Разработка и исследование унифицированных модулей широкополосных трансформаторов типа длинной линии (стр. 7 из 12)
иметь как можно меньшую величину волнового сопротивления ρ, с целью облегчения согласования ТДЛ со стандартной величиной импедансов источников сигнала и нагрузок с сопротивлением RГ = RН=75Ом (или 50Ом);
получение постоянства волнового сопротивления ρ во всем диапазоне частот, но не более стандартных величин;
иметь минимальные габариты, большую эксплуатационную надежность и экономический эффект.
Наиболее близкими оптимальными характеристиками обладает широкополосный трансформатор А.С. № SU 1453456 – Бюл. 3, опубл. 23.01.89, Авт. Г.И. Невмержицкий, И.М. Симонтов, А.И. Тихонов.
2. Разработка и исследование оптимального варианта ТДЛ
Результаты разработки ТДЛ с коэффициентом трансформации «nТР» по R [1:9] или по U [1:3] для усилителей с повышенными требованиями по блокированию.
На основе приведенного обзора технической литературы и проработки патентных источников, для исследования и разработки широкополосного трансформатора, был взят за основу ТДЛ с выполнением обмотки в виде двух одинаковых двухпроводных линийW, каждая с волновым сопротивлением ρ и электрической длиной х (рис.1.1.1а), образующих длинные линии, намотанные на тороидальный ферритовый магнитопровод.
Целью разработки и исследования является расширение рабочей полосы частот трехпроводникового ТДЛ без увеличения его габаритов.
При разработке ТДЛ необходимо ориентироваться на выполнение следующих противоречивых требований:
получение максимально возможной величины коэффициента широкополосности КШ≈ 6000-10000, для чего необходимо расширять полосу пропускания ТДЛ как «вверх», так и «вниз»;
иметь как можно меньшую величину волнового сопротивления ρ, с целью облегчения согласования ТДЛ со стандартной величиной импедансов источников сигнала и нагрузок с сопротивлением RГ = RН=75Ом (или 50Ом);
получение постоянства волнового сопротивления ρ во всем диапазоне частот, но не более стандартных величин;
иметь минимальные габариты, большую эксплуатационную надежность и экономический эффект.
Коэффициент передачи ТДЛ измеряется по схеме рис.2.1. следующим образом. На вход трансформатора от генератора Г подается фиксированное напряжение ЕГ =100 мВ (точка 1). На входном зажиме 2 измеряется входное напряжение UВХ на нескольких частотах. Выходное напряжение UВЫХ измеряется на нагрузке RН. Результаты измерений заносятся в таблицу.
Для достижения наибольшей полосы рабочих частот в широкополосном трансформаторе должно быть выполнено условие постоянства волнового сопротивления по всей длине линии передачи.
Волновое сопротивление
,где
- индуктивность ДЛ при КЗ на выходе; 
- емкость ДЛ при ХХ на выходе; измеряется по схеме рис.3.1Коэффициент усиления
,где
и 
- соответственно действующее значение выходного и входного напряжений усилителя (при частоте 
), измеряется в диапазоне частот по схеме рис.2.1. Экспериментальные данные сводятся в таблицу.Результаты исследования ТДЛ-1.
Марка магнитопровода К-12; магнитная проницаемость µ=4000; диаметр проводника D=0.33мм; количество витков N=14; межвитковая емкость С=100пФ; межвитковая индуктивность L=0.07мкГн.
Таблица 2.1
| f,МГц | 0,1 | 1 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 |
| Uвх,мкВ | 50 | 50 | 48 | 43 | 44 | 44 | 42 | 48 | 50 |
| Uвых, мкВ | 150 | 150 | 150 | 145 | 145 | 145 | 145 | 145 | 78 |
| К | 3 | 3 | 3,12 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,4 | 3 | 1,6 |
Рис.2.2. Амплитудно – частотная характеристика ТДЛ-1.
Вывод: рабочий частотный диапазон 100кГц – 60МГц
,что не удовлетворяет условиям, изложенным выше. Возможно, выбор сердечника большего диаметра, например, типа К-20, а также увеличение диаметра провода (D=1,07мм) и уменьшение количества витков до величины N=2,5 даст более лучший результат.
