книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

^йк

и*.

Граничные условия на концах проводов 1, 2 , Г, 2' при полной сим­ метрии плеч:

Щ с ~ ~ ~ 7 ~ соР^8 “ У~~^01!51ПР^ - 7/20^012зт р/ = - Е /2; (1.122)

^=^2оСОЗр^-7/202о225 т р ^ - 7 Ч 5!-2:о,25тР^ = ^ / 2 . (1.124)

Лн

Согласно граничным условиям

^к + /'|г = 0; /гг+ Ег» —0.

Последние соотношения, как следует из (1.117), (1.121) или из (1.119), (1.123), выполняются при условии 1/го = С/'го = 0. Такой результат согласуется с условием полной симметрии плеч устрой­ ства относительно общей шины (земли, корпуса).

Из (1.120) или (1.124) при 1/2о = 0:

Подставляя последнее выражение в (1.118) или (1.122), получаем:

При реализации устройства из отрезков симметричной двух­ проводной линии

Если 2С» 2,„ то 11цн« 2Е е~-,ре Необходимое сопротивление нагрузки при этом

-К» = 4 2е2п/ (2С+ 2П) » 4 2П= 2 20,

где 2о - волновое сопротивление двухпроводной линии.

При реализации устройства из отрезков коаксиальной линии и использовании центральных проводников отрезков в качестве про­ водов 1, Г имеем 20|2 = 2022 = 2с2; УЕ\\ = 20, где 20 - волновое со­ противление коаксиальной линии.

Соответственно получаем при К„ - 21Уи - 22о: 1/ци= 2Её~'ре Ток через нагрузку

Л .

К\\ !-*

Как видим, рассматриваемое устройство обладает свойством повышающего ТЛ с коэффициентом трансформации по напряже­ нию 2.

Входной ток устройства /вх = 1\( + Тц = - Ти - /2,. При Кп= 2Жц согласно (1.117), учитывая С/2о = 0,

Входная проводимость устройства: Увк =1ВХ/Е = 1/Квх+ \!]ХЮ

На основании последних соотношений имеем:

- резистивная составляющая входного сопротивления

- реактивная составляющая входного сопротивления

]Хвх • 27022*ё Р^- При реализации устройства из отрезков симметричной двух­

Если устройство реализуется из отрезков коаксиальной линии с волновым сопротивлением 2о, причем центральные проводники ис­ пользуются в качестве проводов 1, 1 то Ках= 20/2; ]Хвх=у • 22а *ё Р^-

Коэффициент трансформации сопротивлений щ = 4.

Обратим внимание, что выражение (1.126) может быть получе­

но из условия: Е2/ Двх = | |2 / Кн = | |2 / 2^п .

Если при реализации устройства из отрезков коаксиальной ли­ нии центральные проводники использовать в качестве проводов 2, 2', а наружные провода (оплетку) в качестве проводов 1, 1', то в этом случае 2оц =2оп~ 2сг, 2ап = 2С\ + 2о\ Щг =2а, Щ\ = 2С)2о/(2с\ + 2а).

Соответственно будем иметь:

К„ = 2Ж| | = 22С[2й/(2С + 20);

(2^с1+ ^о)

Как видим, при такой реализации параметры устройства зави­ сят от величины волнового (характеристического) сопротивления 2С\ линии, образованной наружным проводом (оплеткой) коакси­ ального кабеля относительно общего провода (земли, корпуса) уст­ ройства. В прежней реализации от величины волнового (характе­ ристического) сопротивления 2а такой линии зависит только вели­ чина реактивной составляющей входного сопротивления устройства.

Реализация устройства на отрезках коаксиальной линии с ис­ пользованием центральных проводников в качестве проводов 1, Г лучше не только в отношении стабильности параметров, но и по конструктивным соображениям. Так как напряжение С/2о ~ 0, то концы проводов 2, 2' у места подключения нагрузки могут быть со­ единены непосредственно с общим проводом (землею, корпусом) устройства. Очевидно, такое соединение проще выполнить, если провода 2,2' образуются оплетками коаксиального кабеля.

Используя символику обозначения двухобмоточного транс­ форматора, рассматриваемому ТЛ в области нижних рабочих частот или при малой электрической длине отрезков можно поставить в соответствие электрическую схему рис. 1.51 при размещении от­ резков линии на ферритовых сердечниках.

Продольные напряжения на обмотках:

Согласно схеме рис. 1.51 источник сигнала Е непосредственно подключается к последовательно соединенным обмоткам, соответ­ ствующим проводам 2, 2'. Следовательно, результирующая индук­ тивность намагничивания Ьт приведенная к источнику сигнала, равна удвоенной индуктивности намагничивания одной обмотки Ь{1,

т. е. Ецр 2Ер.

Реактивная составляющая входного сопротивления ]Хт =

=/-2соХд.

Сопоставляя последнее выражение с полученным на основании

уравнений связанных линий, имеем сйЬ» = 2022 *§ РХ При использовании двухпроводной линии

щ рс;

при использовании коаксиальной линии соХм= 2с21§ рХ Принимая р? « Р^, можно считать » ^Хпогс/2 при двухпро­

водной линии и Хц *^Хпог.с2 при использовании коаксиальной линии.

