Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Получение эффекта «бегущая волна»

Для получения эффекта «бегущая волна» лампы трех гирлянд (секций) нужно расположить так, чтобы они чередовались Тогда при поочередном включении гирлянд создается впечатление, что свет «бежит» по гирляндам, например слева направо или снизу вверх

Переключатель гирлянд в этом случае можно собрать на тиристорах (рис 526) по схеме трехфазного мультивибратора

При включении устройства в сеть тиристоры окажутся закрытыми, а конденсаторы С1..СЗ начнут заряжаться через соответствующие резисторы Напряжение на управляющих электродах тиристоров будет возрастать Но поскольку напряжение открывания тиристоров неодинаково, то через некоторое время откроется лишь один из них, с меньшим напряжением открывания Допустим, это будет тиристор VD3 Тогда гирлянда HL2 загорится, а конденсатор СЗ разрядится через диод VD4 и открытый тиристор VD3 Конденсатор же С1 продолжает заряжаться, поэтому вскоре откроется тиристор VD1 и загорится гирлянда HL1, а тиристор VD3 закроется, поскольку конденсатор С2 разрядится через цепочку VD2..VD1 Таким образом, тиристоры будут открываться строго поочередно, включая соответствующие гирлянды

Частота переключения гирлянд зависит от номиналов резисторов Rl, R3, R5 и конденсаторов С1..СЗ

Гирлянды могут быть выполнены из ламп с последовательным или параллельным соединением с общим напряжением 180-200 В, подводимым к концам каждой гирлянды, и током потребления не более 2 А

Рис 526 Схема получения эффекта «бегущая волна» (вариант 1)Вторая схема – переключатель четырех гирлянд (вариант Сенина)

С его помощью можно переключать гирлянды плавно или получать эффект «бегущий огонь» при соответствующем расположении ламп гирлянд Переменным резистором изменяют скорость переключения гирлянд, а также скорость и направление «бегущего огня»

Схема этого автомата приведена на рис 527 На транзисторах VT1, VT2 собран задающий генератор, выполненный по схеме несимметричного мультивибратора Он питается от простого стабилизатора напряжения, составленного балластным резистором R6 и стабилитроном VD7 Импульсы, снимаемые с выходов мультивибратора, подаются на управляющие электроды тиристоров через разделительные конденсаторы С1 и С4

Рис 527 Схема получения эффекта «бегущая волна» (вариант 2)

К каждому тиристору подключены две гирлянды, но зажигаются они неодновременно К примеру, когда открыт тиристор VS1, зажигается гирлянда HL1 во время положительного полупериода напряжения на ее верхнем по схеме выводе или HL2 во время такого же полупериода напряжения на ее верхнем выводе Аналогично включаются гирлянды HL3 и HL4

Поскольку задающий генератор не синхронизирован с частотой сети, фаза управляющих тиристорами импульсов непрерывно изменяется относительно фазы сетевого напряжения, что и определяет скорость переключения гирлянд, а также скорость «бегущего огня» Направление движения «бегущего огня» зависит от частоты генератора – ее устанавливают переменным резистором R3 При среднем положении движка резистора гирлянды горят постоянно

В автомате можно использовать тиристоры КУ201 или КУ202 с буквенными индексами К..Н Вместо МП42Б подойдут транзисторы серий МП39..МП42 Диоды VD1..VD6 и VD8..VD11 – КД105, КД202 и другие с обратным напряжением не менее 300 В, стабилитрон VD7 – Д814А, Д814Б, Д808, Д809 Постоянные резисторы – МЛТ-2 (R6) и МЛТ-0,125 (остальные), переменный резистор – СП0- 0,5, СПЗ-12, СП-1

Налаживать переключатель лучше всего при пониженном (например, с помощью автотрансформатора) переменном напряжении и с низковольтными лампами в качестве гирлянд При этом резистор R6 временно заменяют резистором меньшего сопротивления (оно зависит от питающего переменного напряжения) После включения автомата сразу же должны светиться все гирлянды Если какой-то из тиристоров не включается и часть гирлянд не горит, необходимо подобрать конденсаторы С1 и С4 большей емкости

После этого подстраивают задающий генератор Установив движок переменного резистора R3 примерно в среднее положение, подбором резистора R4 (или R2) добиваются остановки «бегущего огня»

Третья схема собрана на интегральных микросхемах и тиристорах (вариант Безрукова)

Обычно электронные переключатели, позволяющие добиться подобного эффекта, управляют при каждом такте одной гирляндой В этом случае, несмотря на наличие даже четырех гирлянд, общая яркость их получается недостаточной Повысить ее можно, коммутируя при каждом такте две гирлянды Эффект «бегущего огня» при этом несколько усиливается

Схема автомата для такого переключения приведена на рис 528 Он выполнен на четырех интегральных микросхемах (ИМС) и стольких же тиристорах Причем благодаря использованию тиристоров КУ201Л, способных открываться уже при токе через управляющий электрод 8 мА, удалось обойтись без согласующих транзисторных каскадов

Автомат состоит из генератора с согласующим каскадом (элементы DD11..DD13), счетчика на триггерах (микросхема DD2), дешифратора (элементы микросхемы DD3) и инверторов (элементы микросхемы DD4)

Пока переключатель SA1 находится в показанном на схеме положении, гирлянды загораются поочередно Когда ручка переключателя установлена в другое крайнее положение, при каждом такте будут зажигаться две гирлянды

Рис 528 Схема получения эффекта «бегущая волна» (вариант 3)

Если нужно зажигать одновременно три гирлянды (в этом случае будет «бежать» не свет, а тень), микросхему DD4 следует изъять и подключить управляющие электроды тиристоров (резисторы R4..R7 остаются) непосредственно к выходам элементов DD3E.DD34 Но в этом случае в качестве DD3 нужно использовать микросхему К155ЛА8

Для питания автомата по цепи +5 В используется блок (рис 529), состоящий из понижающего трансформатора Тр1, двухполупериод- ного выпрямителя на диодах VD5..VD8 и стабилизатора напряжения на стабилитроне VD9 и транзисторе VT1 Для сигнализации включения блока питания применен светодиод HL1

Рис 529 Принципиальная схема блока питанияТрансформатор Tpl – ТС-12-1, но его нужно доработать: отмотать от вторичной обмотки 70 витков Подойдет другой готовый или самодельный трансформатор мощностью 5×10 Вт с напряжением на вторичной обмотке 8-10 В

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

Схемы получения эффекта бегущая волна в электрических рекламах

Первая схема «бегущая волна» на тринисторах. Для получения эффекта «бегущая волна» лампы трех гирлянд (секций) нужно расположить так, чтобы они чередовались. Тогда при поочередном включении гирлянд создается впечатление, что свет «бежит» по гирляндам, например слева направо или снизу вверх.

