применение, расчёт и как сделать своими руками
Согласующий трансформатор — электротехническое устройство, обеспечивающее передачу или преобразование полезного гармонического сигнала различной частоты с минимальными искажениями и потерей мощности. Такой результат становится возможным только благодаря точному согласованию полного сопротивления (импеданса) источника сигнала и нагрузки или отдельных каскадов электронных схем.
Содержание
- Назначение
- Принцип работы
- Пример расчёта
- Виды магнитопроводов
- Особенности конструкции
- Основная область применения
- Виды согласующих трансформаторов
- Особенности в эксплуатации
- Как сделать своими руками
Назначение
Известно, что минимизировать потери электрических сигналов при передаче потребителю можно только тогда, когда его полное сопротивление соответствует внутреннему сопротивлению источника. Это правило действует для всех схем — многокаскадных электронных устройств, при подключении нагрузки к усилителям или подаче на них сигнала, например, от звукоснимателя или микрофона.
Основное назначение согласующего трансформатора связано именно с необходимостью масштабирования сопротивления источника и нагрузки. При этом само непосредственное изменение показателей силы тока и напряжения не имеет значения. Применяются такие приборы тогда, когда требуется подключение нагрузки, не соответствующей по сопротивлению допустимым значениям для источника сигнала.
Принцип работы
При подключении к первичной обмотке трансформатора источника переменного тока за счет сердечника магнитный поток, который охватывает и вторичную обмотку устройства. При этом индуцируется электродвижущая сила, которая и обеспечивает появление в цепи тока при подключении нагрузки. Благодаря этому осуществляется передача энергии или сигнала без непосредственной электрической связи между обмотками.
Принцип работы трансформатораЧтобы обеспечить согласование нагрузки и источника по сопротивлению, соотношение числа витков во вторичной обмотке к первичной должно равняться квадратному корню отношения сопротивления нагрузки и источника сигнала. Только в этом случае можно обеспечить передачу без лишних потерь энергии и искажений.
Пример расчёта
Необходимо рассчитать коэффициент трансформации для согласующего трансформатора в ламповом усилителе:
Виды магнитопроводов
Виды магнитопроводовОсобенности конструкции
Передача энергии между обмотками в трансформаторах осуществляется за счет воздействия создаваемого магнитного поля. В зависимости от типа согласующего устройства оно может иметь разную конструкцию:
- Устройства для работы с низкочастотным электрическим сигналом обычно наматывают на броневых или стержневых сердечниках из электротехнической стали. Именно такие устройства применяются в усилителях и звуковоспроизводящей аппаратуре. Габаритные размеры зависят от передаваемой мощности, но обычно они не отличаются большими значениями.
- Для высокочастотных согласующих трансформаторов чаще всего применяют тороидальные сердечники из ферромагнитных веществ. Они имеют форму кольца с прямоугольным сечением.
- Отдельные виды ВЧ согласующих устройств могут быть выполнены по принципу воздушных трансформаторов. Простейший пример — петля из коаксиального кабеля, которая устанавливалась при подключении антенны к основному проводу. Существует вариант и распечатанных непосредственно на плате маломощных трансформаторов согласующего типа.
Для обмоток применяют изолированный медный провод круглого сечения, диаметр которого подбирается на основании расчета. Допускается и намотка проводниками прямоугольной формы, но только при сечении более 5 мм2. В качестве дополнительной изоляции применяется нанесение 2 слоев специального лака.
Основная область применения
Необходимость подобного масштабирования сопротивления существует практически во всех областях, связанных с передачей электрических сигналов и энергии.
- В усилителях низкой частоты (звуковых усилителях) в качестве межкаскадных и выходных трансформаторов. Необходимость в подобных устройствах была связана с тем, что старые усилители изготавливались на ламповой компонентной базе. При этом практически все лампы отличались высоким внутренним сопротивлением и подключение к ним 4 или 8-омных динамиков напрямую к ним было невозможно. Даже с появлением транзисторов, операционных усилителей ситуация в корне не изменилась, так как без согласования сопротивлений увеличивался уровень искажений сигнала.
- В качестве входных согласующие трансформаторы применяются в звуковоспроизводящей аппаратуре для подключения микрофонов, звукоснимателей различных типов. Сопротивление этих устройств варьируется в пределах от десятка до сотни ом, а для подключения к усиливающей аппаратуре требуются значения, которые будут на порядок больше.