Напряжение на нагрузке в схеме (рис. 1.51)

С/лн=^1- ^ ' , + ^ = [/1+С/2 - г У '|- 1У'2 « 2Я при р ? -» 0 ,

что также согласуется с полученным ранее результатом.

Схема рис. 1.51 и вытекающие

Еиз нее соотношения справедливы также при намотке отрезков на фто­ ропластовые катушки.

При намотке отрезков линий на раздельные ферритовые кольца или сердечники, а также на фторопла­ стовые катушки направления намо­ ток могут быть произвольными, так как магнитные потоки обмоток ка­ тушек, относящихся к разным от­ резкам линии, не связаны между собой.

Отрезки линий могут быть раз­ мещены на общем ферритовом сер­ дечнике. В этом случае необходимо согласовать направления намотки отрезков на сердечник (кольцо).

Как следует из рис. 1.51, ток /вх р через обмотки-катушки, образован­

ные проводами 2, 2' и определяющие результирующую индуктивость на­ магничивания трансформатора, про­ текает в противоположных направле­ ниях относительно одинаково обоз­

наченных концов. Следовательно, если отрезки намотать в одном направлении от одинаково обозначенных концов, то результирую­ щий магнитный поток в сердечнике уменьшится практически до нуля и произойдет короткое замыкание источника сигнала Е: ре­ зультирующая индуктивность намагничивания Ь№ —> 0. Чтобы из­ бежать этого, отрезки линий следует наматывать в противо­ положных направлениях на ферритовом сердечнике относительно одинаково обозначенных концов. Конструктивно это выполняется так же, как при реализации устройства по схеме рис. 1.49 при на­ мотке отрезков из проводов 1,2 на общий сердечник.

При идентичности обмоток на раздельных и общем магнитопроводах результирующая индуктивность намагничивания устрой­ ства по схеме рис. 1.50, реализованного на общем магнитопроводе

(рис. 1.52), возрастает в два раза по сравнению со схемой рис. 1.51, когда обмотки размещаются на разных сердечниках, и оказывается

практически равной величине напряжения источника сигнала Е, а в симметричном варианте практически в два раза ниже.

Если напряжения источников сигналов Е в несимметричном и симметричном вариантах ТЛ одинаковы, то снижение продольного напряжения в два раза является существенным преимуществом симметричного ТЛ, облегчая подбор необходимого магнитопровода и конструирование повышающего ТЛ. Отмеченное преимущество симметричного ТЛ используется часто на практике при осуществ­ лении связи несимметричного источника и несимметричной нагруз­ ки. В этом случае к выходу несимметричного источника сигнала Е подключают симметрирующий ТЛ с коэффициентом передачи 1:1,

♦

Согласно ( 1Л 16) индуктивность катушки на ферритовом сердечнике про­

порциональна квадрату числа витков. При размещении обмоток на общем магни­ топроводе число витков результирующей катушки из двух равных частей оказывается в два раза больше.

могут быть из коаксиальной линии с идентичным подключением источника сигнала и нагрузки, а отрезок, образованный проводами 3, 3', должен по-прежнему быть из симметричной двухпроводной линии Применение отрезков разных линий, очевидно, усложняет конструкцию ТЛ.

Граничные условия на концах проводов:

ничных условий для рассматриваемого устройства справедлива следующая система уравнений:

^з« = ^20008Р^ - Дго^озз 8*пР^ _ Дго^озз 3*пР^ = 121 (1-124)

*

Подобная реализация, очевидно, будет характерной для любого повышаю­ щего симметричного ТЛ с нечетным числом отрезков линий: либо все отрезки из симметричной двухпроводной линии, либо все, кроме центрального, из коаксиаль­ ной линии, а центральный отрезок из симметричной двухпроводной линии. Поэто­ му в отдельных случаях конструктивно более приемлемой может оказаться реализация ТЛ по принципу схемы рис. 1.49.

теристическое сопротивление линии, образованной проводом 3 (или 3') относительно земли (корпуса) при соединении другого про­ вода У (или 3 ) с землею (корпусом) по всей длине провода; 2 <ш - электродинамическое характеристическое сопротивление линии, образованной проводом 3 (или 3') относительно земли (корпуса) при свободном размещении другого провода 3' (или 3); Щт,, ^033 ~ соответственно электростатическое и электродинамическое харак­ теристическое сопротивление связи линий, образованных прово­ дами 3, 3'.

Названные выше характеристические сопротивления связаны с характеристическими сопротивлениями связанных линий из прово­ дов 3,3' при возбуждении в них синфазных (четных) и противофаз­ ных (нечетных) волн напряжения* известными нам соотношениями,

где цифра 3 означает, что параметр относится к отрезку из прово­ дов 3, 3'

В случае полной симметрии устройства, очевидно, будут спра­ ведливыми следующие дополнительные граничные условия:

^20= Узо=- У20 — Щ01

^20 =-/2о = /зо = - /з0.

*

Напомним, что в случае симметричной связанной линии (провода 3, Згоди­ накового сечения и одинаково расположены относительно земли (корпуса)) харак­ теристические сопротивления линий одинаковы в режимах возбуждения как синфазных (противофазных) волн напряжения, так и синфазных (противофазных) волн тока.