3.4 Использование ферритов для уменьшения продольных токов

Рис. 3.8 — Улучшение АЧХ фазоинвертора

Для того чтобы улучшить АЧХ в области нижних частот (уменьшить шунтирование нагрузки и источника индуктивными сопротивлениями проводников линий), необходимо намотать линию на ферритовый сердечник — увеличив тем самым индуктивности проводников линий (Рис. 3.8).

3.5 Штл с коэффициентами трансформации 1:2 и 1:3

Для создания трансформатора на отрезках длинной линии (ШТЛ) используют несколько (n = 1, 2, 3, 4) линий, включенных с одной стороны параллельно, с другой — последовательно. Например, при использовании двух отрезков линий, получим схему, изображенную на рис. 3.9.

Рис. 3.9 — Трансформатор на отрезке длинной линии (ШТЛ) с коэффициентом трансформации 1:2

Для того чтобы не нарушить условия согласования линий, необходимо слева подключить сопротивлениеW/2, а справа — 2W. Таким образом, получен трансформатор с коэффициентом трансформации по напряжению n= 1:2. Верхняя на рис. 3.9 линия должна быть намотана на ферритовый сердечник (чаще — кольцо). Индуктивное сопротивление проводника (ов) верхней линии шунтирует источник (нагрузку), уменьшая коэффициент передачи на низких частотах. Нижнюю граничную частоту_н полосы пропускания этого трансформатора можно приближенно определить из соотношения:

(3.7)

где L— индуктивность проводника верхней линии.

Нижняя линия ШТЛ, изображенного на рис. 3.9, выполняет роль фазокомпенсирующей. Ее назначение — доставить напряжение Uс входа ШТЛ на выход с той же фазой (задержкой), какую имеет напряжение на выходе верхней линии. Для этого линии делают одинаковой длиныl. В этом случае напряжения линий на выходе ШТЛ сложатся в фазе, и АЧХ в области верхних частот будет плоской. Следует отметить, что проводники верхней линии находятся под продольным напряжениемU (каждый).

Рис. 3.10 — ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:3

Аналогично, при использовании трех отрезков линий, можно создать ШТЛ с коэффициентом трансформации по напряжениюn= 1:3 (Рис. 3.10). Однако, линии этого ШТЛ находятся под разными продольными напряжениями. Действительно, как следует из рис. 1.5, к проводникам верхней линии приложено продольное напряжение 2U, а к проводникам средней —U.

Это накладывает определенные ограничения на конструктивное исполнение ШТЛ. Если линии наматываются на одном сердечнике (кольце), то числа витков должны быть строго пропорциональны продольным напряжениям.

Рис. 3.11 — Конструктивная реализация ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:3

Если на кольцо верхняя линия наматывается полностью, то средняя — наполовину. Конструкция ШТЛ (Рис. 3.11) состоит при этом из двух фазокомпенсирующих линий (ФЛ1, ФЛ2) и двух (с числом витков отличающимся вдвое), намотанных на ферритовый сердечник.

Идею, реализованную на рис. 3.11, для ШТЛ 1:3 можно обобщить для ШТЛ с любым целочисленным коэффициентом трансформации 1:n(n— число линий). Однако не следует пытаться реализовать ШТЛ с коэффициентом трансформации более четырех, так как неоднородности последовательно и параллельно соединенных линий, как правило, сильно исказят передаточные характеристики ШТЛ.

Выводы:

- в обмоточных трансформаторах такие паразитные элементы как межобмоточная емкость и индуктивности рассеяния ограничивают полосу рабочих частот сверху. А в трансформаторах типа ШТЛ они определяют волновые сопротивления линий и при согласованном включении последних ограничения сверху (если не учитывать неоднородностей соединения линий) нет. В ШТЛ легко получить _в_н

- однако, число обмоток на сердечнике у ШТЛ существенно больше, чем у обмоточного трансформатора, что препятствует расширению полосы в область нижних частот. Действительно, для создания обмоточного автотрансформатора с коэффициентом трансформации 1:3 необходимо на кольцо намотать три обмотки с напряжением на каждой из них U. ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:3 (рис. 1.5, 1.6) содержит шесть обмоток (в верхней линии две обмотки с напряжениями2 Uи в средней линии две обмотки с напряжениемU).

Рис. 3.12 — Способ создания ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации

3.6 ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации

Создать ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации (Рис. 3.12) можно, включив последовательно ШТЛ с коэффициентами трансформации 1:n₁иn₂:1.

Коэффициент трансформации такого трансформатора будет n₁:n₂, количество линий будет равно сумме(n₁+n₂)и для его изготовления потребуется два ферритовых кольца. АЧХ в области нижних частот у такого ШТЛ будет хуже, чем у составляющих.

Рис. 3.13 — ШТЛ с коэффициентом трансформации n= 1:1,5

Более экономный способ создания ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации описан в работе [3]. На рис. 3.13 показан ШТЛ с коэффициентом трансформации 1:1,5. Интересно отметить, что средняя и верхняя линии находятся под одинаковыми продольными напряжениямиU/2, поэтому они могут быть намотаны на одном кольце, и содержать одинаковое число витков.

Во всех рассмотренных выше ШТЛ присутствуют ФЛ. У обмоточных трансформаторов, которые также могут наматываться на ферритовые кольца, ФЛ отсутствуют.