- Еще одна сфера связана с передачей радиосигнала. Трансформаторы этого типа используются для согласования сигнала при подключении антенн к приемным и передающим устройствам. Без их применения получить качественный сигнал не удается. Отметим, что в этих целях используются высокочастотные согласующие трансформаторы.
На этом область применения не ограничивается. Так, даже обычный сварочный трансформатор в какой-то степени можно считать согласующим, что обусловлено требованиями к величине нагрузки на электрические сети.
Виды согласующих трансформаторов
Наибольшее применение на практике получил звуковой согласующий трансформатор входного и выходного типов. Для усилителей на транзисторной элементной базе используют устройства серии ТОТ (оконечный транзисторный), а на ламповых элементах ТОЛ (оконечный ламповый).
В качестве входных получила применение серия ТВТ (входной транзисторный).
Для антенны применяют устройства тороидального типа на ферромагнитных кольцах или конусах необходимого диаметра. Отметим, что для таких трансформаторов не обязательна сплошная намотка по сечению магнитопровода. Достаточно провести через внутреннюю часть прямые проводники, что позволяет сэкономить на производстве за счет уменьшения потребности в электротехнических материалах.
Особенности в эксплуатации
Отметим, что каждая серия устройств предназначена для определенных условий эксплуатации. В большинстве случаев допустимый температурный диапазон составляет -60/+85°С, атмосферное давление не менее 5 мм рт. ст., но не более 3 атмосфер. Допускается эксплуатация при относительной влажности до 98 %.
В любом случае при выборе оборудования этого типа необходимо уточнить допустимые эксплуатационные условия.
Как сделать своими руками
Особых сложностей и отличий в изготовлении согласующих трансформаторов нет. Технология сходна со сборкой понижающих устройств. Но необходимо соблюдать следующие рекомендации:
- Обмотки укладываются равномерно без повреждения изоляции.
- Пластины малогабаритных устройств не нуждаются в дополнительной изоляции, лакируют только детали наборных сердечников более мощных трансформаторов.
- При выборе типа сердечника необходимо обращать на технические характеристики трансформаторной стали или ферромагнитных колец.
Отметим, что самостоятельное изготовление устройств такого типа экономически нецелесообразно. Закупка отдельных комплектующих обойдется дороже. Согласующее устройство с требуемым коэффициентом трансформации по сопротивлению в заводском исполнении обойдется дешевле.
Трансформатор согласующий OMEGA ТС-1 (Омега Саунд)
Трансформатор согласующий OMEGA ТС-1 (Омега Саунд) — ООО «Омега Саунд»- Продукты
- Системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ)
- Функциональные модули и устройства
- Трансформатор согласующий OMEGA ТС-1
- Описание
- Характеристики
Описание
Предназначен для согласования трансляционной линии c входами различных аудио устройств. (При заказе необходимо указывать входное и выходное напряжение. Пример: OMEGA TC-1 -30B/1B.)
Характеристики
Модель | ТС-1 |
Производство | Россия |
Документы
Паспорт OMEGA ТС-1 |
Сопутствующие товары и аналоги
Пульт мониторинга и управления SP4-S
В наличии
162 730 ₽
Прибор управления AL-8MP2
В наличии
376 775 ₽
Модуль расширения AL-RMX
В наличии
56 437 ₽
Усилитель мощности AL-250PA-КУРЬЕР
В наличии
459 181 ₽
Поделиться
Назад к списку
Оптимальный выбор
Низкие цены
и широкий ассортимент
Всегда рядом Широкая сеть региональных представительств
Более 20-ти лет на рынке систем противопожарной автоматики России.
Что такое согласование импеданса и как использовать трансформатор согласования импеданса в вашей конструкции
Если вы являетесь инженером-конструктором радиочастот или кем-то, кто работал с беспроводными радиостанциями, термин « согласование импеданса » должен был ударить вас не раз. Этот термин имеет решающее значение, поскольку он напрямую влияет на мощность передачи и, следовательно, на диапазон наших радиомодулей. Эта статья призвана помочь вам понять, что такое согласование импеданса, из основ, а также помочь вам разработать собственные схемы согласования импеданса с использованием трансформатора согласования импеданса, который является наиболее распространенным методом. Итак, приступим.