Переключатель гирлянд в этом случае можно собрать на тринисторах (рис. 36) по схеме трехфазного мультивибратора.

При включении устройства в сеть тринисторы окажутся закрытыми, а конденсаторы С1 — СЗ начнут заряжаться через соответствующие резисторы. Напряжение на управляющих электродах тринисторов будет возрастать. Но поскольку напряжение открывания тринисторов неодинаково, то через некоторое время откроется лишь один из них — с меньшим напряжением открывания. Допустим, это будет тринистор ДЗ. Тогда гирлянда Л2 загорится, а конденсатор СЗ разрядится, через диод Д4 и открытый тринистор ДЗ. Конденсатор же С1 продолжает заряжаться, поэтому вскоре откроется тринистор Д1 и загорится гирлянда Л1, а тринистор ДЗ закроется, поскольку конденсатор С2 разрядится через цепочку Д2 — Д1. Таким образом, тринисторы будут открываться строго поочередно, включая соответствующие гирлянды.

Рис. 36. Электрическая схема на триинсторах для получения эффекта «бегущая волна»

Частота переключения гирлянд зависит от номиналов резисторов Rt, R3, R5 и конденсаторов С1 — СЗ. Гирлянды могут быть выполнены из ламп с последовательным или параллельным соединением с общим напряжением, подводимым к концам каждой гирлянды, 180—200 В с током потребления не более 2 А.

Вторая схема с применением шагового искателя и магнитных пускателей.

«Бегущую волну» можно создать и с помощью схемы, приведенной на рис. 37. Подвижный контакт шагового искателя ШИ, находясь в положении 1, замыкает на 0,5 периода колебаний мультивибратора MB цепь обмотки МП1, которая тут же блокируется нормально разомкнутыми контактами. Перейдя в положение 2, щетка ШИ замыкает цепь питания МП2, который своими нормально замкнутыми контактами разомкнет цепь МП1, а нормально разомкнутыми контактами заблокирует электрическую цепь контакта ШИ. Те же операции произойдут, когда щетка ШИ перейдет в положение 3. В результате рабочие контакты й определенной последовательности поочередно замыкают и размыкают цепи питания соответствующих групп электроламп — создается иллюзия бегущей световой волны.

Рис. 37, Структурная схема для получения эффекта «бегущая волна»

Особенность данной схемы — исключение маломощных контактов ШИ из коммутации цепей питания индуктивных нагрузок (обмоток МП). Эту роль выполняют мощные нормально замкнутые контакты самих магнитных пускателей.

Третья схема — на шаговом искателе.

При изготовлении световых реклам, демонстрационных установок можно имитировать движение жидкости, газа и т. п. с помощью электролампочек, используя эффект «бегущая волна».

Принципиальная схема приведена на рис. 38.

Рис. 38. Электрическая схема на шаговом искателе для получения эффекта «бегущая волна»

При включении питания загорается лампочка Л1 и заряжается емкость конденсатора С. После того как конденсатор С зарядится и его сопротивление увеличится, ток пойдет по обмотке реле Р. Его контакт Р1 снимет питание с этой обмотки и подаст напряжение на шаговый искатель ШИ, который включит лампочку JI2. Конденсатор С разрядится, и контакт реле Р1 возвратится в первоначальное положение. Теперь схема готова к повторению того же цикла, но загорится уже лампочка ЛЗ, и т. д.

В устройстве использовано реле типа РСМ-2, можно использовать и другое с сопротивлением порядка 750 Ом и током срабатывания не более 20 мА. Частота переключения лампочек задается подбором емкости конденсатора С, в данном случае она равна 2 Гц.

Данное устройство используется для оживления макетных устройств и т. п. Источником питания служит выпрямитель напряжением 24 В.

Согласующие устройства на ферритовых магнитопроводах

Вопросы согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера, а также симметрирование антенн для радиолюбителей всегда были и остаются актуальными. В последние годы особый интерес проявляется к трансформирующим и согласующим устройствам на ферритовых кольцах. Это связано с тем, что такие устройства могут быть малогабаритными, иметь высокий (до 98 %) КПД. Кроме того, в них не проявляются резонансные свойства при перекрытии частотного интервала в несколько октав (например, от 1 до 30 МГц) что особенно удобно, когда используются многодиапазонные антенны (“квадраты”, “INVERTED V” [1. 2], 3-элементный трехдиапазонный “волновой канал” [3] и т. д.).

В таких широкополосных трансформаторах обмотки выполняют в виде двухпроводных длинных линий передачи (на основе коаксиального кабеля или однородных), намотанных на ферритовое кольцо. Такое выполнение обмоток позволяет практически устранить индуктивность рассеивания и уменьшить индуктивность выводов.

Условное обозначение трансформатора на длинных линиях (ТДЛ), принятое в статье, с одной обмоткой из двухпроводной линии приведено на рис. 1.а, с несколькими (в данном случае с двумя) – на рис. 1.б.


Рис.1

На рис. 2 показано включение ТДЛ с коэффициентом трансформации n=1.


