книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

обмоток проводов 1, 2 и 3, 4, соответственно; 112, С/4 - продольные напряжения на обмотках трансформаторов.

Учитывая 1]2 я 2Е; Щ = Е, получаем для результирующей ин­ дуктивности намагничивания:

Оба отрезка могут быть размещены на общем магнитопроводе. В этом случае, так как продольные напряжения на обмотках, соот­ ветствующих разным отрезкам, различаются практически в два раза, число витков отрезка из проводов 1, 2 должно быть в два раза больше, чем число аналогичных витков, размещаемых на общем магнитопроводе, у отрезка из проводов 3,4.

При размещении обмоток на общем магнитопроводе при кон­ струировании любого ТЛ с числом наматываемых отрезков линий два и более следует учитывать полярность продольных напряжений на обмотках разных отрезков.

Возможные размещения обмоток двух отрезков линии на коль­ цевом магнитопроводе показаны на рис. 1.77, где отрезок линии условно представлен в виде одиночного провода, соответственно I или II, с обозначением концов 0 и I. Обозначение концов проводов символами О и / в данном случае абсолютно условно и не связано ни с какой схемой ТЛ. Поэтому возможно и такое сочетание: у кон­ ца провода одного отрезка символ 0, а у рядом расположенного конца провода другого отрезка символ I.

Благодаря общему магнитопроводу обеспечивается магнитная связь между обмотками обоих отрезков линии. Для исключения электрической связи между обмотками разных отрезков (связь через напряжения) каждый отрезок располагают на своей части окружно­ сти кольца магнитопровода. Точками на рис. 1.77 помечены концы, относительно которых полярность продольных напряжений на об­ мотках разных отрезков линии оказывается одинаковой. Как видно из рис. 1.77,а, при намотке отрезков на кольцевой магнитопровод в одном направлении обмотки одного отрезка переходят в обмотки другого отрезка при последовательном обходе, формируя как бы

одну обмотку-катушку* Так как потенциалы у концов этой катушки разной полярности, то продольные напряжения Ц, 1/ц, соответст­ вующие напряжениям на обмотках отрезков и являющиеся напря­ жениями на соответствующих частях единой катушки, оказыва­ ются в противофазе относительно одинаково обозначенных концов О и При намотке отрезков в противоположных направлениях на кольцевой магнитопровод (рис. 1.77,6) продольные напряжения 1/ь 1/ц на обмотках оказываются в фазе относительно одинаково обо­ значенных концов 0 и I.

Рис. 1.77

Возможность намотки отрезков линии при размещении на об­ щем кольцевом магнитопроводе в одном или в противоположных направлениях следует учитывать при разработке конструкции ТЛ.

Если одинаково обозначаемые на рис. 1.77 концы проводов разных отрезков соединить между собой, то при намотке отрезков линии в одном направлении (рис. 1.77,а) снять отрезки с магнитопровода можно, только разорвав провода; при намотке отрезков в противоположных направлениях (рис. 1.77,б) соединение оди­ наково обозначенных концов у проводов разных отрезков не препятствует снятию отрезков с магнитопровода. При большом диаметре кольца магнитопровода можно осуществить намотку отрезков в одном направлении, располагая их параллельно друг другу с зазором для исключения электрической связи между проводами раз­ ных отрезков. Однако в этом случае продольные напряжения на обмотках будут в фазе относительно одноименных и рядом расположенных концов, что необходимо учитывать при изготовлении устройства.

У рассматриваемого ТЛ по схеме рис. 1.75 продольные напря­ жения на обмотках разных отрезков относительно одинаково обо­ значенных на схеме концов находятся в фазе: 11\ » [Л » {У2о » » 2Е; {Уз ~ С/4 = {У4о = 5. Следовательно, возможна реализация ТЛ с намоткой отрезков в противоположных направлениях с располо­ жением рядом одинаково обозначаемых концов 0 и I. Возможна также реализация с намоткой отрезков в одном направлении, но с расположением рядом по-разному обозначаемых концов.