Что такое согласование импеданса?Короче говоря, согласование импеданса гарантирует, что выходное сопротивление одного каскада, называемого источником, равно входному импедансу следующего каскада, называемого нагрузкой . Это совпадение обеспечивает максимальную передачу мощности и минимальные потери. Вы можете легко понять эту концепцию, представив ее как лампочку, подключенную последовательно к источнику питания. Первая лампочка — это выходное сопротивление первого каскада (например, радиопередатчика), а вторая лампочка — нагрузка, или, другими словами, входное сопротивление второй лампочки (например, антенны). Мы хотим убедиться, что на нагрузку подается наибольшая мощность, в нашем случае это будет означать, что наибольшая мощность будет передаваться в эфир, чтобы радиостанцию можно было услышать издалека. это максимальная передача мощности происходит, когда выходное сопротивление источника равно входному сопротивлению нагрузки потому что, если выходное сопротивление больше нагрузки, в источнике теряется больше мощности (первая лампочка светит ярче).
Коэффициент стоячей волны – мера согласования импедансаИзмерение, используемое для определения степени согласования двух каскадов, называется КСВ (коэффициент стоячей волны). Это отношение большего импеданса к меньшему, 50-омный передатчик на 200-омную антенну дает 4 КСВ, 75-омная антенна, питающая смеситель NE612 (входной импеданс 1500 Ом), напрямую дает КСВ 20. Идеальное совпадение, скажем, антенны 50 Ом и приемника 50 Ом дает КСВ 1,9.0005
В радиопередатчиках нормальным считается КСВ ниже 1,5, а работа при КСВ выше 3 может привести к повреждению из-за перегрева устройств выходного каскада мощности (вакуумных ламп или транзисторов). В приемных приложениях высокий КСВ не приведет к повреждению, но сделает приемник менее чувствительным, поскольку принимаемый сигнал будет ослаблен из-за рассогласования и, как следствие, потери мощности.
Поскольку в большинстве приемников используется входной полосовой фильтр той или иной формы, входной фильтр можно спроектировать таким образом, чтобы антенна согласовывалась с входным каскадом приемника. Все радиопередатчики имеют выходные фильтры, которые используются для согласования выходного каскада мощности с определенным импедансом (обычно 50 Ом). Некоторые передатчики имеют встроенные антенные тюнеры, которые можно использовать для согласования передатчика с антенной, если импеданс антенны отличается от выходного импеданса указанного передатчика. При отсутствии антенного тюнера необходимо использовать внешнюю согласующую схему. Потери мощности из-за рассогласования рассчитать сложно, поэтому специальные калькуляторы или Используются таблицы потерь КСВ . Типичная таблица потерь КСВ показана ниже.
Используя приведенную выше таблицу КСВ, мы можем рассчитать потери мощности, а также потери напряжения. Напряжение теряется из-за несоответствия, когда импеданс нагрузки ниже импеданса источника, а ток теряется, когда импеданс нагрузки выше, чем импеданс источника.
Наш передатчик на 50 Ом с антенной на 200 Ом и КСВ 4 потеряет около 36 % своей мощности, а это означает, что на антенну будет подаваться на 36 % меньше мощности по сравнению с антенной с импедансом 50 Ом. Потерянная мощность будет в основном рассеиваться в источнике, то есть если наш передатчик выдавал 100Вт, то 36Вт дополнительно рассеется в нем в виде тепла. Если бы наш передатчик с сопротивлением 50 Ом имел КПД 60 %, он бы рассеивал 66 Вт при передаче 100 Вт на антенну с сопротивлением 50 Ом. При подключении к антенне 200 Ом она будет рассеивать дополнительные 36 Вт, поэтому общая мощность, теряемая в виде тепла в передатчике, составляет 102 Вт. Увеличение мощности, рассеиваемой в передатчике, означает не только то, что антенна не излучает полную мощность. но также рискуем повредить наш передатчик, поскольку он рассеивает 102 Вт вместо 66 Вт, для работы с которыми он был разработан.