Рис.2

Трансформатор состоит из обмотки в виде однородной длинной линии, намотанной на кольцевой ферритовый магнитопровод. Ее электрическая длина P=2пl/L, где l – геометрическая длина линии, L – длина волны (лямбда). Так как при распространении высокочастотной волны токи, протекающие по проводникам линии, равны по значению и противоположны по направлению, то магнитопровод не намагничивается, а это значит, что мощность в феррите практически не теряется. При согласовании вол нового сопротивления линии g с сопротивлениями источника Rг и нагрузки Rн ТДЛ теоретически не имеет нижней и верхней граничных -частот. На практике же максимальная рабочая частота ограничивается из-за индуктивности выводов и излучения линии.

Читайте также:  Самоделки из бензопилы видеоподборка (лучшее видео)

Следует обратить внимание на особенность ТДЛ. которая заключается в наличии двух видов напряжений: противофазного U, действующего между проводниками линии и определяемого мощностью сигнала, и синфазного (или продольного) V, обусловленного асимметрией нагрузки и зависящего от варианта включения трансформатора.

Как образуется синфазное напряжение, действующее между генератором и нагрузкой, т. е. на индуктивности линии Lл, хорошо видно из рис, 3.


Рис.3

Очевидно, что проводники длинной линии шунтируют нагрузку и генератор, если по ним протекают синфазные токи. Введение магнитопровода резко увеличивает индуктивность обмотки, тем самым повышает сопротивление синфазному току и резко уменьшает их шунтирующее действие. В тоже время на распространение волны магнитопровод не оказывает влияния, так как обеспечивается режим бегущей волны (Rг=g=Rи).

Существует несколько способов построения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п. Можно, например, придерживаться следующего правила. Обмотки (их должно быть n) выполняют из равных по электрической длине отрезков двухпроводных линий. Каждую обмотку размещают на отдельном кольцевом магнитопроводе одного типа. Входы линий с повышающей стороны соединяют последовательно, с понижающей — параллельно.

В общем виде схема включения ТДЛ с целочисленным коэффициентом трансформации п показана на рис. 4.


Рис.4

Здесь справедливы соотношения Rг=n2Rн, U1=nU2, g=nRн.

На рис. 5 изображены различные варианты включения ТДЛ.


Рис.5

Можно построить ТДЛ и на одном магнитопроводе, но при этом обязательно соблюдают следующие требования. Во-первых, число витков каждой линии должно быть пропорционально значению синфазного напряжения, действующего между концами этой линии, поскольку обмотки связаны общим магнитным потоком. Во-вторых, геометрические длины всех линий обязательно должны быть одинаковыми. В зависимости от варианта включения ТДЛ может даже случиться, что некоторые линии частично или полностью должны быть размещены не на магнитопроводе.

Чтобы определить число витков в обмотках, необходимо вычислить значения синфазных напряжений Vк на каждой линии.

В ТДЛ с несимметричными входом и выходом (тип НН. рис. 5, а)

в инвертирующем (тип НН, рис. 5, б) Vк=(n-к+1)Uн;

с симметричным входом и несимметричным выходом (тип СН, рис. 5, в)

с несимметричным входом и симметричным выходом (тип НС, рис. 5, г)

с симметричными входом и выходом (тип СС, рис. 5, д)

В формулах n – коэффициент трансформации, к – порядковый номер линии, считая сверху, Uн – напряжение на нагрузке.

Эти же формулы являются исходными. когда определяют отношение числа витков в обмотках, размещаемых на магнитопроводе. Если, например, ТДЛ с коэффициентом трансформации n=3 включают по схеме, изображенной на рис. 5, а, то V1:V2:V3=w1:w2:w3=2:1:0. Из этого следует, что верхнюю по рисунку линию размещают на магни-топроводе полностью (w1), у второй –только половину витков (w2=w1/2), а третья целиком (w3=0) должна находиться пне магнитопровода. Геометрическая длина всех линий одинакова.

При согласовании “волнового канала”, имеющего входное сопротивление 18,5 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем с помощью ТДЛ (включен по схеме рис. 5, г) с коэффициентом трансформации 2 соотношение витков обмоток равно w1_w2= (2+1/2-1:(2+1/2-2)=3:1. Это означает, что на магнитопроводе верхняя по рисунку обмотка должна находиться целиком, а у второй – только ее третья часть.

Когда длина линий для обмоток много меньше длины рабочей волны, ТДЛ могут быть упрощены: линии, где синфазные напряжения равны нулю. заменяют перемычкой. В этом случае, например, трехобмоточный ТДЛ (рис. 5, д) преобразуется в двухобмоточный (рис. 6).


Рис.6

Коэффициент передачи ТДЛ зависит от того, насколько волновое сопротивление отлично от оптимального значения и каково при этом соотношение электрической длины линии и длины волны. Если, например, с отличается от требуемого в два раза, то потери в ТДЛ равны 0,45 дБ при длине линии лямбда/8 и 2,6 дБ при лямбда/4. На рис. 7 приведена зависимость коэффициента передачи ТДЛ с n=2 от фазовой длины его линий для трех значений g.


Рис.7

Расчет, приведенный в [4], показывает, что, если используются линии с оптимальными значениями у, коэффициент стоячей волны в ТДЛ не превышает 1,03 при длине линии лямбда/16 и 1,2 при длине лямбда/8. Отсюда можно сделать вывод, что параметры ТДЛ остаются удовлетворительными при длине двухпроводных линий меньше лямбда/8.

Исходными данными при расчете ТДЛ являются коэффициент трансформации п, вариант включения ТДЛ, нижняя и верхняя границы рабочего диапазона частот (в герцах), максимальная мощность Рmax на нагрузке (в ваттах), сопротивление нагрузки Rн (в омах) и волновое сопротивление фидера g (в омах). Расчет ведут в такой последовательности.

1. Определяют минимальную индуктивность проводника линии Lл (в генри) из условия, что

На практике Lл, можно брать в 5. 10 раз больше вычисленного отношения Rг к 2fн.

