6)Стабільні котушки індуктивності

К отушки інд. застосовуються в кол. контурах для стабільності резонансної частоти. На стабільність f впливають ємність

Стабільність котушки розрізняють 3 складові темп коеф.:

1. геометрична – сама велика

2. високочастотна

3. власна ємність

α_Д – ТКЛР витка

α_l – ТКЛР довжини намотки

Для зменш геом. складової ТКІ:

• Туга намотка на каркасах з малим ТКЛР(кераміка)

• гаряча намотка(гарячим дротом)

• гальванічне осадження провідників на каркас

• приклеювання витків скло емаллю на керамічний каркас. α_г=5…8*10^-6

Високочастотна складова

1500 – одношарова обмотка

2000 - багатошарова

Третя складова (діел. проникненість)

7)Дроселі високої частоти

Дросель ВЧ є звичайною індуктивн з власн ємністю, що призначена для розділення шляхів постійної та змінн. складової струмів або для корекції АЧХ відео підсилювачів. В елементі фільтра застосовується для зменшення паразитних ємностей.

І ндуктивність дроселя повинна бути більша ндуктивності контура

8)Варіометри. Призначення, коеф перекриття по l та c

Призначений для регулювання індуктивності в процесі експлуатації.

Для зміни L застосовуються 3 методи:

1) зміна кількості витків

2) зміна взаємної індуктивності між двома котушками

3) зміна індуктивності за рахунок магнітного або немагнітного осердя

Основні параметри

1 ) - коеф перекриття по L

2)

коеф перекриття по f

3 ) закон зміни індикт в залежності від кута повороту ротора

М – взаємна індуктивність

9)Постійний резистор. Типи. Конструкція. Потужність

Резистор – це елемент РЕА, призначений для перерозподілу і регулювання електричної енергії між елементами схеми. Електричн енергія перетворюється в ньому в теплову та розсіюється. Розрізняють 1)Постійного опору з фіксованим значенням опору(загального застосування, точні, прецизійні, ВЧ)

2)Змінного опору із змінним значенням опору(підстроєчні, регулювальні)

3)Нелінійні – опір залежить від дії зовнішніх факторів, а саме: величини струму що проходить чи напруги(варистори), температури(терморезистори), світла (фоторезистори).

Також поділяють на проволочні та не проволочні(плівкові та об’ємні). Основне застосування мають не проволочені, у яких резистивні власт створюються за допомогою плівок чи обємних композицій, вони хар-ся меншою власною ємністю та інд, що дозволяє використовувати їх в широкому діапазоні частот. Конструкція В плівкових резистивний елемент наносять на діелектричну основу у вигл суцільної чи спіралеподібної плівки. В обємних замість основи – композиційний елемент, у проволочних резист елемент утворює спіраль із проволки.

Потужність розсіювання вказує допустиме електричне навантаження протягом деякого часу при заданій стабільності. Визначається розмірами резистора, конструкцією та свойствами резистивного елементу.

Максимальна напруга, яку можна прикласти протягом тривалого часу до резистора

Т емпературна стабільність ТКО характеризує відносну зміну опору під дією температури

ТКО може бути як

>0 так і <0(тонкоплівні резистори)

К оеф старіння характеризує стабільність резисторів у часі

Робота резисторів у діапазоні частот

Ч астотні властивості визначаються номінальним опором і розподіленими індуктивністю та ємністю. Опір резистора незалежить від частоти при τ_L=τ_C

Проволочні резистори через значну власну індуктивність у ВЧ ланках не використовуються. Обємні у зв'язку з великими втратами на ВЧ також майже не вик.

Шуми резисторів

Тепловий та струмовий шуми.

Тепловий шум – випадково змінюється ел. напруга на кінцях провідника внаслідок невпорядкованого теплового руху електронів. Тепл. шум хар-ся неперервним широким, майже рівномірним спектром, та визначає чутливість ЕА відносно малих апаратів . В полосі частот від f₁ до f₂ ЕРС теплового шуму

С трумовий

шум виникає при протіканні струму по провіднику і обумовлений дискретною структурою струмопровідного елементу. При проходженні струму відбувається місцеве нагрівання, яке супроводжується порушенням контактів між одними частками та утворенням контактів в результаті спікання між іншими. Через це флуктуюють значення опору та струму і на резисторі зявляється шумова складова напруги. струмовий шум має неперервний спектр, інтенсивність якого збільш в обл. НЧ. Рівень шуму композитних резисторів в декілька разів більший ніж у плівкових і є суттєвим недоліком при використанні в РЕА

Дротяні резистори

хар-ся підвищеною стабільністю величини опору, термо, волого стійкістю та малим рівнем шумів, витримують значні перегрузки. Але внаслідок високої індуктивності їх частотний діапазон не перевищує 1..2МГц. Використовують: 1) Для розсіювання великої потужості (до100ВТ). 2)Для досягнення високої точності. 3)Для досягнення термокомпенсації (ніхром, константант, манганіт)

Недоліки: 1)Мають малу робочу f

2)Велике значення термо ЕДС і шумів при спаї мідних провідників з матеріалами високого опору.

діаметр провідників

Резистори змінного опору

Призначені для зміни напруги або струму в електричному колі. Конструктивно виконується для оперативного керування – органи керування виносяться на передню панель ел. апарату. Якщо резистор призначені для підгонки ел параметрів, то вони виконуються на друков. платі. Також поділяються на одинарні та здвоєні, одно та багато поворотні, з виключателем та без.

П ідстроєчні – для разової чи періодичної підстройки апаратури. Регулювальні – для багатократного регулювання в процесі експлуатації.