В случае антенны 75 Ом, подаваемой на вход 1500 Ом микросхемы NE612, нас беспокоят не потери мощности в виде тепла, а повышенный уровень сигнала, который может быть достигнут за счет использования согласования импеданса. Допустим, в антенне индуцируется РЧ-излучение мощностью 13 нВт. При импедансе 75 Ом 13 нВт дают 1 мВ — мы хотим согласовать это с нашей нагрузкой 1500 Ом. Для расчета выходного напряжения после согласующей цепи нам необходимо знать соотношение импедансов, в нашем случае 1500 Ом/75 Ом=20. Соотношение напряжений (как и соотношение витков в трансформаторах) равно квадратному корню из отношения импедансов, поэтому √20≈8,7. Это означает, что выходное напряжение будет в 8,7 раз больше, поэтому оно будет равно 8,7 мВ. Согласующие цепи действуют как трансформаторы.
Поскольку мощность, поступающая в согласующую цепь, и мощность, выходящая из нее, одинакова (за вычетом потерь), выходной ток будет меньше входного в 8,7 раза, но выходное напряжение будет больше. Если бы мы согласовали высокое сопротивление с низким, мы получили бы более низкое напряжение, но более высокий ток.
Трансформаторы согласования импедансаДля согласования импеданса можно использовать специальные трансформаторы, называемые трансформаторами согласования импеданса. Основное преимущество трансформаторов как устройств согласования импедансов заключается в том, что они имеют широкополосный доступ, то есть могут работать с широким диапазоном частот.
Трансформаторы могут использоваться в качестве устройств согласования импеданса из-за их коэффициента трансформации, который изменяет импеданс, который «видит» источник. Вы также можете проверить эту основную статью о трансформаторах, если вы совершенно не знакомы с трансформаторами. Если у нас есть трансформатор с соотношением витков 1:4, это означает, что если 1 В переменного тока подается на первичную обмотку, на выходе мы получим 4 В переменного тока. Если мы добавим к выходу резистор 4 Ом, то во вторичной обмотке потечет ток 1 А, ток в первичной равен току вторичной обмотки, умноженному на коэффициент витков (деленный, если трансформатор был понижающего типа, как сетевой трансформаторы), поэтому 1А*4=4А.
(n A /n B )²=r i
где n A — число витков первичной обмотки с большим количеством витков, n B — число витков на обмотка с меньшим количеством витков, а r i — коэффициент импеданса. Так происходит согласование импедансов.
Если бы мы снова использовали закон Ома, но теперь для расчета мощности, поступающей в первичную обмотку, мы бы получили 1 В * 4 А = 4 Вт, во вторичной обмотке мы бы получили 4 В * 1 А = 4 Вт. Это означает, что наши расчеты верны, что трансформаторы и другие 9Цепи согласования импеданса 0003 не дают больше мощности, чем они питаются. Здесь нет свободной энергии.
Как выбрать согласующий трансформатор импедансаСхема согласования трансформатора может использоваться, когда необходима полосовая фильтрация, она должна резонировать с индуктивностью вторичной обмотки на частоте использования. Основные параметры трансформаторов как устройств согласования полного сопротивления:0094
Число витков первичной обмотки должно быть достаточным, чтобы реактивное сопротивление первичной обмотки трансформатора (она же катушка) в четыре раза превышало выходное сопротивление источника на самой низкой рабочей частоте.
Количество витков вторичной обмотки равно количеству витков первичной обмотки, деленному на квадратный корень из отношения импедансов.
Нам также нужно знать, какой тип и размер ядра использовать, разные ядра хорошо работают на разных частотах, вне которых они показывают потери.
Размер сердечника зависит от мощности, протекающей через сердечник, так как каждый сердечник имеет потери, и сердечники большего размера могут лучше рассеивать эти потери и не так легко проявлять магнитное насыщение и другие нежелательные явления.
Воздушный зазор необходим, когда постоянный ток будет протекать через любую обмотку трансформатора, если используемый сердечник изготовлен из стальных пластин, как в сетевом трансформаторе.
Цепи согласования трансформатора — примерНапример, нам нужен трансформатор для согласования источника 50 Ом с нагрузкой 1500 Ом в диапазоне частот от 3 МГц до 30 МГц в приемнике. Сначала нам нужно знать, какой сердечник нам понадобится, поскольку это приемник, через трансформатор будет проходить очень небольшая мощность, поэтому размер сердечника может быть небольшим. Хорошим ядром в этом приложении будет FT50-75. По словам производителя, его частотный диапазон как широкополосного трансформатора составляет от 1 МГц до 50 МГц, что достаточно для этого приложения.
