Анализ неуравновешенной трансформаторной дифференциальной системы

Трансформаторные дифференциальные системы нашли самое широкое применение при организации двусторонних каналов и в построении развязывающих устройств различного назначения.

Если не выполняются условия уравновешивания или баланси­ровки дифсистемы [см. (4), (12)], то изменяются затухания в на­правлениях непропускания. Оценим эти изменения для направления передачи от полюсов 4-4 к полюсам 2-2. Для этого воспользуемся рис. 7.

На рис. 7 приняты следующие обозначения: Z_л - входное сопро­тивление двухпроводной линии; - входное сопротивление ТДС со стороны полюсов 1-1; - балансное сопротивление; Г_с - генератор сигнала с внутренним сопротивлением Z₄, A₄₁ - затухание в направлении пропускания от полюсов 4-4 к полюсам 1-1; А₁₂ -затухание в направлении пропускания от полюсов 1-1 к полюсам 2-2; Z₂ - сопротивление нагрузки, подключенное к полюсам 2-2.

Рис. 7. К анализу неуравновешенной трансформаторной дифсистемы

Для неуравновешенной ТДС входное сопротивление со стороны полюсов не будет согласованно с входным сопротивлением линии, т.е.

(20)

При передаче сигнала от полюсов 4-4 к полюсам 1-1 сигнала ис­пытывает затухание . Часть энергии сигнала, посту­пившая к полюсам 1-1, из-за несогласованности входного сопротивления линии Z_л с входным сопротивлением дифсистемы Z₁₁ отразится от полюсов 1-1 в сторону полюсов 2-2, испытав при этом затухание отражения равное

(21)

и, претерпев затухание , поступит в нагрузку Z₂. В соответствие с этим затухание сигнала от полюсов 4-4 к полюсам 2-2 будет равно

(22)

Подставив значения А₄₁, A₁₂, А_отр, выраженные через коэффици­ент неравноплечности ТДС, получим

(23)

где величина

(24)

называется балансным затуханием. Для равноплечей ТДС и (23) приводится к виду

(25)

Выражения (23) и (25) являются приближенными, так как при их выводах учитывалась несогласованность только на полюсах 1-1. В действительности несогласованность будет иметь место на всех полюсах ТДС.

Практически балансное затухание не превосходит 25...30 дБ в тех случаях, когда балансный контур (сопротивление Z_б) имити­рует волновое - входное сопротивление линии.

Понятие балансного затухания справедливо и для резисторной дифференциальной системы, где сопротивления Z_л и Z_б включаются в плечи мостовой схемы.

Сравнение трансформаторной и резисторной дифференциальных систем

После ознакомления с принципами построения и работы развя­зывающих устройств на основе трансформаторных и резисторных дифференциальных систем проведем их сравнение.

Трансформаторная дифсистема обладает следующими достоин­ствами:

отсутствуют гальванические (по постоянному току) связи между некоторыми (а, в принципе, между всем) полюсами подключения нагрузок;

возможность согласованного подключения до четырех различ­ных по величине сопротивлений нагрузок;

сравнительно небольшие затухания в направлениях пропускания.

Трансформаторная дифсистема обладает рядом недостатков, основными из которых являются:

нелинейные искажения, вносимые трансформаторами с ферро­магнитными сердечниками, величина которых тем больше, чем меньше сечение сердечника и чем больше передаваемая мощность сигнала;

для получения равномерной частотной характеристики затухания ТДС в направлениях пропускания необходимо увеличение индуктив­ности обмоток дифференциального трансформатора, что достигается применением сердечников из высококачественных ферромагнитных материалов или увеличением сечения сердечника;

сравнительно большие размеры, масса и относительно высокая стоимость.

Резисторная дифференциальная система (РДС) характеризуется следующими достоинствами:

простота изготовления, малый вес, малые габариты, низкая стоимость, возможность ее миниатюризации;

равномерная частотная характеристика затухания во всех на­правлениях пропускания;

отсутствие нелинейных искажений;

возможность согласованного включения четырех и даже шести одинаковых сопротивлений;

наличие трех направлений непропускания при соответствующей конфигурации мостовой схемы.

Недостатки РДС сводятся к следующему:

сравнительно большое затухание в направлениях пропускания;

наличие гальванических связей между всеми сопротивлениями нагрузок;

если хотя бы одно из сопротивлений нагрузок комплексное, то и все остальные пять сопротивлений так же должны быть комплексными.

Из сказанного следует, что оба типа дифсистем имеют свои досто­инства и недостатки, которые должны учитываться при выборе спосо­бов построения развязывающих устройств различного назначения.