Резистори групи А мають лінійну залежність від кута повороту R_A(φ)=r₀+φK, де r₀ – початковий опір

К – сталий коефіцієнт

Резистори групи Б з логарифмічною залежністю хар-ся постійним приростом опору на одиницю зміщення рухомого контакту

R_Б(φ)=r₀e^kφ, де k – постійна приросту опору. Резистори групи В з обернено логарифмічною залежністю хар-ся плавною зміною величини опору спочатку регулювання

R_B(φ)=R_max(1- e^kφ), R_max – макс опір резистора. А та Б застосовуються у вимірювальній апаратурі

Характеристики:

• Початковий опір при зсуві рух контакту з нульового положення

• Точність установки визначається роздільною здатністю резистора

• Шуми обертання – шуми, що виникають в процесі пересування рухомого контакту

• Момент обертання визначає зусилля, що необхідно прикласти до осі обертання для регулювання

Дротяні резистори змінного опору відзначаються підвищеною термостійкістю, навантажувальною властивістю, високою ізносостійкістю, стабільністю, низькими шумами та малим ТКО, але вони мають обмежений діапазон номінальних опорів, високу власну ємність та інд, високу вартість.

Нелінійні резистори

Це елементи із завчасно передбаченою та ціле направленою зміною опорів при наявності тих чи інших впливів.

В аристори – елементи, опір яких суттєво змінюється в залежності від зміни прикладеної напруги. Основне призначення – стабілізація та обмеження напруги. Вигото-

в ляють шляхом спікання суміші з кристалів карбіду кремнію та сполучних речовин. Струм що протікає через варистор змінюється при зміні напруги за нелінійним законом. Нелінійність визвана тим, що при збільшенні напруги відбувається перекриття дрібних зазорів між кристалами карбіду, опір зменшується, струм збільшується. Опір варистора значно залежить від частоти струму,

- коеф варістності

Терморезистори – це термочутливі резистори, опір яких значно змінюється при зміні t^o. Ділять на групи: - для виміру та регулювання t^o

• для термокомпенсації елементів схеми в широкому інтервалі t^o

• для систем теплоконтроля

• для виміру потужності СВЧ коливань від мкВТ до мВт

• для стабілізації напруги в ланках постійної та змінної напруги

Всі теромрезистори – прямого підігріву, їх робоче тіло нагрівається струмом що протікає. Для температурної стабілізації та в якості первинних датчиків t^o. Важливим параметром є постійна часу терморезистора

Фоторезистори – це дискретні світлочутливі резистори, принцип дії яких ґрунтується на зміні провідності напівпровідникового матеріалу під дією випромінювання оптичного діапазону. Світлочутливий елемент виготовляється у вигляді прямокутної чи круглої таблетки, що зпресована з напівпровідникового матеріалу або тонкої плівки на скляній підложці. Хар-ки: постійна часу по наростанню струму, постійна часу по спаданню струму, інтегральна чутливість, питома чутливість

Основні пар-ри конденсат.

Питома ємність – відношення ємності до об’єму чи маси С.

Номінальна ємність – ємність, яку повинен мати С у відповідності до нормативної документації. Допуск – хар-є точність задання ємності. Номінальна робоча напруга – макс U, при якій C може працювати в заданих умовах протягом заданого часу

Випробувальна напруга – макс напруга, при якій С може знаходитися без пробою невеликий проміжок часу

Напруга пробою – мін U, при якій відбувається електричний пробій С при швидкому випробуванні

Опір ізоляції – опір конденсатора постійному струму

Постійна часу – добуток опору ізоляції та ємності

Реактивна потужність хар-є «навантажувальну» здатність С при змінному струмі P_pe=I_cU – накопичується в С, що призводить до електричного пробою

Тангенс кута втрат – хар-є втрати енергії в конденсаторі при змінному струмі. Втрати відбуваються на обкладках та діелектрику P_a=I_RU – акт потужність виділяється у вигл тепла

На ВЧ робочу напругу визначають через P_pe=U²ωC

Стабільність параметрів С. Електричні властивості та термін служби залежать від умов експлуатації, впливу тепла, вологи, вібрації, ударів, і часу.

Температурний коеф ємності хар-є оборотні зміни ємності С при зміні t^o. ТКЄ – відносна зміна ємності при зміні t^o на 1 градус

Самий великий вплив на стабільність конденсаторів має діелектричний коеф лін розширення α_Σ

Конструкції, застосування С

Конденсатори з повітряним діелектриком мають великі розміри та віртість. Застосовуються лише в кол контурах потужних генераторів і в якості зразкових еталонів ємності. С з неорганічними діелектр. мають високу стабільність та малу питому С.

З органічним діел. мають достатньо високу питому ємність, але понижену стабільність. В слюдяних С в якості діелектрика використовують нормалізовані пластини з конденсатор ної слюди товщиною 0.2..0.6мм. Обкладки виконуються з фольги або наносяться способом металізації.

Керамічні С представляють собою керамічні пластинки, диски або трубки з нанесеними на них металічними електродами. Для захисту від зовн впливів їх зафарбовують чи герметизують.

Оксидні електролітичні та оксидно-напівпровідникові С в якості діелектрика містять оксидний шар на металі. Оксидований метал являється першою обкладко(анодом) таких С. Другою обкладкою(катодом) – електроліт або шар напівпровідника, що нанесений безпосередньо на оксидний шар. Аноди виготовляються з Al, Ta чи ніобової фольги. Оксидні конденсатори відзначаються великою питомою ємністю, використовуються в схемах постійного та імп струму: фільтрах випрямлячів, як блокувальні та перехідні на НЧ. Мають значні струми утечки та великі втрати.