2. Находят число витков w линии на кольце магнитопровода:

где dcp – средний диаметр кольца (в см), S – площадь поперечного сечения магнитопровода (в см 2 ), ,u – относительная магнитная проницаемость магнитопровода. 3. Рассчитывают синфазный ток Ic; (в амперах), протекающий по обмотке ТДЛ, на низшей рабочей частоте:

где Vc – синфазное напряжение на линии, вычисляемое для конкретных вариантов включения в соответствии с вышеприведенными соотношениями.

4. Определяют магнитную индукцию (в теслах) Магнитопровода:

Магнитопровод выбирают с учетом, чтобы он не насыщался синфазным током (или постоянным, если он есть). Для этого магнитная индукция в магнитопроводе должна быть на порядок меньше индукции насыщения (берут из справочников).

5. Находят Пиковое напряжение Uпик в линии:

где у – КСВ в фидере.

6. Вычисляют эффективное значение тока Iэфф (в амперах):

7. Определяют диаметр d проводов (в миллиметрах) длинной линии:

где J – допустимая плотность тока (в амперах на миллиметр квадратный).

Для ТДЛ антенных согласующих устройств подходят кольцевые (типоразмерами К55Х32Х9, К65Х40Х9) магнитопроводы из ферритов 300ВНС, 200ВНС, 90ВНС, 50ВНС, а также 400НН, 200НН, 100НН. При необходимости магнитопровод может быть составлен из нескольких колец. Нужное волновое сопротивление длинной линии получают, равномерно скручивая между собой (с определенным шагом) проводники (см. таблицу). В случае крестообразного соединения проводов с оказывается ниже, чем когда соединены между собой соседние проводники. Волновое сопротивление линии из нескрученных проводов диаметром 1.5 мм равнялось 86 Ом.

Волновое сопротивление длинной линии в зависимости от шага скрутки и вида соединений

ВидШаг скрутки, см
43210.670.25
:7060564436
I I45434033 (32)*
X23222018 (19)*10**

* При диаметре проводов 1 мм.
** При диаметре проводов 0.33 мм.

Чтобы улучшить параметры (в частности, коэффициент асимметрии) и одновременно упростить конструкцию согласующе-трансформирующего узла, применяют последовательное соединение нескольких ТДЛ различного типа.

Для примера по приведенной методике рассчитаем составной ТДЛ с n=2. Он должен согласовать входное сопротивление 12,5 Ом симметричной антенны с коаксиальным кабелем РК-50. Нижняя рабочая частота – 14 МГц. Мощность не превышает 200 Вт. Для ТДЛ предполагается использовать магнитопроводы типоразмером К45Х28Х8 (dcp=3,65 см, S=0,7 см 2 ) из феррита 100НН (его удельная индукция насыщения – 0,44 Тл/см 2 [5]).

Пусть первая ступень с коэффициентом трансформации n=2 составного ТДЛ (рис. 8) будет включена по схеме рис. 5, а, а вторая (с n=1) -по схеме рис. 5, г.


Рис.8

Рассчитываем первый ТДЛ.

Примем Lл равной 13,5 мкГн.

2. Вычисляем число витков обмотки:

Такое число витков двойного толстого провода с трудом можно разместить в окне магнитопровода. Поэтому целесообразно использовать два кольца. В этом случае магнитопровод будет иметь размеры К45Х 28Х16 (S=1.4 см 2 ). Новое число w:

3. Определяем пиковое напряжение на нагрузке:

4. Находим синфазное напряжение на обмотках в соответствии со схемой включения (рис. 5, а):

V1=(2-1)71=71 В. Поскольку синфазное напряжение на второй обмотке равно 0, то эта обмотка заменяется перемычками (рис. 6).

5. Синфазный ток равен:

6. Вычисляем магнитную индукцию в магнитопроводе:

В=4*10 -6 *100*9*0,06/3,65=59*10 -6 Тл, что значительно меньше индукции насыщения.

Волновое сопротивление линии g1=50 Ом.

Во втором ТДЛ целесообразно применять такие же кольца, как и в первом. Тогда Lл=13,5 мкГн, w=9 витков.

7. Синфазное напряжение на обмотке V=(2+1/2-1)71=106,5 В.

8. Синфазный ток равен:

L=106,5/2*3,14*14*10 6 *13,5*10 -6 =0,09 А.

9. Магнитная индукция

В=100*4*10 -6 *9*0,09/3,65=89*10 -6 Тл.

И в данном случае она получается меньше индукции насыщения. Волновое сопротивление линии обмотки выбирают около 12 Ом.

Диаметр проводов для линий ТДЛ определяют так же, как и диаметр проводов для обмотки в обычных трансформаторах. Этот расчет здесь не приводится.

Внимательный читатель может заметить неточность в приведенном расчете (связана с применением составных ТДЛ). Она заключается в том, что индуктивность Lл вычисляется без учета того, что обмотки ТДЛ первой и второй ступени соединены, т. е. с некоторым запасом. Так что на практике в ТДЛ каждой ступени можно уменьшить число витков в обмотках и применить ферритовые магнитопроводы меньших размеров.

Используя комбинации различных одиночных ТДЛ, можно получить широкую гамму ТДЛ с заданными характеристиками [4].

У изготовленных ТДЛ следует измерять КПД и коэффициент асимметрии [4]. Схема включения ТДЛ при определении первого параметра показана на рис. 9, второго – на рис. 10. Потери а (в децибелах) в трансформаторе рассчитывают по формуле: а=20lg(U1/nU2).


Рис.9


Рис.10

Автором было сделано несколько ТДЛ. Практические данные некоторых из них приводятся ниже. Внешний вид двух трансформаторов показан на рис. 11.


Рис.11

Симметрирующий ТДЛ (тип НС) с коэффициентом трансформации n=1, работающий в диапазоне частот 1,5. 30 МГц при выходной мощности до 200 Вт, для согласования фидера РК-50 с входным сопротивлением антенны 50 Ом можно изготовить на магнитопроводе 50ВНС типоразмером

К65Х40Х9. Число витков обмоток линии (g=50 Ом) – 9. Обмотки 1-1′, 2-2′ (рис. 12) мотают в 2 провода ПЭВ-2 1,4 бифилярно, без скруток. Чтобы обеспечить постоянство расстояния между проводами, на них надевают фторопластовую трубку. Обмотку 3-3′ наматывают отдельно на свободной части кольца тем же проводом и той же длиной, что обмотки 1-1′, 2-2′. КПД изготовленного ТДЛ был около 98%. коэффициент асимметрии – более 300.