На рис. 1.78 представлены схемы размещения обмоток на кольце­ вом магнитопроводе повышающего ТЛ по схеме (рис. 1.75) при ис­ пользовании отрезков двухпроводной линии при намотке в одном (рис. 1.78,а) и в противоположных (рис. 1.78,6) направлениях.

При размещении на общем магнитопроводе отрезков малой электрической длины основным является выполнение соотношения чисел витков обмоток, тогда как длины отрезков могут быть взяты разными, но не больше максимально принятой длины (необходимо выполнение условий: соз » 1, $1п » 0). В рассматриваемом ТЛ, как уже отмечалось, числа витков отрезков, располагаемых на об­ щем магнитопроводе, различаются в два раза из-за различия в два раза продольных напряжений на обмотках из проводов разных отрезков.

Обратим внимание, что обсуждаемый нами ТЛ рассматривает­ ся в [11, с. 18 и 19]. В названной работе по тексту [11, с. 18] непра­ вильно указано соотношение чисел витков обмоток (с точностью до наоборот), тогда как на приводимом по тексту рисунке [11, с. 19, рис. 1.19], хотя и неправильное, но изображено обратное соотношение чисел витков обмоток. Кроме того, на рисунке [11, с. 19, рис. 1.19] указаны взаимоисключающие направления намотки отрезков: если смотреть со стороны низкоомного входа, то намотка отрезков долж­ на быть в одном направлении, но если смотреть со стороны высоко­ омного входа, то намотка отрезков должна быть в противоположных направлениях. Как итог, на указанном рисунке [11, с. 19, рис. 1.19] не сходится намотка отрезка с большим числом витков, в чем предла­ гается убедиться читателю. По представленной [11, с. 19, рис. 1.19] схеме коммутации проводов можно предположить, что устройство реализуется по схеме рис. 1.78,а. В то же время реализация устрой­ ства по схеме рис. 1.78,6 конструктивно представляется более оп­ тимальной: меньше протяженных соединительных проводов вне магнитопровода.

При размещении обмоток на общем магнитопроводе результи­ рующая индуктивность намагничивания устройства по схеме (рис. 1.75) определяется индуктивностью намагничивания, связан­ ной с обмоткой из провода 4, и оказывается в 1,25 раза больше, чем при размещении отрезков на раздельных магнитопроводах (см. п. 1.2.3) и идентичном выполнении обмоток.

Входной ток устройства по схеме рис. 1.75: /вх = 1\( + 1г( - /»о- На основании (1.266), (1.269), (1.272), учитывая (1.274), (1.275),

(1.277), (1.279) и принимая соз (3^» 1, « $т р^, находим:

[^022 (^11 + ^022) + ^012 (^022 + ^012)]2 201|2ю2(»'п + » 22)(» ГН + 2022)

](^022 +^0и) +^022 (^11 + ^022) ^

]21г2(Шп +1Ут )1г $е

Составляющие входного сопротивления:

в^011^022(Щ1+ Щг) (Щ1+ -^022)

ЛВХ ~ 7

[^022 (й'п + ^022) + ^012 (^022 +^0п)]

При реализации устройства из отрезков коаксиальной линии с использованием в качестве проводов 1, 3 центральных проводников при условии 2с2» 20:

Лвх*220/9 = /гн/9;

При реализации устройства из отрезков симметричной двух­ проводной линии и сильной связи между проводами (2С>> 2^\

Л вх * 4 2 п /9 = Л „/9 ; ]Х Ш* № .

Сопоставляя приведенные выше соотношения с аналогичными для повышающего ТЛ на трех отрезках длинной линии (рис. 1.46), замечаем, что основное отличие имеет место в соотношениях, свя­ зывающих сопротивление нагрузки с волновым сопротивлением линии 20. При реализации ТЛ на двух отрезках по схеме рис. 1.75 требуемое значение Кн ~ 220, тогда как при реализации ТЛ с подоб­ ными характеристиками на трех отрезках линий (рис. 1.46) требуе­ мое значение Ян« 320.