Я вище абсорбції. При короткочасному КЗ зарядженого С напруга на ньому падає до 0, але після розмикання відновлюється до деякого значення. Це явище наз абсорбцією. Як наслідок у високовольтних ланках виникають небезпечні напруги для людини при проведенні ремонтних робіт, а в низьковольтних – обманні спрацювання імпульсних схем. Проявляється зазвичай в С з багатошаровим неоднорідним діелектриком(з велик диполями)

Абсорбція пояснюється тим, що ємність С може розглядатися що складається з 2-х частин: основної С^/ та доповнючої С^//, зв’язаної з наявністю зарядів на неоднорідностях та поверхнях розділу. Опір R^/ імітує постійну часу заряду ємності. При коротко часовому КЗ С повністю розрядитися встигає лише С^/. Після розімкнення відбувається перерозподіл зарядів, що збереглися на С^//. Мерехтіння ємності характерне для конденсаторів обкладки яких напиляють. Для уникнення флуктуації ємності, потрібно обирати фольгові обкладки.

Робота конденс у ВЧ ланках

О крім ємності С конденсатор має також активний опір втрат R і власну індуктивність L, що складається з інд самого конденсатора, зовнішніх та внутрішніх з’єднувальних дротів. П рисутність індуктивності призводить до залежності повного опору конд. Z_C від частоти, і вкликає появу резонансних явищ в конденсаторі. При резонансній частоті опір такої ланки мінімальний та рівний активному опору втрат. На інших частотах повний опір С має реактивний характер, на НЧ – ємнісний, на ВЧ – індуктивний. Коректне використання конденсатора можливе лише на частотах нижчих резонансної, на яких він має ємнісний опір. Ближче до резонансної різко зростає залежність повного опору від частоти. Це обмежує використання конденсаторів великої ємності на ВЧ.

Для пониження індуктивності слід зменшити розміри конд секції, виводи виконувати з ленти із мін довжиною.

Параметри конд змінної С

Коеф перекриття по частоті

Функціональна залежність радіуса ротора від кута повороту конденсатора

Температурний коеф ТКЄ

Коливальні контури

Паралельний коливальний контур

Оскільки добротність конд. значно більша ніж котушки, добротність контура визначає котушка

П аралельн. контур застосовується в підсилювачах тим, що в момент резонансу опір великий

Стабільність резонансної частоти

Послідовний коливальний контур

З астосовується в більшості випадків як елемент, який подавляє коливання непотрібних частот

Кварцевий резонатор

Призначений для побудови генератора високої частоти з високою стабільністю або для побудови фільтрів з високою крутістю характеристик. Можуть бути коливання: 1)повздовжні 2)поперечні

3 )поверхневі 4)коливання зсуву

Е квівалентна схема кварцового резонатора.

частота паралельн резонанса вища частоти посл резонанса

В схемах генераторів кварц використовують як індуктивність

Трансформатори

Трансформатором наз елемент ЕА, призначений для отримання різних за амплітудою, потужністю і фазою змінних напруг, а також для створення гальванічної розвязки в ел схемі. Передача електроенергії відбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій силі струму. Тому зазвичай лінії електропередач високовольтні. Водночас побутові й промислові машини вимагають високої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну.Поділяються на трансф живлення(силові), сигнальні, імпульсні. Основними елементами трансформатора є магнітопровід і розміщені на ньому обмотки

По типу осердя розрізняють трансф з пластинчатим, ленточним та пресованим осердями. Трансформатор складається з обмоток на спільному осерді. Одна з обомоток під'єднана до джерела змінного струму. Ця обмотка називається первинною. Інша обмотка, вторинна, служить джерелом струму для навантаження. Створений струмом у первинній обмотці змінний магнітний потік викликає появу е.р.с. у вторинній обмотці, оскільки обидві обмотки мають спільне осердя. Співвідношеня е.р.с. у вторинній обмотці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обмотках.

Сигнальні трансформатори застосовують для узгодження опору навантаження з потрібним опором анодного, колекторного або стокового навантаження, з внутрішнім опором дж напруги, вхідним опором апаратури за рахунок коефіцієнту трансформації. Поділяють на імпульсні, неперервних сигналів, широкополосні, звукової частоти та ін.Частотні властивості хар-ють частотною хар-ою, яка являє собою залежність відносного коеф передачі від частоти.

П рацюють в заданому діапазоні частот. Узгоджувальні сигн трансф застосовуються найчастіше у вих. каскадах підсилювачів звук частоти для узгодження Rn з Rвих. Для аналізу частотних властивостей використовують екв схему. Реактивний опір індукт розсіювання на НЧ значно менший ніж R_i. Реакт опір власної ємності Х_С на НЧ значно більший ніж опір навантаження. В сигн. трансформаторах, які працюють при невеликих індукціях втрати в магнітопроводі на НЧ незначні, тому опір втрат в екв схемі r_c>>R_ен. отже в області НЧ частотні спотворення визначаються індуктивністю первинної обмотки L1

В області ВЧ індуктивністю

первинної обмотки та опором втрат в осерді нехтують(в обл. ВЧ реакт опір індуктивності великий, а втрати в магнітопроводі малі, що відповідає великому R_cm. При зростанні частоти генератора напруга на опорі навант.

з меншується, томущо зростає реактивний опір індуктивн. розсіювання, що призводить до зменшення струму в цьому колі. В області СЧ напруга на Rn не залежить від частоти, ККД визнач опорами обмотки. В області ВЧ частотні спотворення визначаються індуктивністю розсіювання трансформатора.

