Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 16 из 102)

Переменный ток в ПО приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока, который наводит во ВО ЭДС взаимоиндукции. Отношение напряжений в первичной и вторичных обмотках равно отношению числа витков в них.

Трансформатор как четырехполюсник состоит из двух обмоток и имеет четыре вывода: 1,2-вход 3,4 –выход.

Рисунок 1.5.3.1. Схема трансформатора.

Сопротивления обмоток составляют:

Z1 R1 j L1 _; Z2 R2 j L2

индуктивная связь представляется в виде

запишем два уравнения

E1 Z1 I1 I2

E1

I2

отсюда получим:

соответственно для сопротивления и проводимости

Здесь I1, ^E1, ^I2, ^E2 - комплексные амплитуды тока и напряжения на входе и выходе четырехполюсника, они связаны следующим образом:

^I1 11^E1 12^E2 ^I2 21^E1 22^E2

или в матричном виде

- матрица полной проводимости четырехполюсника

^Z 1 - матрица полного сопротивления или импеданса четырехполюсника

Явление взаимной индукции заключается в наведении ЭДС индукции во всех проводниках, находящихся вблизи других проводников, токи которых изменяются во времени. ЭДС во вторичной обмотке

E² _dtm21 (СИ)

где m21 - магнитный поток поля ^I1 сквозь поверхность охватываемую вторичной обмоткой.

Магнитный поток m21 пропорционален току ^I1: m21 ^M21 ^I1 (СИ)

M21 - коэффициент, называемый взаимной индуктивностью второй и

где первой обмоток.

M21 определяется геометрической формой, размерами и взаимным

расположением контуров, а также относительной магнитной проницаемостью среды, в которой находятся обмотки.

Аналогично m12 ^M12 ^I2

I2 - ток во второй обмотке

где

m12 - магнитный поток поля тока ^I2 сквозь поверхность, охватываемую первой обмоткой,

M12 - взаимная индуктивность первого и второго контуров.

Для неферромагнитной среды M^12M21, для ферромагнитной среды ^M12 и ^M21 зависят кроме перечисленных ранее величин от сил токов в контурах и обусловлены явлением гистерезиса и характером изменения этих токов.

Рисунок 1.5.3.2. Магнитный гистерезис.

Магнитным гистерезисом ферромагнетиков называется отставание изменения магнитной индукции В от изменения напряженности внешнего намагничивающего поля, обусловленное зависимостью В ее предыдущих значений.

При холостом ходе (I²⁰)

N

M21

R1Nm2

где N1, ^N2 - число витков в первичной и вторичной обмотках; R^m - магнитное сопротивление сердечника.

U2 и ^U1 на концах

Отношение абсолютных значений напряжений

вторичной и первичной обмоток при холостом ходе называется коэффициентом трансформации

U2 N2

U1 N1

Магнитный поток в магнитной цепи играет роль аналогичную силе тока в электрической цепи. Во всех сечениях неразветвленной магнитной цепи, магнитный поток m должен быть одинаковым Em

Rm

m- магнитный поток

^{Em I N} - магнитодвижущая или намагничивающая сила. N – число витков намагничивающего тока I.

^Rm - полное магнитное сопротивление цепи.

Магнитное сопротивление участка цепи длиной L; с постоянной площадью поперечного сечения S: L

^Rmi

Последовательное и параллельное соединение n магнитных соединений, соответственно

Rm n

RmRmi

;

По функциональному признаку трансформаторы РЭА подразделяют на следующие основные классы: силовые (или трансформаторы питания), импульсные применяемые для преобразования импульсов электрического тока или напряжения, измерительные, согласующие, радиочастотные.

Трансформаторы согласования работают при малых мощностях, поэтому их перегрев незначителен. Трансформаторы согласования широко используются в бытовой РЭА.

Импульсные трансформаторы выполняют функции, аналогичные функциям трансформаторов согласования, но применительно к импульсным сигналам, например, длительностью от 0,2 до 100 мкс, поэтому в них особенно жесткие требования предъявляются к индуктивности первичной обмотки, индуктивности рассеивания и собственной емкости обмотки. Исходя из допустимых искажений формы импульса формулируются требованиями к тем параметрам трансформатора, на которых основывается электрический расчет и выбор конструкции. Импульсные трансформаторы широко применяются в РЭА, в том числе на ИС. Поэтому разработаны и выпускаются унифицированные импульсные трансформаторы и блоки импульсных трансформаторов, предназначенные для работы в микроэлектронной аппаратуре.

1.6 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ, ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И

АКТИВНЫЕ RC-ФИЛЬТРЫ

Резонансные контуры, входящие в состав электрических фильтров, трудно сделать высокостабильными, высокодобротными и в то же время малогабаритными, поэтому, не смотря на простоту их изготовления и возможность выбора вида частотной характеристики при увеличении числа контуров, эти фильтры используются ограниченно.

Указанные обстоятельства обусловили появление фильтров, основанных на принципе механических упругих колебаний и механического резонанса. Широкое применение таких фильтров объясняется тем, что скорость распространения упругих колебаний в твердом теле примерно в 100 тыс. раз меньше скорости распространения электромагнитных волн. Это позволяет использовать очень компактные механические резонаторы с распределенными параметрами, обладающие чрезвычайно малыми потерями, т. е. весьма высокой добротностью, достигающей 10³…10⁴. Однако для применения этих фильтров в электронной аппаратуре необходим переход от электрических колебаний и сигналов, действующих в цепях этой аппаратуры, к акустическим (упругим) колебаниям в механических резонаторах и последующий переход от акустических к электрическим.

Для этого преобразования используются известные из физики эффекты взаимодействия электрических или магнитных полей и механических деформаций и напряжений, например пьезоэффект и магнитострикционный эффект. Особенности и свойства таких преобразователей существенно зависят от того, какой эффект при этом используется. Часто название эффекта, на котором основано преобразование, применяется при классификации фильтров. Например, различают пьезокерамические, пьезокварцевые, магнитострикционные фильтры и т. д.

Полагая, что преобразования электрических колебаний в механические и обратно произведены, рассмотрим физическую сущность фильтрации в механических системах. Как известно из радиотехники, колебания и резонансы могут возникать в цепях с сосредоточенными (LC-фильтры) и с распределенными (длинные линии) параметрами. Аналогично обстоит дело и при механических колебаниях. Они могут появляться в системах с сосредоточенными параметрами, например, в механических системах, имеющих массу (груз) и упругость (пружину). Однако такие системы обладают низкой резонансной частотой колебаний и не могут использоваться для создания фильтров на радиочастотах. Их изучение имеет большое значение для исследования действия механических возмущений на конструкции РЭА и ее элементы, а также для амортизации. Механические колебания возникают и в системах с распределенными параметрами.