Рис.12

ТДЛ с коэффициентом трансформации n=2 (тип НС), рассчитанный на мощность до 200 Вт, согласующий 75-омное волновое сопротивление фидера с симметричным входом антенны, у которой входное сопротивление 18 Ом. можно изготовить на магнитопроводе 200НН (рис. 13) типоразмером К65Х40Х9. Обмотки должны содержать 9 витков линий из проводов ПЭВ-2.1,0. Изготовленный трансформатор имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии на частоте 10 МГц – 20, на частоте 30 МГц – не менее 60.


Рис.13

На рис. 14 приведена схема включения составного ТДЛ (типа НС) с коэффициентом трансформации n=3, согласующего антенну, имеющую входное сопротивление 9 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем. ТДЛ, рассчитанный на работу в диапазоне 10. 30 МГц при мощности до 200 Вт, выполняют на кольцах (типоразмер К32Х20Х6) из феррита 50ВНС. Магнитопроводы трансформаторов WT1 и WT2 составляют из двух колец, обмотки и катушка L1 должны содержать по 6 витков. Длинные линии и катушку выполняют проводом ПЭВ-2 1,0. Волновое сопротивление линии для WT1 – 70 Ом, для WT2 – 25 Ом. Построенный ТДЛ имел КПД 97 %, коэффициент асимметрии – не менее 250.

Читайте также:  Станки и инструменты своими руками (видеоподборка)


Рис.14

Перед эксплуатацией ТДЛ следует принять меры по защите их от неблагоприятных климатических воздействий. Для этого трансформаторы обматывают фторопластовой лентой, помещают в коробку и, если есть возможность, заливают компаундом КЛТ.

Литература:

1. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн.- М.; Радио и связь, 1983.
2. Ротхаммель К. Антенны.- М.: Энергия, 1979.
3. Захаров В. Трехдиапазонная трехэлементная антенна волновой канал.- Радио, 1970. № 4.
4. Лондон С. Е., Томашевич С.В. – Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам.- М.; Радио и связь, 1984.
5. Михайлова М. и др. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1983.

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Экспериментировал с выходной катушкой. Собрал простой кварцевый генератор подкидывал разный кварцы, подбирал длину катушки. В цепь конденсатора С8 включил резистор 1 ом — как измеритель тока проверял по осциллограмме.
Результат — 14 волны ток есть, 12 волны — тока нет, 1 длинна волны — тока нет.

То есть если длинна провода в катушке совпадает с длинной волны частоты генератора, то конденсатор большой ёмкости и даже короткое замыкание не влияет на ток потребление – тока в цепи обмотки нет !
Но есть одно замечательное свойство — отражение электромагнитной волны от неоднородностей.
Приведу пример — включим мощный передатчик и отключим антенну, выходной каскад просто сгорит (нет нагрузки). Но во первых выходной каскад сгорает не из-за того что нет нагрузки, а из-за того, что на конце кабеля возникает неоднородность материи (кабель кончается) образуется отражение электромагнитной волны от конца кабеля и отражённая волна поступает обратно в кабель. Происходит сложение фаз сигнала прямой волны и отражённой и как следствие идёт лавинное образование больших мощностей — которые и выводят выходной каскад из строя.
Но.
выходной каскад как показала моя практика сгорает не всегда, а только тогда, когда длинна кабеля не совпадает с длинной волны (возникает КСВ).

С отражением получается интересный эффект — мы затратили энергию на возникновение электромагнитной волны и с задержкой по времени волна возвращается к нам отдавая нашу затраченную энергию, которая складывается с следующий порцией энергии. Многократное сложение волн даёт лавинный приток энергии.
Ни каких нарушений законов физики — просто дали энергию в займы и получаем свои проценты.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Длина проводов суммируется с длиной цепи контура и это надо учитывать,иногда считанные сантиметры играют роль.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

doktorsvet пишет:
И вообще мне тут как бы скучно паять одному в одно лицо, давайте присоединяйтесь, а результаты выкладывайте сюда на ветку.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Продолжаю эксперименты. Собрал генератор ВЧ по схеме автора.
Запускается если расположить обмотки так:

настроил на частоту 14 Mhz. Работает крайне не стабильно. С прогревом транзистора сильно уходит частота ( с 14.1 до 13.5 ). Иногда происходит срыв генерации.

Решил всё таки остановиться на схеме с кварцем ( которую выкладывал ранее ).

Обмотки оставил также, потому что такое расположение исключает влияние обмоток между собой. Гармоника которая возникает в коллекторной катушке гасится противофазным расположением обмоток ВЧ.
Начинаю финальную сборку, пока решаю на каком кварце остановиться. Думаю что на 13809 кГц.

Эксы встали — кончился провод. Подкуплю, продолжу.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Magur пишет: Эти несколько загогулин должны сразу совпадать с собственным резонансом катушки, тогда энергия на переходном процессе теряться не будет.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Обмотки
генератора НЧ по 10 витков.

Как на 50кГц может работать генератор без сердечника?.
Может, обмотки по десять витков, это вторички, а сам генератор НЧ намотан все таки на сердечнике?

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Обмотки
генератора НЧ по 10 витков.

Как на 50кГц может работать генератор без сердечника?.
Может, обмотки по десять витков, это вторички, а сам генератор НЧ намотан все таки на сердечнике?

Скважность сделай 20 % и будет работать.

А где Вы увидели на 555 изменение скважности?

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Сам принцип родился из нашумевшего на энергетических форумах «волнового резонанса», получение которого представляет определённые трудности из-за одновременного выполнения нескольких условий. Например, необходимо получить почти идеальное отражение волны от обоих концов длинной линии при том, что полученный между ними максимум тока или напряжения должен перемещаться вдоль этой линии с заданной скоростью. Кроме этого, одновременно с описываемыми процессами предполагается получение и LC-резонанса.