Розрахунок розмірів магнітопровода сигн. трансформатора

В сигн. транс. крім узгодження потрібно передавати потужність. Тому розміри можуть бути визначені як і в котушках. При цьому методі визначають L₁

Розрахунок розмірів по індуктивн. первинної обмотки

Постійна часу магн провода: A: τ₁=L₁/r₁; τ₂=L₂/r₂; τ_M≥ τ₁+ τ₂

п ост часу магн провода - пост часу обмотки, яка розміщується у вікні магн провода до повного заповнення вікна дротом. Вона визн розмірами магн провода і фіз. власт дроту обмоток.

По заданому коеф частотних спотворень визначається L₁, по заданому ККД визначаєм опір обмотки, додаються пост часу обмоток.

Імпульсні трансформатори

Призначений для перетворення струму та напруги імпульсних сигналів з мінімальним спотворенням вихідної форми імпульсу на виході. Дозволяють змінювати рівень та полярність формуючого імпульса напруги чи струму, узгоджувати опір генератора імпульсів з Rn. Також може бути використаний як преобразовательний елемент.

Основна вимога – мінімальне спотворення форми сигналу, що відбувається через вплив потоків розсіювання, ємнісних зв’язків між обмотками та витками, вихревик струмів. Припустимо, на вхід ідеального трансформатора(без втрат і ємностей) поступають прямокутні імпульси напруги тривалістю l періодом T. Постійна часу первинної обмотки рівна T1=L1/r1. В первинній обмотці зявиться і почне зростати струм, (2-й рис). Він визве точно таку ж зміну магнітного потоку, що в свою чергу визве ЕРС у вторинній обмотці, яка в режимі ХХ рівна U2. Негативна частина імпульсу «зрізується» включенням діода у вторинну обмотку трансформатора. При цьому постійна часу первинної обмотки має бути більша тривалості імпульсу. Трансформація фронту імпульсу з малим спотворенням досягається при малих значеннях інд розсіювання та розподіленої ємності трансформатора, які зменшуються із зменшенням числа витків обмоток і перерізу магнітопроводу.

Магнітні матеріали в трансформаторах

Використовують 3 види матеріалів: електротехнічні сталі, залізо-нікелеві сплави, ферити. Застосування цих матеріалів залежить від магн. властивостей матеріалу і діапазону частот в яких працюють трансф.

Bs=1.8..1.9Тл – індукція насиченя. Оскільки макс значення індукції близько 1.7..1.8Тл, то ці матеріали використовують для трансформ живлення, які працюють на промисловій частоті. Залізо-нікелеві сплави мають дуже круту залежність індукції від Н μ=∆В/∆Н. Застосовують у малопотужних трансф коли вимагається велика індукт обмотки.

Ф ерити застосовують для трансф, які працюють на високих частотах. Ці матеріали застосовують для виготовлення магнітопроводів різних видів.

Конструкції магнітопроводів в трансформаторах

Діляться на 3 види: 1)броньові 2)стержневі 3)кільцеві(торохдальні)

Для апаратури застосовують кабелі магнітопроводів. Для всіх цих конструкцій використовують листи елект.-стат сталей з яких штампуються пластини або стрічки, з яких формуються магнітопроводи. Кожна обмотка хар-ся середньою обмоткою витка. Обмотки стержневого типу містить в собі осердя, а осердя броньового типу містить в собі обмотки. В стержньовому типі обмотки добре видно, але вони ховають за собою стержні магнітної системи осердя. В конструкції броньового типу осердя містить в собі основну частину обмоток. Вісь обмоток стержньового типу має вертикальне положення, броньового – як вертикальне так і горизонтальне. Кільцеві магн проводи мають мін масу і малу інд розсіюваня.

К абелі магн проводів транс призначені для малогабаритної апаратури розміри кабелів узгодж з інш елементами.

Матеріали трансформатора

Ізоляційні матеріали призначені для створення котушок трансф. для між шарової, зовн ізоляції обмоток, для захисту від вологи, ізоляції провідників. Трансф за рахунок ККД нагрівається і температура обмоток трансф може бути різна. Ізоляція вибирається з усього класу, так щоб темп ізоляції була вища ніж робоча t^o.

Провідникові матеріали. Це мідні дроти. Має низький питомий опір, але високий коеф питомого опору. Аl дроти застосовують рідко.

Розрахунок трансформ. живлення. Основні рівняння трансформатора

Як правило в ел. схемах відомі напруги і струми вторинних обмоток. По акт. потужності розраховується трансформатор живлення. Визначаються розміри магн провода, кількість витків, діаметр дроту, t^o перегріву, розміри обмоток, які розм. у вікні. Якщо ширина обмоток менша ніж ширина вікна, то переходять на магн провід меншого розміру. Струм ХХ є конструюючим параметром всіх видів трансф. Струм навантаження викликає магнітний потік. При зменшенні магн потоку в первинній обмотці зменшується е1(ЕРС) в результаті збільшується струм I1

E_д1=4.44B_maxS_cтN₁f – рівняння трансф ЕРС для гармонічних напруг.

