Широкополосные трансформаторы

Широкополосные трансформаторы с коэффициентом перекрытия по диапазону рабочих частот обычно выполняются с магнитопроводом. В качестве магнитопровода используются ферритовые изделия с относительной магнитной проницаемостью в диапазоне ДВ и в диапазоне ОВЧ. Причина снижения величины относительной магнитной проницаемости связана с увеличением потерь в магнитопроводе с ростом частоты за счет перемагничивания (гистерезиса) и вихревых токов.

Известно, что все трансформаторы делят на два класса:

1) Обычные классические трансформаторы с доминирующей магнитной связью между обмотками. Электрическая связь в таких трансформаторах считается паразитной.

2) Трансформаторы с электромагнитной связью между обмотками. Такой вид связи достигается за счет использования в трансформаторах отрезков длинных линий, намотанных на магнитопровод.

Трансформаторы с магнитной связью

Классические трансформаторы применяются в ДВ, СВ диапазонах. Диапазон КВ они перекрывают лишь частично. Причиной ограничения верхней частоты рабочего частотного диапазона является снижение коэффициента передачи трансформатора из-за роста влияния его паразитных параметров, таких как индуктивность рассеяния обмоток, межобмоточная емкость, межвитковая емкость обмоток, потери в магнитопроводе. Особенно сильно влияние паразитных параметров на коэффициент передачи имеет место в транзисторных каскадах передатчиков из-за низкоомного значения сопротивления нагрузки. Верхняя граница рабочей частоты транзисторных ГВВ с классическими трансформаторами не превышает 5 МГц. В ламповых ГВВ, имеющих более высокоомные сопротивления нагрузки, верхняя граница по частоте находится в пределах (15…25) МГц.

Влияние паразитных параметров на частотные свойства классических трансформаторов хорошо моделируется электрической эквивалентной схемой замещения. При построении АЧХ трансформатора используются два параметра: коэффициент трансформации и коэффициент передачи.

Коэффициент трансформации определяется как отношение числа витков вторичной обмотки трансформатора к числу витков первичной обмотки

.

Коэффициент трансформации является величиной действительной и частотно независимой.

Коэффициент передачи определяется как отношение напряжения, действующего на нагрузке вторичной обмотки к напряжению, приложенному к входу первичной обмотки

.

Коэффициент передачи является величиной комплексной и частотно зависимой.

При построении АЧХ трансформатора используется отношение модуля коэффициента передачи трансформатора к его коэффициенту трансформации

.

На рисунке представлен возможный вид АЧХ трансформатора.

Эквивалентная электрическая схема замещения трансформатора

В эквивалентной электрической схеме замещения использованы следующие обозначения:

- индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора.

- межвитковые емкости первичной и вторичной обмоток трансформатора.

- индуктивность намагничивания трансформатора.

- сопротивление потерь в магнитопроводе трансформатора.

- сопротивление потерь первичной и вторичной обмоток трансформатора.

- межобмоточная емкость трансформатора.

ИТ - идеальный трансформатор.

Достоинствами классического трансформатора являются относительная простота конструкции и малый шаг дискретизации, который зависит от соотношения числа витков. Это позволяет получить требуемый коэффициент трансформации с достаточной для инженерной практики точностью.

Основным недостатком классического трансформатора, как было указано выше, является ограничение верхней части рабочего диапазона частот значениями (5…25)МГц. Это хорошо видно из эквивалентной схемы замещения трансформатора, справедливой для области высоких частот