Сигнальные трансформаторы согласования

Трансформаторы согласования (согласующие трансформаторы) применяются в РЭС для согласования источника сигнала и нагрузки, разделения цепей по постоянному току. Диапазон частот, в котором работают эти трансформаторы, составляет от десятков герц до сотен килогерц. Наиболее часто согласующие трансформаторы исполь­зу­ются в области звуковых частот, то есть от 50¼300 Гц до 3¼15 кГц. Поэтому трансформаторы согласования являются широкополосными трансформаторами, предназначенными для передачи сигналов с минимальными нелинейными, фазовыми и частотными искажениями.

Нелинейные искажения вызваны нелинейностью характеристик намагничивания материала магнитопровода. Фазовые искажения возникают в результате сдвига фазы выходного напряжения по отношению к фазе вход­но­го.

Пример 5.34. Рассчитать сопротивление эквивалентного генератора на нижних частотах передаваемого сигнала R _энсигнального согласующего трансформатора при следующих исходных данных:

Ri, Ом	n	η, %	R н, Ом
	0,25

Обозначения. R_i – внутреннее сопротивление генератора импульсных сигналов; n – коэффициент трансформации; η – коэффициент полезного действия трансформатора; R _н – сопротивление нагрузки.

Решение.

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора R _эн на схеме рис. 5.9, б определяется из выражения

, Ом, (5.65)

где R_i – внутреннее сопротивление источника сигнала, Ом; – сопро­тивление проводов первичной и вторичной обмоток, Ом; – сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке, Ом.

Значения сопротивлений проводов первичной и вторичной обмоток , подставляемых в выражение (5.65), можно получить используя формулу для определения КПД трансформатора:

(5.66)

Решая уравнение (5.66) относительно r ₁, получим

, Ом.

Трансформатор имеет наибольший КПД, если Подставляя поочередно значения в предыдущую формулу и учитывая, что приведенное сопротивление нагрузки , получим выражения для расчета значений r ₁ и r ₂:

, Ом; (5.67а)

, Ом, (5.67б)

где величина h находится в пределах от 0,7 до 0,95 в диапазоне номинальных мощностей от 5 до 1000 Вт.

В трансформаторах класса В половины первичной обмотки работают поочередно и их сопротивления r _1п= 1,17 r ₁, а = 0,707 r _1п.

1. По формулам (5.67а) и (5.67б) рассчитаем требуемые значения сопротивлений первичной и вторичной обмоток:

Ом;

Ом.

2. Рассчитаем значения сопротивлений вторичной обмотки и сопротивления нагрузки , приведенных по виткам к первичной обмотке:

Ом;

Ом.

3. По формуле (5.64) рассчитываем сопротивление эквивалентного генератора R _энна нижней частоте сигнала f _н:

Ом.

Ответ. R _эн= 48 Ом.

Пример 5.35. Рассчитать требуемое значение индуктивности первичной обмотки L ₁сигнального согласующего трансформатора при следующих исходных данных:

М н ,	R эн, Ом	f н, Гц
1,41

Обозначения. М _н – коэффициент частотных искажений на нижних частотах; R _эн – сопротивление эквивалентного генератора на нижних частотах; f _н – нижняя частота передаваемого сигнала.

Решение.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора согласования рассчитывается по формуле

, Гн. (5.68)

где ω_н =2π f _н – нижнее значение частоты передаваемого сигнала, рад/с; М _н – коэффициент частотных искажений на нижних частотах; R _эн – сопротивление эквивалентного генератора на нижних частотах, Ом.

1. По формуле (5.68) рассчитываем требуемую индуктивность первичной обмотки L ₁ трансформатора

Гн.

Ответ. L ₁= 0,38 Гн.

Пример 5.36. Рассчитать объем магнитопровода V _ссигнального согласующего трансформатора и выбрать стандартный магнитопровод при следующих исходных данных:

P н, Вт	К	L 1, Гн	r 1, Ом	f, Гц	μ	σ, Ом^-1см^-1
		0,38	4,23

Обозначения. P _н–номинальная мощность; K – коэффициент, зависящий от условий работы трансформатора; L ₁ – индуктивность первичной обмотки трансформатора; r ₁ – сопротивление первичной обмотки; f – средняя частота предаваемого сигнала; μ – магнитная проницаемость материала магнитопровода трансформатора;σ – удельная проводимость материала магнитопровода.

Решение.

Типоразмер магнитопровода трансформатора согласования выбирается на основе так называемой конструктивной постоянной магнитопровода t_к, которая находится из соотношения

, с, (5.69)

где K – коэффициент, зависящий от условий работы трансформатора: K = 2 для трансформаторов, работающих в классе А, K = 3,41 для трансформаторов, работающих в классе В (вторичная обмотка имеет средний вывод); t₁ = L ₁/ r ₁ – постоянная времени первичной обмотки, с; L ₁ – индуктивность, Г; r ₁ – сопротивление первичной обмотки трансформатора, Ом; m – начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода для трансформаторов, работающих без подмагничивания.

Значения конструктивной постоянной t_к магнитопровода можно рассчитать по формуле

, с, (5.70)

где к _м=0,1…0,3 – коэффициент заполнения по меди окна магнитопровода.

Зависимость к _м= f (τ _к), построенная на основании дан­ных для ленточных броне­вых магнитопроводов типа ПЛ, приведена на рис. 5.10.

Значения τ_к или величины для раз­лич­­ных магнитопроводов при­водятся в спра­­вочных таб­лицах на магнито­про­воды [10], по которым мож­но подобрать магитопровод не­обходимого типоразмера.

Толщину листа d электро­тех­ни­­ческой стали оценивают по формуле

, см, (5.71)

где m – магнитная проницаемость материала магнитопровода; f – средняя частота сигнала, Гц; s – удельная проводимость материала магнитопровода, 1/Ом×см.

В качестве материала магнитопровода обычно выбираются электротех­ни­ческие холоднокатаные трансформаторные стали марок 3422¼3425 с тол­щиной ленты 0,15¼0,08 мм. Для уменьшения габаритов применяют фер­ромагнитные сплавы 79НМ, 50Н, 47НК и др. в виде тонких лент толщи­ной 0,015¼0,08 мм, а также магнитомягкие ферриты марок 2000НМ, 1500НМ, 2500НН и др. Рекомендуемое значение индукции в магнитопроводе из холоднокатаных электротехнических сталей берется из таблицы 5.4.

В высоконикелевых пермаллоях (типа 80НХС) величина индукции выбирается не более 0,1 Т, а в низконикелевых пермаллоях (45Н) – 0,2 Т.

В конструкции трансформатора целесообразно применять броневые магнитопроводы типа ШЛ, а также стержневые магнитопроводы типа ПЛ, характеризующиеся меньшей индуктивностью рассеяния.

Таблица 5.4

Дата добавления: 2015-05-09