E_д2=4.44B_maxS_cтN₂f . Рівняння транс ЕРС встановлює зв'язок між напругою і частотою в мережі з конструктивним розмірами магнітопровода S_ст, а також мгн власт магн провода(макс знач індукції). Внутрішнє падіння U у перв і втор обмотках враховують на ВЧ > 1kHz

Розрахунок розмірів магнітопровода в трансформаторах живлення

В результаті розрахунку магн проводу потрібно вибрати магн провід по таблицям. Параметр по яким обирають магн провід S_вікнх S_м. Потужність вторинн обмотки – потуж яка живить апарат. В первинній обмотці є зсув фази між I та U. У перв обмотці є уявна та активна обмотка

P_a1=I₁U_mcosφ=P_y1cosφ; P_y1=IU_H

коеф потужності. Р_тип- типова потужн

Р_тип=1/2(Р_1у+Р₂)=1/2(Р_а1/cosφ+Р₂)

Р_1у=Р_а1/cosφ; Р₂=ηР_а1; η – ККД.

Р_а1=Р₂/η. Тип Р визначається потужн вторинних обмоток, коеф потужності, ККД. В ЕА не проектують трансф під отриманий макс ККД, томущо чим більший ККД тим більші розміри трансф. Вікно розбивається навпіл, в першій частині розміщується первинна або вторинна обмотка. Р₂=U₂I₂; U₂=E₂=4.44B_MfS_cm1N₂

I₂=jS_прII; S_прII=S_мII/N₂=S_вKЗМ/2N₂

Д ля зменшення розмірів магн провода потрібно мати макс В_м, як можна більшу густину струму. Частоту довільно обирати не можна

Вибір індукції і густини струму в транс живлення

Д ля того шоб зменшити розміри транс і магн провода потрібно мати макс індукцію I₁, але макс значення обмежується власт магн матеріалу, а саме петлею гістерезису. E₁=4.44B_MfS_cmN₁

Якщо Е₁ змінюється за гарм

з аконом, то індук також змін по гарм закону. В сигн та трансф живлення магн проникність значно менша ніж магн проникність матеріалу томущо визначається кутом нахилу великої осі еліпса до Н. Макс значення індук. призначається для кожної сталі окремо. Чим більша потужн трансф тим менша індуктивність.

Р озрахунок кількості витків обмоток. Кількість витків визначається з рівнянь ЕРС

U_m=∆U₁+E₁; E₁=U_m-∆U₁=4.44B_MfS_cmN₁

N₁=(U_m-∆U₁)/ (4.44B_MfS_cm)

Р озрахунок кількості витків вторин обмотки: E₁=U_Н+∆U₂

N₂=( U_Н+∆U₂)/ (4.44B_MfS_cm)

В изначення діаметру обмоток

I₂=j₂S_пр= j₂πd²₂/4;

Якщо обмотка зовн(вторинна)

т о вона охолоджується краще ніж внутрішня.

Розрахунок розміщення обмоток у вікні магнітопровода. Ця процедура робиться для всіх трансформаторів крім імпульсних, які працюють на НЧ

N _ш1=(h_В-2∆З-2∆k)/αd_із

M_ш1=N₁/ N_ш1

M_ш1 – кільк шарів. k – коеф вип. обмоток.

k_вип обирається в межах 1.4 для тонких, 1.15 для товстих

Якщо ширина обмоток більша ніж ширина екрану, то потрібно збільшувати розміри магнітопроводу.

Розрахунок теплового режиму трансформатора(температура перегріву трансформатора)

П роводиться після розрахунку обмоток. Потрібен для власних ізоляційних матеріалів. Трансф гріється через те, що ККД≠100%, і виділяються втрати(р_м-міді, р_ст– сталі)

l_сер- середня довжина намотки першої обмотки.

Втрати в сталі: E₁=4.44B_Mff_cmN₁. Втрати сталі визначають по питомим втратам в електор сталях на 1 кг магнпровода В ел. техн. сталях втрати на вихр струм і гістерз не поділяються а визначаються в сумі. Р_ст=Е₁²/R_ст. Температура перегріву трансф наз різниця між макс темп трансф і темп середовища охолодження здійснюється з видами передачі(конвекція, випромін, теплопередача). τ – постіна часу перегріву трансф. Магн провід і котушки нагріваються неоднаково.

Корекція кількості витків трансф.

С початку задаємося внутрішнім падінням напруги на обмотках.

Розрахунок струму ХХ(параметр для контролю трансф)

К ожен трансф перевіряється на струм ХХ. По ньому можна виявити неправильну кількість витків, відсутність повного заповнення магн провода сталлю, неякісну сталь. I_ax=E/R_cm; P_cm=I_axx²R_cm; Саме просте визначення струму ХХ по кривим

намагнічування

Н а ХХ індукція в магн проводі більша, ніж в робочому режимі. 1)Визначають індукцію ХХ

Трансформатори сигнальні, імпульсні на максимальний перегрів не розраховані.

Розрахунок кількості витків в сигн. трансф Використовують формулу Ногаока

КНС сигн трансформатора

Розрахунок КНС в трансф без немагнітного зазору Виникають на самій нижній частоті. Е₁=4.44B_MfS_cmN₁

B _M=E_1max/(4.44fS_cmN₁). Використаємо еквівалентну схему.

, - струм другої гармоніки при умові що R_ен=0. Цей струм наз струм КЗ 2-ї гармоніки. Інд первинної обмотки L₁ розраховують по заданному коеф. част. спотворень.

відношення позн як а₂ – коеф струму намагн 2-ї гармоніки

. Ці коф-и можна зняти експ для кожного матеріалу. з формули видно, що чим більше L₁ тим менше КНС. Для зменшення КНС потрібно зменшувати індукцію в магнпроводі, що веде до збільшення розмірів трансф, створенню в магнітопроводі немагн зазору. Для утворення такого зазору магнпровід складається в стик.

Р озрахунок КНС при наявності немагн зазору.