Предлагаемая идея сильно упрощает первую и главную задачу: получение и передвижение максимума тока или напряжения вдоль длинной линии. Фактически, мы должны перераспределить электроны вторичной обмотки трансформатора по её длине, смещая их максимум на один из концов вторичной катушки, получая там, таким образом, пучность тока (напряжения).

В этой серии заметок автор не будет затрагивать вопросы конструктивного исполнения и конкретной реализации устройства, а лишь делится со своими читателями идеями и возможными путями их воплощения. Тем не менее, некоторые ключевые моменты конструкции будут здесь описаны.

Ток и напряжение во вторичной обмотке обычного трансформатора можно описать функцией от времени:


Примечание. Изображенный на схеме способ возбуждения первичных обмоток далеко не единственный

На принципиальной схеме изображены восемь первичных катушек, но согласно расчетам, в общем случае, их может быть три или более. Общая формула для нахождения эффективности TTW, а точнее — увеличения КПД второго рода eta_ <2>, такая:

Как видно из формулы, если число первичных обмоток будет одна или две, то никакого увеличения eta_ <2>мы не получим. Эффективность установки может проявиться только начиная с N = 3 , но, учитывая привычный нам КПД, который в преобразователях подобного типа может быть достигать 75%, в реальном устройстве минимальное число первичных катушек должно быть не менее четырёх.

Автор предлагает начать с N = 8 , когда эффект от TTW будет явно проявлен. Для этого нужно будет намотать восемь независимых и расположенных рядом катушек, которые должны затем вставляться внутрь (или надеваться поверх) одной вторичной катушки. Это и будет наш TTW.

Вообще говоря, расположение и намотка катушек TTW — это ещё одна отдельная тема для разработки. Конструкция трансформатора может быть разной: от плоской, до торроидальной. Также, вторичная катушка может использовать свойства сердечника, — наматываться и располагаться, как девятая катушка, в один ряд с остальными.

Возбуждать первичные обмотки будем одиночными импульсами последовательно по-очереди: от I-ой до VIII-й (см. схему). На вторичной обмотке мы должны будем получить максимальное напряжение, которое будет зависеть от длительности импульсов в первичных обмотках, их индуктивностей, ёмкости Cр и сопротивления нагрузки Rн.

Возбуждать катушки первичных обмоток можно разными способами, ниже — приведём один из них. Эта схема состоит из трёх цифровых микросхем высокоскоростной серии 74HCXX, одного стабилизатора напряжения и восьми выходных транзисторов.

Список элементов схемы и их замены (в скобках):

  • DD1 — 74HC00 (1564ЛА3)
  • DD2 — 74HC393 (1564ИЕ19)
  • DD3 — 74HC164 (1564ИР8)
  • DA1 — LM7805 (КР142ЕН5А)
  • VD1..VD4 — 1N4148 (любой маломощный ультрафаст)
  • SA1 — DS-04B, SWD1-4 (любой DIP-переключатель на 4 секции)
  • SA2 — DS-02B, SWD1-2 (любой DIP-переключатель на 2 секции)
  • VT1..VT8 — 2SC4793 (быстродействующий, с крутыми фронтами, малой ёмкостью, напряжением коллектор-эмиттер более 200 V и коэффициентом усиления по току не менее 100).

Сдвиговый регистр DD3 вместе в генератором DD1.1-DD1.2 формирует последовательную серию импульсов, которые управляют выходными транзисторами VT1-VT8. В зависимости от положения переключателя SA1 меняется длительность импульсов бегущей волны, а также — её скважность. Это становится возможным при помощи различных комбинаций двоичного кода с выхода счётчика DD2, которые через диоды VD1-VD4 и переключатель SA1 задают эти параметры. Два верхних контакта SA1 определяет длительность импульса волны (от 1-го до 3-х тактовых периодов), два нижних — промежуток между этими импульсами. Если все контакты этого переключателя разомкнуты, то после завершения последней волны все выходные транзисторы корректно отключатся.

Переключателем SA2 меняется частотный диапазон работы задающего генератора.

На схеме не показаны выводы питания микросхем. Они стандартные: 7 — минус питания (общий), 14 — плюс. Все минусы нужно соединить и подключить к общему проводу и к Gnd стабилизатора DA1. Все плюсовые выводы — к его Out (или +5V).

Более совершенная схема выходных каскадов раскачки собирается на драйверах выходного сигнала TC4420 (DA1-DA8) и ключах на MOSFET-ах (VT1-VT8). Транзисторы для ключей нужно выбирать по следующим параметрам: время нарастания и спада сигнала — не более 100 ns, выходная ёмкость — не более 600 pF, максимальное напряжение сток-исток — более 400 V. Очень хорошо в таких схемах работают MOSFET-ы IRFP460, IRFP840.

Выводы питания драйверов последовательно шунтируются ёмкостями в 100 nF, а на входе питания — дополнительно — 10 мкФ.

Общее питание схемы нужно будет снизить с 24 до 15..18V — согласно паспортным данным драйвера TC4420.

Схема возбуждения настройки не требует, а вот её совместная работа с TTW потребует кропотливой работы и творческого подхода. Здесь автор может высказать лишь свои соображения, а получение всех возможных эффектов (в том числе и СЕ) будет зависеть только от вас, дорогие читатели.

Главной особенностью работы нашего трансформатора является получение бегущей волны вдоль вторичной катушки, причём её скорость должна соответствовать скорости распостранения электромагнитной волны (магнитного потока). Эта скорость, а значит и частота переключения выходных транзисторов будет максимальной, если TTW будет воздушным. Для такого трансформатора нужно применять более высокоскоростные схемы возбуждения — на 100 МГц и более.

Сердечник замедляет этот процесс, причём, чем выш его проницаемость, тем больше. Скорость распостранения волны в феррите 2000НМ — 5-10 нс/см, а железе — порядка микросекунды/см, что уже подходит для приведенной выше схемы. С различными типами сердечника возможно получение новых свойств этого трансформатора.

