ТРАНСФОРМАТОР С ПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРАНСФОРМАЦИИ
TRANSFORMER WITH ARBITRARY TRANSFORMATION COEFFICIENT

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для согласования высокочастотных радиотехнических устройств повышенной мощности, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, с низкоомными трактами, а также может быть применено в качестве индуктивного элемента с одновременным выполнением функции трансформации непосредственно в составе частотно-селективного устройства.
По виду связи между первичной и вторичной обмотками высокочастотные трансформаторы можно разделить на два класса: с доминирующей магнитной связью между обмотками [1], т.е. обычные трансформаторы, и с электромагнитной связью между обмотками, образованными отрезками длинных линий, - так называемые трансформаторы типа длинной линии (ТДЛ) [2].
Недостатками ТДЛ можно считать большую дискретность коэффициента трансформации по сопротивлению (n=1, 4, 9, 16…), а уменьшение дискретности приводит к значительному усложнению согласующего устройства [2]. Кроме того, ТДЛ используются обычно в электрических цепях с относительно малым сопротивлением (единицы и десятки Ом).
Трансформаторы с магнитной связью между обмотками имеют гораздо меньшую дискретность коэффициента трансформации по сопротивлению, определяемого как отношение количества витков первичной и вторичной обмоток в квадрате, и при большом количестве витков может быть достаточно малой. В [1] изображен трансформатор, содержащий тороидальный сердечник с намотанными на нем двумя обмотками: первичной и вторичной. При показанном расположении обмоток на сердечнике и при большом коэффициенте трансформации, т.е. при малом количестве витков вторичной обмотки, коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками низок, так как связь между ними осуществляется только за счет общего магнитного потока в магнитопроводе.
В [3] представлен трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации, содержащий тороидальный сердечник и две обмотки из провода, намотанные на тороидальном сердечнике. Для повышения коэффициента связи обмотки выполняются скрученными между собой проводами (на рисунке для наглядности показано параллельное расположение проводов). Этот трансформатор является наиболее близким к предлагаемому, но имеет следующие недостатки. Несмотря на то что провода обмоток скручены между собой, коэффициент связи между обмотками при малом количестве витков вторичной обмотки невысокий, так как вторичная обмотка располагается на краю первичной обмотки, а в этом месте часть магнитного потока, обусловленная первичной обмоткой, значительно меньше, чем в центральной ее части. В результате, вносимое трансформатором - прототипом затухание достаточно велико и может достигать величины 0,8 дБ. Кроме того, известный трансформатор не обеспечивает возможность его использования при высокой мощности (1 кВт и выше) высокочастотного сигнала на входе устройства. Не показаны также конструктивные элементы крепления трансформатора.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей трансформатора и обеспечение возможности крепления.
Указанная задача решается тем, что в трансформаторе с произвольным коэффициентом трансформации, содержащем тороидальный сердечник и две обмотки из провода, первичную и вторичную, намотанные на тороидальном сердечнике, первичная обмотка выполнена в виде К одинаковых обмоток, соединенных параллельно, каждая из которых содержит N1 витков, а вторичная обмотка выполнена в виде М одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно, каждая из которых содержит N2 витков, где N2<N1, размещенных среди витков первичной обмотки, при этом во внутреннюю часть тороидального сердечника введена диэлектрическая втулка, выполненная в виде цилиндра с выступающей средней частью, диаметр которой равен внутреннему диаметру тороидального сердечника и по окружности которой размещены с определенным шагом отверстия для прохождения проводов первичной и вторичной обмоток, причем количество отверстий равно количеству витков N1 первичной обмотки, при этом диэлектрическая втулка выступает по длине за пределы высоты тороидального сердечника с размещенными на нем обмотками и имеет в центральной части отверстие для крепления.
Основной признак, отличающий заявленное изобретение от прототипа, заключается в том, что как первичная, так и вторичная обмотки состоят из нескольких обмоток каждая, соединенных параллельно и проходящих совместно через отверстия в выступающей части дополнительно введенной в среднюю часть тороидального сердечника цилиндрической втулки. Здесь магнитный поток, обусловленный первичной обмоткой, максимален, а провода каждой вторичной обмотки наиболее плотно соприкасаются с проводами каждой первичной обмотки. В результате, коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками увеличивается.
На фиг. 1 представлен в упрощенном виде заявленный трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации для четырех одинаковых первичных обмоток (К=4), соединенных параллельно, и трех одинаковых обмоток связи (М=3), также соединенных параллельно. Трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации содержит тороидальный сердечник 1 и две обмотки из провода, первичную 2 и вторичную 3, намотанные на тороидальном сердечнике 1, при этом количество витков первичной обмотки 2 равно N1, а количество витков вторичной обмотки 3 равно N2. Первичная обмотка 2 выполнена в виде К одинаковых обмоток, соединенных параллельно и изображенных светлыми линиями. Вторичная обмотка 3 выполнена в виде М одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно и изображенных темными линиями. Провода вторичной обмотки 3 размещены среди проводов первичной обмотки 2. Во внутреннюю часть тороидального сердечника 1 введена диэлектрическая втулка 4, выполненная в виде цилиндра с выступающей средней частью 5, диаметр которой равен внутреннему диаметру тороидального сердечника 1 и по окружности которой размещены с определенным шагом отверстия 6 для прохождения проводов первичной и вторичной обмоток, причем количество отверстий при N2<N1 равно количеству витков N1 первичной обмотки 2, то есть равно числу прохождений проводов первичной обмотки 2 через внутреннюю часть тороидального сердечника 1. В данном случае N1=12, а N2=4. Диэлектрическая втулка 4 выступает по длине за пределы высоты тороидального сердечника с размещенными на нем обмотками и имеет в центральной части отверстие для крепления 7.
Диэлектрическая втулка 4, размещенная в тороидальном сердечнике 1, изображена в двух проекциях на фиг. 2.
Предлагаемый трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации имеет высокий коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, благодаря выполнению первичной и вторичной обмоток в виде нескольких обмоток каждая, соединенных параллельно. При этом может быть значительно увеличена мощность высокочастотного сигнала на входе трансформатора. Дополнительным преимуществом заявленного трансформатора перед прототипом и другими известными трансформаторами на тороидальных сердечниках является то, что начала и концы всех обмоток не требуют закрепления, (например, при помощи ниток). При соответствующем выборе диаметра отверстий в выступающей части цилиндрической втулки витки хорошо закреплены без применения дополнительного крепления. В качестве материала для втулки наиболее пригоден фторопласт, отличающийся повышенной теплостойкостью и менее других материалов препятствующий прохождению через отверстия провода при намотке. Предлагаемая конструкция трансформатора обеспечивает возможность крепления его как в горизонтальном положении на шпильку, закрепленную на плате или на шасси устройства, так и в вертикальном положении - между двумя стойками, также при помощи шпильки, размещенной в отверстии втулки.
Заявленный трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации может быть использован для согласования высокочастотных радиотехнических устройств повышенной мощности, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, с низкоомными трактами, а также может быть применен в качестве индуктивного элемента с одновременным выполнением функции трансформации непосредственно в составе частотно-селективного устройства.
Источники информации
1. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учеб. пособие для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987, с. 136, рис. 4.7 а.
2. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: Учеб. пособие для вузов/ О.В.Алексеев, А.А.Головков, А.Я.Дмитриев и др.; Под ред. О.В.Алексеева. - М.: Радио и связь, 1987, с. 118...125.
3. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: 1990, с. 11.