R_M0=R_MCT+R_M3; L₁=N₁²/( R_MCT+R_M3);

R_MCT=l_CT/(μμ₀S_CT)

П ри невеликому зазорі можна знехтувати випучуванням магн потоку.

І нд перв обмотки являє собою зєднання лін інд L₃ та нелінійної L_CT. Значення зазору залежить від індукції і пост. підмагнічування. значення індукції впливає на значення магн проникності тому доцільно в магнітопроводі встановити оптимальний зазор, де індукт перв обмотки буде макс.

Р озрахунок кількості витків трансформатора ведеться по 2-м умовам: 1)забезпечення індуктивності первинної обмотки

2 )

R_акс=r₁+r₂^/+R_H

I ₁=U₁/( r₁+r₂^/+R_H) Якщо кількість витків вибрана з 1-ї умови, то розраховують індукцію і визначають КНС, і визначають магн проникність при цій індукції, підставляють значення L в формулу Ногаока і перевіряють КНС.

Розрахунок діаметру дроту

Я кщо обираємо ККД маленьким, то буде малий діаметр дроту. Якщо є можливість, то замінюємо діаметр дроту до повного заповнення вікна.

Р озрахунок індукт розсіювання трансформатора по конструкт даним обмотки проводиться для того, щоб пересвідчитись у фактичному значенні індуктивності розсіювання.

Я кщо інд. розсіювання L_STP більша L_S то потрібно зменшити інд. розсіювання методом, зменшення інд. є макс наближення кількість витків втор обмотки до перв обмотки. Обмотки розбивають на секції

Всі секції ділять на непарну кількість. Для збільшення інд. розсіювання в магнітопровід вкладають ізоляційні Т-подібні пластини.

П ередача імпульсів через ідеальний імпульсний трансформатор

E₂=nE₁, n<1

I₂=E₂/R_H

I₁=I_M+nI₂ В реальних трансф. картина передачі прямок імпульсів спотворюється через ефекти Гістерезиса та вихрових струмів

Ефект гістерезису призводить до зменшення імпульсної магн проникності

Явище вихрових струмів в імпульсних трансформаторах

Вихровий струм призводить до появи поверхневого магніто-ефекту і до ще меншого значення магнітної проникності

При великій в , Н_в.с настільки велике, що сумарне поле=0, це наз поверхнев мгніто-ефектом.

У первинній обмотці всі струми додаються. В цій схемі не виконуєтся

умова для написання формули Ногаока

;

У явна μ_1у залежить від τ_вихр

Динамічна ємність імпульсн трансф

Ц е сумарна ємність всіх обмоток трансформатора, яка приведена до первинної обмотки і вмикається паралельно R_H. Вона залежить від коеф трансформації, розподілу потенціалів в обмотках і, статичної ємності між обмотками, між шарами обмоток, між обмотками і магніто проводом. Енергія яка накопичується в цих обмотках: E₁(x)=E₁x/h_H; E₂(x)=nE₁x/h_H; ∆E(x)=E₁x(1-n)h_H; C_д=C_CT(1-n)²/3

В імпульсн транс(і в сигн) які працюють на ВЧ потрібно вмикати кінці обмоток так, щоб ємність була мін. Розрахунок ускладнюється коли в обмотках різна кількість шарів. Вводиться коеф приведення стат. ємності до динам.

α=С_Д/С_СТ. С_Дтр.=α_привС_СТ+α_2привС_СТ2

Формування плоскої вершини імпульса. Сколювання імпульсів

Для аналізу сколювання імпульсів застосовують схему транс в обл. НЧ

S _вих(jω)=k(jω)S_вх(jω); U_вх=IR_ен+L_1ydI/dt

I(t)=I(t)_ycm+I(t)_{перехідне}=

U_вх(1-e^(-R_енt/L_1y))/R_ен)

I(t)_пер=A₁e^(r₁t)

r =-R_ен/L_1y

τ=L_1y/R_ен ; K=∆U_L/U_вх – коеф. сколювання х100%. U_L= (U_вхe^(-t/τ))/L_1y

Чим більше інд L_1y, тим менше сколювання

В імпульсн трансф кількість витків значно менша томущо імпульсні трансф працюють з імпульсами малої тривалості.

Формування фронту імпульсу в імпульсних трансформаторах

Для аналізу формування фронту використовують схему для ВЧ.

Фронт імпульса (зріз імпульсу) формується паразитними параметрами імпульсн. трансф.

- режим повного узгодження. R_i=R^/_H≠ρ – режим частотного узгодження. Напруга на виході визн диф рівнянням 2-го порядку

К орені можуть бути дійсними, уявними і комплексно спряженими. Розвязок диф. рівняння показує, що потрібно разом з мін фронтом забезпечити мін значення з перевищенням напруги.

Якщо ρ²/R_H^/2<1, то фронт імпульсу визначається динамічною ємністю.

Імпульсні трансформатори імпульсних блоків живлення

Ц і транс. працюють на ВЧ 60..200кГц, матеріал ферит. i_L=Et/L

μ_З=τ/Т – коеф заповнення

- енергія у вторинній обмотці.

W_L2=p₂T; T=1/f;

Розрахунок коеф трансформації

Коефіцієнт трансформації вибирається з умови, що середнє значення напруги на вторин. обмотці дорівнює напрузі живлення.

;

Дроселі низької частоти

З астосовуються для фільтрації гармонічних імпульсних напруг і накопичення енергії в імпульсних блоках живлення. По дроселю протікає постійна і змінна складова струму. I₀+∆Isin(ωt). Струм I₀ створює постійне підмагнічування в магніто проводі.