Теперь нам нужно рассчитать первичные витки, нам нужно первичное реактивное сопротивление в 4 раза выше, чем выходное сопротивление источника, то есть 200 Ом. На минимальной рабочей частоте 3 МГц катушка индуктивности 10,6 мкГн имеет реактивное сопротивление 200 Ом. С помощью онлайн-калькулятора рассчитываем, что нам нужно 2 витка провода на сердечнике, чтобы получить 16 мкГн, чуть больше 10,6 мкГн, но в данном случае лучше, чтобы он был больше, чем меньше. От 50 Ом до 1500 Ом дает коэффициент импеданса 30. Поскольку коэффициент витков представляет собой квадратный корень из коэффициента импеданса, мы получаем около 5,5, поэтому на каждый первичный виток нам нужно 5,5 витка вторичной обмотки, чтобы 1500 Ом на вторичной обмотке выглядели как 50 Ом на вторичной обмотке. источник. Поскольку у нас 2 витка на первичке, нам нужно 2*5,5 витка на вторичке, то есть 11 витков. Диаметр провода должен соответствовать 3А/1мм 9Правило 0133 2 (максимум 3 А, протекающих на каждый квадратный миллиметр площади поперечного сечения провода).
Трансформаторное согласование часто используется в полосовых фильтрах, для согласования резонансных контуров с низким импедансом антенн и смесителей . Чем выше импеданс, нагружающий схему, тем меньше полоса пропускания и выше добротность. Если бы мы подключили резонансный контур напрямую к низкому импедансу, полоса пропускания очень часто была бы слишком большой, чтобы быть полезной. Резонансный контур состоит из вторичной обмотки L1 и первого конденсатора 220 пФ и первичной обмотки L2 и второго конденсатора 220 пФ.
На изображении выше показано согласование трансформатора, используемого в ламповом усилителе мощности звука для согласования выходного импеданса 3000 Ом лампы PL841 с динамиком 4 Ом. 1000 пФ C67 предотвращает звон на более высоких звуковых частотах.
Согласование автотрансформатора для баланса импедансаСхема согласования автотрансформатора представляет собой вариант схемы согласования трансформатора , в которой две обмотки соединены друг над другом. Обычно используется в Катушки индуктивности фильтра ПЧ вместе с трансформатором, согласующим с базой, где он используется для согласования более низкого импеданса транзистора с высоким импедансом, что меньше нагружает схему настройки и обеспечивает меньшую полосу пропускания и, следовательно, большую избирательность. Процесс их проектирования практически одинаков, при этом количество витков на первичной обмотке равно количеству витков от вывода катушки до «холодного» или заземленного конца, а количество витков на вторичной обмотке равно количество витков между отводом и «горячим» концом или концом, который подключен к нагрузке.
На изображении выше показана схема согласования автотрансформатора. C не является обязательным, если он используется, он должен быть в резонансе с индуктивностью L на частоте использования. Таким образом, схема также обеспечивает фильтрацию.
На этом изображении показано согласование автотрансформатора и трансформатора, используемое в трансформаторе ПЧ. Высокоомный автотрансформатор подключается к С17, этот конденсатор образует резонансный контур со всей обмоткой. Поскольку этот конденсатор подключается к концу автотрансформатора с высоким импедансом, сопротивление, нагружающее настроенную схему, выше, поэтому добротность схемы больше, а ширина полосы ПЧ уменьшается, что улучшает избирательность и чувствительность. Согласование трансформатора подает усиленный сигнал на диод.
Согласование автотрансформатора, используемое в транзисторном усилителе мощности, оно согласовывает выходное сопротивление транзистора 12 Ом с антенной 75 Ом. C55 подключен параллельно высокоомному концу автотрансформатора, образуя резонансный контур, который отфильтровывает гармоники.
Трансформаторы для согласования импеданса — JFW Industries
Модели онлайн-трансформаторов для согласования импеданса JFW перечислены в таблице ниже. Трансформатор согласования импеданса представляет собой устройство с малыми потерями, используемое для согласования двух систем с разным импедансом. Приведенные ниже модели используются для согласования системы на 50 Ом с системой на 75 Ом. Эти модели имеют ограниченную полосу пропускания из-за внутренней конструкции реактивного трансформатора.
