ТРАНСФОРМАТОР С ПРОИЗВОЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРАНСФОРМАЦИИ
TRANSFORMER WITH ARBITRARY COEFFICIENTS OF TRANSFORMATION

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для согласования высокочастотных радиотехнических устройств, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, с низкоомными трактами.
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.
Задачей изобретения является повышение коэффициента связи между обмотками.
Указанная задача решается тем, что в трансформаторе с произвольным коэффициентом трансформации, содержащем тороидальный сердечник и две обмотки из провода, намотанные на тороидальном сердечнике, при этом количество витков первичной обмотки существенно превышает количество витков вторичной обмотки, вторичная обмотка выполнена в виде N одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно и размещенных поверх первичной обмотки в центральной ее части, при этом витки каждой обмотки связи частично размещены в одной из N диэлектрических трубок соответственно, причем первые несколько витков и последние несколько витков первичной обмотки частично размещены в первой и второй дополнительных диэлектрических трубках соответственно, расположенных на краях первичной обмотки, при этом каждая из N+2 диэлектрических трубок расположена в средней части тороидального сердечника, а их длина примерно равна высоте тороидального сердечника.
Основной признак, отличающий заявленное изобретение от прототипа, заключается в том, что вторичная обмотка выполнена в виде N одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно и размещенных поверх первичной обмотки в центральной ее части, где
магнитный поток, обусловленный первичной обмоткой, максимален, поэтому максимален коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками. При этом витки каждой обмотки связи частично размещены в одной из N диэлектрических трубок соответственно, расположенных в средней части тороидального сердечника поверх первичной обмотки.
На фигуре представлен в упрощенном виде заявленный трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации для трех одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно (N=3).
Трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации содержит тороидальный сердечник 1 и две обмотки из провода, намотанные на тороидальном сердечнике, при этом количество витков первичной обмотки 2 существенно превышает количество витков вторичной обмотки 3. Вторичная обмотка 3 выполнена в виде N одинаковых обмоток 4 связи, соединенных параллельно и размещенных поверх первичной обмотки 2 в центральной ее части. Витки каждой обмотки 4 связи частично размещены в одной из N диэлектрических трубок 5 соответственно, причем первые несколько витков и последние несколько витков первичной обмотки 2 размещены частично в первой 6 и второй 7 дополнительных диэлектрических трубках соответственно. Все диэлектрические трубки 5, 6 и 7 с размещенными в них частично витками обмоток расположены в средней части тороидального сердечника 1 и притянуты этими витками к внутренней поверхности
тороидального сердечника, при этом диэлектрические трубки 5 располагаются поверх первичной обмотки 2. Длина всех диэлектрических трубок примерно равна высоте тороидального сердечника 1.
Предлагаемый трансформатор с произвольным коэффициентом трансформации имеет высокий коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, благодаря выполнению вторичной обмотки в виде N одинаковых обмоток связи, соединенных параллельно, и их размещению в центральной части первичной обмотки. В результате, заявленный трансформатор обеспечивает меньшее вносимое им затухание по сравнению с трансформатором - прототипом. 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 трубок витки хорошо закреплены без применения дополнительного крепления. В качестве материала для диэлектрических трубок наиболее пригоден фторопласт, менее других материалов препятствующий прохождению через трубку провода при намотке.
Заявленный трансформатор с произвольным (и высоким) коэффициентом трансформации может быть применен в качестве элемента согласования в узкополосном частотно-селективном устройстве, перестраиваемом в диапазоне частот и имеющем высокие входное и выходное сопротивления.
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.