В то же время в рассматриваемом устройстве по схеме рис. 1.75 выбор сопротивления нагрузки оказывается некритичным в сторону увеличения по сравнению с Кп« 22ц. Действительно, как следует из (1.276), чем больше величина Кн, тем с большим основанием можно пренебречь вторым слагаемым в правой части выражения и считать

Если созр^ » 1, то величина напряжения на нагрузке оказывает­ ся практически такой же, как у ТЛ (1.279).

С учетом (1.288) на основании (1.286) и граничного условия: и, = 1]о + 1зо - С/Йн /7?„ , принимая при малой электрической длине отрезков соз(3€ = 1, зт0€ = 0, получаем:

Из условия 17к = &зс с учетом (1.289), (1.290) на основании (1.283), (1.285):

Из условия /2, = - 1ъ, с учетом (1.289) на основании (1.282), (1.284):

из отрезков симметричной двухпроводной линии с волновым со­ противлением 2о = 22п в случае сильной связи между проводами (2С» 2п) оказывается:

что свойственно понижающему ТЛ с коэффициентом трансформа­ ции по напряжению, равным 1/3.

Необходимое сопротивление нагрузки согласно (1.293) при

Как следует из (1.292), чем больше Ян, тем с большим основа­ нием при малой электрической длине отрезка можно пренебречь слагаемым с зт (3^ в качестве сомножителя в этом выражении. На­ пряжение на нагрузке при этом будет оставаться практически неизменным и равным по величине (1.294). Исходя из сказанного и (1.296), волновое сопротивление линии для изготовления устройст­ ва можно выбирать из условия:

Входной ток устройства: 1т= 1\е.

На основании (1.280) с учетом (1.291), (1.295), полагая соз Р€ = 1, 81П = 0, имеем

/ пу ~I]о « —2? (^022 +^11) + 3 1К (2*и+ 2022+2оп)

| ^022(^022 +Щ0+(2<т + ^012)2 7^022(^011 + -^022 + ^012) *§ Р^

Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивле­ ния, определяемые из условия

оказываются соответственно

п .. ЗЛн(2ои +^022+ ^012) .

:у _ У '32о22(^011 + ^022 + ^012) *8

^022(^022+ Щ1)+ (^022 + ^012)

При реализации устройства из отрезков коаксиальной линии и 2с2» 2 о

Лвх * 9Л„; п,{* ^ ; ]Хт «у ^ 20_ (3^.

При реализации устройства из отрезков симметричной двух­ проводной линии и 2С» 2П

Приведенные соотношения для Квх, Хах согласуются с получен­ ными при рассмотрении понижающего ТЛ по схеме рис. 1.60 и мо­ гут рассматриваться как дополнение к последним для определения реактивной составляющей входного сопротивления при реализации устройства из отрезков симметричной двухпроводной линии.

Конструктивно рассмотренное устройство реализуется, как по­ казано на рис. 1.78, с изменением мест подключения нагрузки Кн

иисточника сигнала Е.

Всимметричном повышающем ТЛ из трех отрезков линий (рис. 1.53) при малой электрической длине в силу практического

отсутствия продольных напряжений на обмотках-проводах 3, 3' (С/з » 0; II '3 « 0) их можно исключить из схемы, представив ее в виде рис. 1.80. Соответственно ТЛ в этом случае может быть реали­ зован либо на отрезках двухпроводной, либо коаксиальной линии, оставаясь полностью симметричным устройством.

Граничные условия на концах проводов при условии полной конструктивной и электрической симметрии устройства по пред­ ставленной схеме (рис. 1.80):

1\о =1ци —Е1цн!Кн= —/ ' | 0;