Опции трансформатора согласования импеданса
- Любая комбинация РЧ-разъемов (BNC, SMA, N, TNC, 7/16, F, обратной полярности, с цепочками бус и т. д.)
- Любое согласованное сопротивление (50 Ом, 75 Ом, 93 Ом, 100 Ом, 125 Ом и многие другие)
- Доступные индивидуальные модели доступны по запросу
Часто задаваемые вопросы
Для вашего конкретного применения, пожалуйста, свяжитесь с JFW для получения помощи или используйте нашу форму запроса.
JFW Model # | Impedance | Frequency Start | Frequency Stop | Attenuation Loss | 50 Ohm End Connector | 75 Ohm End Connector |
---|---|---|---|---|---|---|
57ZT | 50 Ohm to 75 Ohm | 0. 5 MHz | 600 MHz | 0.75 dB | BNC, N, SMA, TNC | BNC, F, N, TNC |
57ZT-1.2G | 50 Ohm to 75 Ohm | 5 MHz | 1218 MHz | 1.25 dB | BNC, N, SMA | BNC, F, N |
57ZT-1G | 50 Ohm to 75 Ohm | 0.5 MHz | 1000 MHz | 0.75 dB | BNC, N, SMA, TNC | BNC, F, N, TNC |
57ZTT-AA | 50 Ohm to 75 Ohm | 800 MHz | 2200 MHz | 0.5 dB | BNC, N, SMA, TNC | BNC , F, N, TNC |
57ZTT-AJ | от 50 Ом до 75 Ом | 500 MHz | 3000 MHz | 0.5 dB | BNC, N, SMA | BNC, F, N |
57ZTT-AN | 50 Ohm to 75 Ohm | 800 MHz | 2200 MHz | 0.5 dB | BNC, N, SMA, TNC | BNC, F, N, TNC |
57ZTT-AP | 50 Ohm to 75 Ohm | 800 MHz | 2200 MHz | 0. 5 dB w/ DC Block | BNC, N, SMA, TNC | BNC, F, N, TNC |
- Sort by Default
- Default
- Custom
- Name
- Price
- Date
- Popularity (sales)
- Average rating
- Relevance
- Random
- Product ID
- Дисплей 15 Товаров на странице
- 15 Товаров на странице
- 30 Товаров на странице
- 45 Товаров на странице
JFW Модель №: 57ZT-1G
Импеданс: 50 Ом до 75 Ом
Запуск частоты: 0,5 МГц
Остановка частоты: 1000 МГц
Потеря. : BNC, N, SMA, TNC
Концевой разъем 75 Ом: BNC, F, N, TNC
Документация: Спецификация | ЧертежПодробнее
Модель JFW #: 57ZT
Impedance: 50 Ohm to 75 Ohm
Frequency Start: 0. 5 MHz
Frequency Stop: 600 MHz
Attenuation Loss: 0.75 dB
50 Ohm End Connector: BNC, N, SMA, TNC
Концевой разъем 75 Ом: BNC, F, N, TNC
Документация: Спецификация | Чертеж (BNC)Подробнее
Модель JFW #: 57ZT-1.2G
Полное сопротивление: 50–75 Ом
Начальная частота: 5 МГц
Остановка частоты: 1218 МГц
Потеря затухания: 1,25 дБ
50 Ом Конечный разъем: BNC, N, N,
75 Ом. Connecter: BNC, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, F, N 7: 636367: 67: 67: 63 75 Ом. Технический паспорт | ЧертежПодробнее
Модель JFW #: 57ZTT-AJ
Полное сопротивление: от 50 Ом до 75 Ом
Начальная частота: 500 МГц
Конечная частота: 3000 МГц
Потери на затухание: 0,5 дБ
Концевой разъем 50 Ом: BNC, N, SMA
Концевой разъем 75 Ом: BNC, F, N
Документация: Спецификация | ЧертежПодробнее
JFW Модель №: 57ZTT-AA
Импеданс: 50 Ом до 75 Ом
Запуск частоты: 800 МГц
Остановка частоты: 2200 МГц
.