Е квівалентна магнітна проникність осердя при зазорі

,

μ _екв – це магнітна проникність екв. осердя яке не має зазору. Значення зазору знімається для кожного виду магн. матеріалу в залежності від постійного підмагнічування.

S_CTl_CT=V_CT - ампер витки постійного підмагнічування

Лінії затримки

Це елементи ЕА, що призначені для номінальної часової затримки вихідних сигналів на час τ

Класифікація ліній затримки

Це лінії НС, ПС, МКС діапазону. Електромагнітні і ультразвукові лінії. Ел.магнітні діляться на кабельні ЛЗ, ЛЗ еа НЧ, на операційних підс.(ЛЗ мілісекунд), поверхнево-акустичні хвилію Цифрові та аналого-цифрові ЛЗ. Основні параметри ЛЗ:

1) час затримки τ. 2) Стабільність лінії 3) частотна хар лінії

4) Хвилевий опір однорідної лінії W=(L/C)^1/2 . Для збільшення часу затримки і хвилевого опору використовують спіральні ЛЗ з феритовим стержнем. Найбільш простий спосіб затримки ел. сигналу – використання в якості ЛЗ лінії передачі відповідної довжини, так як швидкість розповсюдження сигналу в лініях скінченна і відносно стабільно, то сигнал при проходженні через лінію затримується на час пропорційний довжині лінії. В якості лінії можуть бути використані радіочастотні кабелі полоскові та мікрополоскові лінії, а також хвилеводи(феритні), лінія повинна мати добре узгоджене навантаження на виході щоб запобігти сотворенню сигналу. Кабельні ЛЗ прості за конструкцією надійні, мають малу дисперсію, широкополосні(від 0 до сотень МГц), основним недоліком є мала затримка(долі мкс)

Ідеальна лінія затримки

В ідеальній лінії передачі коеф передачі=1. Лінії затримки в яких час затримки залежить від частоти наз. дисперсійними ЛЗ. Фільтр НЧ складається з Т подібної ланки

Г , Т, П подібні ланки фільтрів НЧ вмикаються послідовно, і якщо вони вмикаються на опір (характеристичний), то ці елементи утворюють лінію, яка узгоджена всередині, а не узгоджена на кінцях лінії. R_H=∞=(L/C)^1/2; Фільтри НЧ: типу К і М

Характеристичний опір Г і Т подібної ланки визначається рівнянням

П одвоєна 2ω позначається як частота зрізу. Якщо ланка навантажена на хар. опір, то вх.. опір= характеристичному і це дозволяє вмикати всі ланки послідовно.

Т аким чином час затримки на 0 частоті визначається (LC)^1/2. Час

затримки є нелінійною

ф -єю. З цієї формули випливає що Г і Т подібні ланки не мають постійного значення групового часу затримки. Крива залежності показує, що фільтр типу Т можна використати тільки у вузькій смузі частот. Тому в лініях потрібно узгодити смугу частот з парам. індуктивності і ємності.

Вибір елементів L і С ліній затримки 1)Потрібно вибрати смугу частот лінії:

2) Визначити частоту зрізу:

f_ЗР=4∆f=g∆f По частоті зрізу потрібно обирати значення L і С елемента.

3)Визначити час затримки на нульовій частоті

Ч им більший фронт імпульсу, тим повинні бути менші L і С.

4) 5)Визначити L

Ч им більша частота зрізу, тим менша L. Для зменшення кількості елементів лінії ≈30% використовують лінії типу М.

К_ЗВ=0.23,

для М=1.27

Максимально лінійною буде до:

Для оптимальних фільтрів, які працюють з різними затримками регулюють дискретно або плавно.

Стабільність лінії

Лінії затримки на обємних акустичних хвилях Для створення затримки на обємних акуст. хвилях використовують розповсюдження звуку в звукопроводах. Електричний сигнали потрібно перетворити в звуковий(п’єзоефект, магнітострикція). Звук розповсюджується по звукопроводу, далі перетворюється в сигнал(п’єзоефект прямий)

Звукопровід вибирається з різних матеріалів(метали, кристали). При перетворенні ел. сигналу в звук виникають паразитні коливання, розглядають поперечні акуст. хвилі; повздовжні, хвилі кручення, поверхневі, хвилі Юнга. По типу звукопровода ЛЗ поділяються на хвилеводні(лен точні та дротяні) і більш прості у виготовленні, ЛЗ з багатократними відбиттями. Для затримки НВЧ сигналів на вході і виході встановлюють перетворювачі частоти, для того щоб транспортувати спектр вхідного сигналу в більш низькочастотну область а потім відновити сигнал. Такі ЛЗ мають затримку від долей мс до десятків мс, і використовуються для затримки сигналу кольору в ТВ, в якості калібраторів відстані(висоти), РЛС, та ін.

Структурна схема ЛЗ на об’ємних акуст. хвилях

Застосовуються коли необхідно отримати затримку від десятків мкс до одиниць мс. В таких ЛЗ послідовно відбувається перетворення ел. коливань в акустичні, створення затримки Тз = L / Vср (L – шлях хвилі в середовищі та Vср – швидк. розповсюдження в робочому середов.)

Перетворювачі з пластин п’єзокераміки та кварцу використовують прямий та зворотній п’єзоелектричні ефекти і позначаються на схемах як:

1) Недоліком цієї ЛЗ є мала смуга частот; 2) Великий коеф затухання в лінії. K_ДБ=2B_ПЕР+В_ПОГЛ+В_РОЗХ

Магнітострикційна лінія затримки

Такі ЛЗ використовують пряме та зворотне явище магнітострикції у феромагнетиках. Для цього типу ЛЗ характерні великі втрати на перетворення та вузька смуга частот. Переваги – можливість плавно змінювати час затримки, простота конструкції, малий температурний вплив, мала вартість.