Результаты исследования ТДЛ-2
| f,МГц | 0,1 | 10 | 30 | 50 | 60 | 70 | 80 | 98 | 100 |
| Uвх,мкВ | 40 | 42 | 42 | 38 | 41 | 40 | 40 | 48 | 56 |
| Uвых,мкВ | 122 | 132 | 132 | 114 | 112 | 110 | 110 | 105 | 112 |
| К | 5,5 | 3,14 | 3,14 | 3,0 | 2,73 | 2,75 | 2,75 | 2,18 | 2,0 |
Марка магнитопровода К-20; магнитная проницаемость µ=4000; диаметр проводника D=1,07мм; количество витков N=2,5; межвитковая емкость С=27пФ; межвитковая индуктивность L=0.039мкГн.
Таблица 2.2
Рис.2.3. Амплитудно – частотная характеристика ТДЛ-2.
Вывод: рабочий частотный диапазон 100кГц – 50МГц
,что не удовлетворяет условиям изложенным выше. Возможно следует уменьшить количество витков до N=2.
Результаты исследования ТДЛ-3
| f,МГц | 0,1 | 10 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| Uвх,мкВ | 30 | 36 | 39 | 38 | 40 | 42 | 35 | 28 |
| Uвых,мкВ | 90 | 120 | 122 | 120 | 120 | 122 | 100 | 70 |
| К | 3 | 3,3 | 3,12 | 3,16 | 3,0 | 2,9 | 2,86 | 2,5 |
Марка магнитопровода К-20; магнитная проницаемость µ=4000; диаметр проводника D=1,07мм; количество витков N=2; межвитковая емкость С=51пФ; межвитковая индуктивность L=0.03мкГн.
Рис.2.4. Амплитудно – частотная характеристика ТДЛ-3.
Вывод: рабочий частотный диапазон 100кГц – 50МГц
,что не удовлетворяет условиям изложенным выше. Перейдем на сердечник с меньшей магнитной проницаемостью µ=1000.
Результаты исследования ТДЛ-4
| f,МГц | 0,1 | 1 | 10 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Uвх,мкВ | 13 | 46 | 46 | 45 | 45 | 46 | 49 | 50 | 47 | 44 |
| Uвых,мкВ | 40 | 132 | 140 | 135 | 130 | 128 | 128 | 118 | 105 | 72 |
| К | 3 | 2,86 | 3,04 | 3 | 2,88 | 2,78 | 2,61 | 2,36 | 2,23 | 1,64 |
Марка магнитопровода К-16; магнитная проницаемость µ=1000; диаметр проводника D=1,07мм; количество витков N=2; межвитковая емкость С=62пФ; межвитковая индуктивность L=0.029мкГн.
Таблица 2.4
Рис.2.5. Амплитудно – частотная характеристика ТДЛ-4.
Вывод: однако спад АЧХ на 30-60МГц во всех вариантах побуждает искать иной выход. Очевидно внутриобмоточная проходная емкость (особенно первичной обмотки) ограничивает частотный диапазон «сверху». Поэтому исследуем вариант трех отдельных ТДЛ с двойными проводами по схеме рис.2.6.
Результаты исследования ТДЛ-5
| f,МГц | 0,1 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| Uвх,мкВ | 40 | 47 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | 47 | 49 | 50 | 50 |
| Uвых,мкВ | 125 | 148 | 142 | 140 | 138 | 133 | 140 | 127 | 125 | 120 | 112 |
| К | 3,12 | 3,15 | 3,08 | 3,04 | 3,0 | 2,9 | 3,04 | 2,7 | 2,55 | 2,4 | 2,24 |
Марка магнитопровода К-12; магнитная проницаемость µ=4000; диаметр проводника D=0,54мм; количество витков N=5; межвитковая емкость С=9,4пФ; межвитковая индуктивность L=0.067мкГн.
Таблица 2.5
Рис.2.7. Амплитудно – частотная характеристика ТДЛ-5.
Вывод: рабочий частотный диапазон 100кГц – 60МГц
,что не удовлетворяет условиям изложенным выше. Возможно следует уменьшить количество витков до N=4.
Результаты исследования ТДЛ-6
| f,МГц | 0,1 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| Uвх,мкВ | 36 | 47 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | 48 | 49 |
| Uвых,мкВ | 112 | 142 | 140 | 138 | 132 | 130 | 128 | 120 | 120 | 115 | 112 |
| К | 3,11 | 3,02 | 3,04 | 3,0 | 2,9 | 2,82 | 2,8 | 2,6 | 2,6 | 2,4 | 2,28 |
Марка магнитопровода К-12; магнитная проницаемость µ=4000; диаметр проводника D=0,54мм; количество витков N=4; межвитковая емкость С=10,5пФ; межвитковая индуктивность L=0.072мкГн.
Рис.2.8. Амплитудно – частотная характеристика ТДЛ-6.
Вывод: рабочий частотный диапазон 100кГц – 30МГц
,