Вторая особенность, которая открывает новые возможности, — получение LC-резонанса вторичной обмотки TTW и Cр. При выполнении всех этих условий возможно получение интересных эффектов, недостижимых в экспериментах с обычным трансформатором.

Лампа бегущей волны: как это работает

Фото: НПП «Алмаз»

Со времени изобретения СВЧ-усилительного прибора лампы бегущей волны (ЛБВ) прошло 75 лет. За эти годы она стала одним из самых распространенных СВЧ-приборов и легла в основу десятков новых изобретений.

У нас в стране первая лампа бегущей волны была создана в 1951 году специалистами фрязинского НПП «Исток». Сегодня в России в сфере производства ЛБВ лидирует холдинг «Росэлектроника». Входящее в его состав АО «НПП «Алмаз» совсем недавно представило свою новинку – первую российскую бортовую лампу бегущей волны с охлаждением за счет излучения в открытый космос. Эта разработка сделает спутники связи значительно легче и надежнее.

Читайте также:  Как я построил яхту своими руками (9 видеороликов)

О том, как появилось на свет это изделие, на чем основаны принципы его работы, а также о сферах его применения – в нашем материале.

Техника сверхвысоких частот: от военной радиолокации до Wi-Fi

Техника сверхвысоких частот (СВЧ) – область науки и техники, связанная с изучением и использованием свойств электромагнитных колебаний и волн в диапазоне частот от 300 Мгц до 300 Ггц. Это частотный диапазон электромагнитного излучения еще называется микроволновым диапазоном, так как длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, составляющими несколько сотен метров.

К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство передачи информации, основываясь на тех же принципах. Благодаря более высоким частотам появляется возможность передачи огромных информационных объемов. Например, один СВЧ-канал может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров.

Дециметровый и сантиметровый диапазоны являлись предметом научного интереса до начала Второй мировой войны, когда возникла необходимость в новом и эффективном электронном средстве раннего обнаружения. Начались интенсивные исследования СВЧ-радиолокации. Сходство свойств СВЧ-излучения со световыми лучами и высокая плотность переносимой информации оказались очень полезны не только для радиолокационной техники, но и позже нашли свое применение в других областях.

В СВЧ-диапазоне достаточно быстро развиваются телекоммуникации. Сегодня это всеми любимый Wi-Fi, спутниковое телевидение, спутниковая телефония. СВЧ-электроника находит все более широкое применение в связи с развитием таких направлений, как интернет вещей, интеллектуальные производства, системы связи для беспилотников и многое другое.

Излучение СВЧ-диапазона играет важную роль также в исследованиях космического пространства. Один из последних проектов в этой сфере – обсерватория «Миллиметрон» для исследования различных объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах на длинах волн от 0,02 до 17 мм. СВЧ-усилитель для этой космической обсерватории – лампу бегущей волны (ЛБВ) – создает НПП «Алмаз» (входит в «Росэлектронику» Госкорпорации Ростех). Уже испытаны первые экспериментальные образцы, которые позволяют усилить мощность радиосигналов в сотни тысяч раз: разместить обсерваторию планируется на расстоянии 1,5 млн км от Земли.

Развитие техники сверхвысоких частот стало возможным благодаря появлению специальных электровакуумных приборов для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона. К ним относится не только вышеупомянутая лампа бегущей волны, но и другие мощные электровакуумные приборы, такие как клистроны, магнетроны.

К примеру, магнетрон можно найти практически в любом доме. Каждая микроволновая печь содержит магнетрон мощностью около 800 Вт, который преобразует электрическую энергию в сверхвысокочастотное электрическое поле частотой 2,45 ГГц. Кстати, выпуск первых в мире СВЧ-печей начался в 1947 году, всего четыре года спустя была придумана лампа бегущей волны.

ЛБВ, хоть и не применяются в микроволновых печах, стали одними из самых распространенных вакуумных СВЧ-приборов. Они широко используются в различной радиоэлектронной аппаратуре: радиолокации, связи, системах радио-противодействия.

Лампа с бегущей волной: устройство и принцип действия

С момента изобретения лампы бегущей волны прошло уже более 75 лет. С тех пор ее конструкция практически не изменилась. Но, несмотря на кажущуюся простоту, все основные части ЛБВ являются достаточно сложными устройствами, усовершенствование которых длится до сих пор. В мире всего лишь в некоторых странах разрабатывают и выпускают ЛБВ. Кроме предприятий в России, это компании из нескольких европейских стран, а также США, Японии, Индии, Китая и Южной Кореи.

Итак, начнем с определения. Лампа бегущей волны – вакуумный электронный прибор, в котором в результате длительного взаимодействия движущихся электронов с полем бегущей электромагнитной волны происходит усиление этой волны.

От полупроводниковых и газоразрядных приборов лампу отличает наличие в ней вакуума. ЛБВ представляет собой вакуумную трубку, вставленную в фокусирующую магнитную систему.

Так как лампа работает с электронами, нужен катод – электрод, из которого извлекаются электроны. Соблюдая закон сохранения заряда, извлеченные электроны нужно вернуть, для чего потребуется анод – электрод, который притягивает к себе летящие электроны, испущенные катодом. Итак, поток электронов, сфокусированный в узкий луч, движется к коллектору. Для окончательной фокусировки луча используется магнитное поле катушки.

В качестве замедляющей системы в усилительных ЛБВ чаще всего используется спираль. Электронный луч проходит вдоль оси спирали, а по самой спирали бежит волна усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии бегущей волне.

Вначале это кажется нереальным: ведь волна бежит со скоростью света, а электроны движутся почти в десять раз медленнее. Но поскольку СВЧ-сигнал идет по спирали, он достаточно долго взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию. На выходе лампы амплитуда волны намного превышает амплитуду сигнала на входе.

