3. Импульсные трансформаторы

Импульсными трансформаторами называют такие трансформаторы, которые предназначены для передачи импульсных сигналов без значительных искажений.

В отличие от согласующих трансформаторов импульсные трансформаторы работают при более высоких частотах: от единиц килогерц до сотен килогерц и широко используются в импульсных источниках питания. Высокая рабочая частота позволяет уменьшить габариты и вес таких источников питания при сохранении большой мощности источника питания.

На работу импульсного трансформатора значительное влияние оказывают явления гистерезиса, вихревые токи и магнитное последействие. Высокая рабочая частота трансформатора вызывает повышенные потери на вихревые токи, поэтому в качестве материала магнитопровода широко применяют ферриты.

При подаче на импульсный трансформатора прямоугольного импульса происходит намагничивание сердечника магнитопровода, при этом ток намагничивания изменяется во времени по закону:

, (3.46)

где Е₁ - амплитуда входного импульса;

L₁ - индуктивность первичной обмотки трансформатора;

t - время.

Резкий передний фронт входного импульса, индуктивность, собственная емкость и активное сопротивление первичной обмотки трансформатора вызывает колебательный или апериодический процессы во вторичной обмотке трансформатора, что зависит от соотношения активного и реактивного сопротивления первичной обмотки трансформатора. Это приводит к затягиванию переднего фронта выходного импульса - при отсутствии затухающего колебательного процесса, или выбросу амплитуды определенной длительности – при наличии затухающего колебательного процесса (рис.3.21).

Помимо параметров, которые используются для силовых трансформаторов, на импульсные трансформаторы дополнительно вводятся следующие параметры:

1. Длительность входного импульса.

2. Амплитуда входного импульса на первичной обмотке.

3. Частота следования входных импульсов.

4. Длительность фронта выходного импульса.

Система обозначений импульсных трансформаторов включает в себя следующие элементы: первый – буква – Т, второй – буква И (импульсный) или сочетание букв ИМ. Буква И соответствует трансформаторам с длительностью входного импульса от 0,5 до 100 мкс, а ИМ – от 0,02 до 100 мкс. Третий – число порядковый номер разработки. Например: обозначение ТИ-5 – трансформатор импульсный с длительностью входного импульса от 0,5 до 100 мкс, номер разработки 5.

Справочные данные по импульсным трансформаторам приводятся в справочной литературе, например в [ ].

Методика конструктивного расчетаимпульсного трансформатора приведена [].

Входными данными для расчета импульсного трансформатора являются:

• амплитуда выходного импульса на нагрузке Е₁;

• длительность и период следования входных импульсов τ_И, Т;

• сопротивление нагрузки и источника сигнала r₁, r₂;

• длительность и переднего фронта выходного импульса τ_Ф, Е_Ф.

5. Экранирование трансформаторов

Согласующие трансформаторы наиболее сильно подвержены влиянию магнитного поля, что ухудшает параметры передаваемого сигнала. Силовые трансформаторы, наоборот, создают вокруг себя электромагнитное поле, которое может влиять на окружающие элементы РЭА. Для уменьшения таких эффектов трансформаторы экранируют подобно контурным катушкам. Однако, поскольку частоты низкие в качестве экрана необходимо использовать магнитомягкие материалы с высоким значением магнитной проницаемости - пермаллои. Толщина стенок экрана обычно составляет 0,3…0,5 мм, что достаточно для ослабления паразитного сигнала в 100 раз.

Наименьшее электромагнитное поле создают силовые тороидальные трансформаторы, поскольку магнитный поток такого сердечника замкнут. Наибольшее электромагнитное поле создают силовые трансформаторы с броневым сердечником.

Уменьшить величину напряжения помех, наводимых в обмотке, можно применением стержневой конструкции трансформатора с секционированными и разделенными обмотками. Первичная и вторичная обмотки трансформатора разбиваются на две секции с равным числом витков. Каждая секция первичной и вторичной обмоток располагается на противоположных стержнях. Э.д.с. помех, наводимых в витках каждой секции при синфазном подключении обмоток, складываются в противофазе, тогда как напряжения сигнала складываются в фазе. Это обеспечивает высокую помехозащищенность трансформатора.