Лінії затримки(фільтри) на поверхнево-акустичних хвилях

Використовують пєзоматеріали для звукопроводів.

Аподизація штирів вводиться для того, щоб зменшити амплітуду паразитних листків. Апертура міняється від ф-ї аподизації.

1) Аподизація по ф-ї Хебінга (косинус на п’єдесталі). 2)функція Хемінга;3)Бесселя 4)Юнга 5)Кайзера

Температурна компенсація кол. контура . Температурна стабільність, резонансної частоти коливального контуру визначається температурним коеф. частоти ТКЧ , де ∆f=f_Tроб-f₂₇^o – зміна резонансної частоти при зміні темпер. контуру.

∆t^o=T_роб-27^оС. Якщо в контурі є тільки одна ємність та індуктивність, а опором втрат знехтувати, то резонансна частота визначається формулою Томсона

ТКЧ контуру визначається напівсухою ТКІ та ТКЄ, взятих з відємним знаком. α_f=-0.5(α_L+ α_C). Якщо в контурі є кілька ємностей та індукт. то вираз для ТКЧ ускладнюється, через те, що при паралельному чи посл. сполучені коеф-нти залежать ще й від співвідношення між ємністю С та повною ємністю контуру. При парал. з’єднані C: С=С₁+С₂+..+С_N

Вираз наз. коеф впливу ємності С₁ на сумарну ємність С. Таким чином можна записати:

α_C=K₁α₁+ K₂α₂+.. K_Nα_N

α_f=K_Lα_L+ K_Cα_C. З виразу α_f=-0.5(α_L+ α_C) випливає, що для зменшення ТКЧ треба зменшувати ТКІ та ТКЄ, або ввести в контур ємність, у якої ТКЄ по модулю рівний ТКІ, але має протилежний знак. Індуктивність під дією t^o змінюється за рахунок зміни геометричних розмірів котушки, перерозподілу густини струму по перерізу дроту, зміни власної ємності. Якщо котушка має осердя, то під впливом t^o змінюється магн. проникність осердя. Суттєвого зменшення температурної залежності частоти контуру може бути досягнено застосуванням термостатування. Іншим способом є термокомпенсація. Умову термокомпенсації отримаємо з α_f=0 => α_L=-α_C. Цей спосіб застосовують, якщо конструкція ЕА забезпечує ідентичність темп. котушки та ємності. У якості термокомпенсуючих елементів використовуються керамічні конденсатори з відємним ТКЄ. Застосовують паралельне, послідовне або комбіноване зєднання.

Високочастотні котушки

В залежності від призначення розрізняють: контурні котушки(що утворюють разом з С кол контур); котушки зв'язку(передають ВЧ коливання з одної ланки в іншу); ВЧ дроселі(не пропускають струми ВЧ).

По конструктивним ознакам поділяють на циліндричні, спіральні, тороїдальні, однослойні, багатослойні, з осердям та без, екрановані, з постійним значенням індуктивності чи із змінним.

Основні параметри 1)Індуктивність хар-є кількість енергії магнітного поля, що запасає котушка при протіканні через неї струму. Вона залежить від її форми, розмірів та числа витків, а також від властивостей осердя або екрану. 2)Добротність – відношення реактивного опору до активного опору втрат Q_L=(2πfL)/r, де r – екв. опір втрат в котушці на частоті f tgδ=r/(2πfL)=1/Q

3 )Власна ємність являється паразитним параметром, вона збільшує втрати, зменшує стабільність, коеф. перестроювання по частоті. 4)ТКІ – хар-є відносну зміну індуктивності при зміні температури на 1^оС.

Індуктивність катушки з осердям

Отримати оптимальне значення іннд. та добротності, забезпечити точне встановлення індуктивності дозволяє застосування осердь. Індуктивність катушки з осердям L_OS=μ_CL. Для феромагнетиків(ферити, карбонільне залізо) μ_C>1, для діамагнетиків(латунь, мідь, алюм) μ_C<1. Таким чином використання феромагнетиків збільшує індктивність котушки, а використання діамагнетиків понижають її.

Індуктивність тороїдальної котушки(з кільцевим осердям) визначають за формулою

, де D_T – діаметр осьової лінії тора, см D_B – середній діаметр витка; μ – магн проникність матеріалу тора.

Оптимізація добротності котушок індуктивності. На заданій частоті добротність котушки визначають за формулою Q_L=(2πfL)/r, де r – активний опір втрат, який має декілька складових

r₀-опір обмотки постійному струму;

r_f – ВЧ втрати; r_k – втрати в матеріалі каркасу; r_ем – ємнісні втрати; r_екр – втрати в матеріалі екрану; r_С – втрати в осерді. Опір високочастотних втрат в обмотці складається з втрат обумовленими поверхневим скін-ефектом та ефекту зближення

. Ці дві складові мають виражену залежність від діаметру дроту намотки. Ця властивість використовується для отримання максимальної добротності шляхом вибору оптимального діаметру дроту намотки.

Діелектричні втрати, що виникають в полі власної ємності котушки через діелектрик, мають ту саму природу, що і в конденсаторах і описуються тангенсом діелектричних втрат на робочій частоті.

В екторна діаграма екранованої катушки індуктивності

Струм екранів протікає на глибині