводникам 1 — 2 и 3 — 4 приложено так называемое продольное напряжение U_пp, равное U_г. Чтобы образованные имтоки во входном и нагрузочном контурах (показаны штриховой линией) были значительно меньше основного тока должны быть достаточнобольшими продольные индуктивности проводников линий L_пр12 ,L_пр34, чтобы обеспечивать

С этой целью необхо­димо линию брать достаточной длины и располагать ее на феррите (иди наматывать на ферритовый сердечник) с большой магнитной проница­емостью.

Практически в качестве линий используют специальные полосковые и коаксиальные кабели с волновыми сопротивлениями от 3,2 до 150 Ом и выше согласно справочным данным.

Конструкция трансформатора зависит от геометрических размеров кабеля и феррита. При относительно малой длине кабеля иа него наде-вают-ферритовые кольца или трубки.

При построении трансформатора с коэффициентом трансформации не равным единице используют несколько линий N одинаковой длины l_э, включая их параллельно и последовательно по входу и по выходу в различных комбинациях. Очень часто ограничиваются включением линии с одина­ковыми волновыми сопротивлениями Z_c параллельно с одной стороны и последовательно — с другой.

В этом случае для согласова­ния линий необходимо обеспечить следующие соотношения между вол­новыми и нагрузочными сопротивлениями:

При этом модуль коэффициента трансформации напряжения не будет зависеть от частоты:

а фазовый сдвиг будет такой же, как в предыдущих схемах. Следовательно коэффициент трансформации сопротивлений оказывается дискретным:

Вспомогательные элементы:

1. Разделительная емкость С_р;

2. Блокировочные элементы – шунтируют сопротивление;

3. Дроссель – устраняет шунтирование при параллельных питании и смещении.