Этот процесс образно и весьма интересно в своей статье описал российский физик Леонид Ашкинази: «Представьте себе, что лифт движется чуть быстрее человека и из него подталкивают бегущего по винтовой лестнице человека – быстрее, быстрее! Согласно третьему закону Ньютона, на лифт будет действовать сила, направленная против движения, он будет тормозиться и отдавать свою энергию человеку, бегущему по лестнице. В итоге их скорости уравняются. Не обвивайся лестница вокруг шахты лифта, ничего бы не получилось – человек движется по прямой лестнице быстрее лифта. А если она обвивается, длина ее увеличивается. Можно подобрать угол наклона витков спирали («лестницы») и скорость электронов («лифта») так, чтобы электромагнитная волна, бегущая по спирали, имела ту же скорость перемещения вдоль оси спирали, что и электроны».

Как появилась ЛБВ: создана архитектором, а не физиком

Синхронизировать бегущую волну с электронами в лампе со спиралью впервые смог австрийский архитектор Рудольф Компфнер в конце 1943 года в лаборатории СВЧ-приборов Бирмингемского университета. Он и считается автором лампы бегущей волны – по-английски Traveling-Wave Tube (TWT).

Невероятно, но Компфнер действительно был архитектором по образованию. Эмигрировав в Англию в конце 1930-х, он продолжил работу архитектором в Лондоне. Но в 1939 году началась Вторая мировая война, и он, как подданный Германии, оказался на острове Мэн вместе с другими выходцами из «враждебных» государств. Компфнер еще в юности очень увлекался физикой, поэтому на острове Мэн только обрадовался возможности оказаться рядом с находившимися здесь профессорами физики. Подкрепив свои знания, в 1940 году ему удается устроиться на факультет физики Бирмингемского университета, где разрабатывались приборы для радаров.


Фото 1946 г. Слева направо: будущий теоретик ЛБВ Джорж Пирс, изобретатель Рудольф Компфнер и теоретик шумов Гарри Найквист. На доске – спираль ЛБВ и пучок электронов внутри нее. Ниже – конструкция катода, из которого выходит поток электронов. Выше катода – формула шумов Найквиста

РЛС активно совершенствовались: на фоне постоянных бомбежек немецких самолетов инженеры искали способ увеличения дальности радиолокаторов. Изобретенная тогда конструкция многорезонаторного импульсного магнетрона для передатчиков радаров не справлялась с задачей. Спасти положение могло бы увеличение чувствительности приемной станции. Но для этого нужен был малошумящий усилитель СВЧ, а его не было. Усилительный (прямопролетный) клистрон с входным и выходным резонатором тоже не помог.

Руди Компфнер, как архитектор, предложил полностью изменить конструкцию электровакуумного прибора. Вместо входного резонатора электромагнитная волна должна бежать по проволочной цилиндрической спирали и взаимодействовать с пучком электронов, летящих внутри длинной спирали. Считалось, что если волна будет долгое время взаимодействовать с пучком, то снизится и доля электронного шума в сигнале.

Чтобы удержать электроны внутри длинной спирали, необходимо магнитное поле соленоида. Так лампа бегущей волны обрела свой привычный вид. Интересен тот факт, что позже ученые поняли – причиной снижение коэффициента шума, которого так добивался Компфнер, была не спираль, а фокусировка магнитным полем, которое стабилизирует «метанье» электронов.

На протяжении всех последующих десятилетий ЛБВ постоянно совершенствовалась, работы в этой сфере велись непрерывно, в том числе и советскими учеными. Первые лампы бегущей волны были разработаны специалистами фрязинского НИИ-160, ныне это НПП «Исток», входящее в холдинг «Росэлектроника».

У самого «Истока»: где разработали первую отечественную ЛБВ

В конце 1940-х за рубежом и у нас в стране появились первые публикации на тему ЛБВ. Статей по теории было много, но на практике даже сами авторы не до конца понимали, как создать конструкцию реально работающей ЛБВ.

На «Истоке» была поставлена задача на правительственном уровне – разработать первый отечественный промышленный образец ЛБВ. В том же 1951 году прибор был принят госкомиссией, а с 1952 года начался серийный выпуск первой отечественной лампы бегущей волны УВ-1. По своему основному параметру – коэффициенту шума – она не имела себе равных за рубежом. Только в 1953 году появились сообщения о создании в США лампы с такими же параметрами, как УВ-1, на тот момент уже выпускаемой серийно.

Впервые усилитель УВ-1 был применен в радиолокационном комплексе Б-200, что позволило намного улучшить характеристики комплекса: повысилась дальность действия, резко возросла устойчивость приемного канала. За несколько лет УВ-1 вошла практически во все новые локационные станции. К 1965 году этот прибор использовался уже в 11 радиолокационных станциях, а выпуск его составлял 11,5 тысяч штук в год.

Началась эпоха непрерывного улучшения параметров ламп бегущей волны: расширялись полосы ее рабочих частот, снижался вес, увеличивалась надежность и долговечность.

Космические старты: ЛБВ для спутников связи и исследований Марса

Одним из основных компонентов спутника связи являются передатчики именно на лампах бегущей волны. В 1960-е годы началась разработка малошумящих ЛБВ для спутниковых систем связи. Эти ЛБВ успешно работали на первых отечественных спутниках «Молния» и «Горизонт». Началось создание наземной системы «Орбита», которая к 1967 году позволила охватить аудиторию телезрителей до 30 миллионов человек. Разработанные на «Истоке» ЛБВ использовались и в передатчиках спутников-исследователей Венеры и Марса, а также в других направлениях освоения космоса. Сегодня вокруг Земли вращаются спутники связи с десятками фрязинских ЛБВ.

Сверхчастотные приборы за десятилетия космической эпохи доказали свою сверхвысокую надежность. Но новые космические старты впереди – сегодня «Росэлектроника» продолжает традиции. Холдинг представил на МАКС-2019 первую российскую бортовую лампу бегущей волны с охлаждением за счет инфракрасного излучения в открытый космос. Разработка позволяет снизить тепловую нагрузку на систему обеспечения терморегуляции космического аппарата более чем в два раза, что, в свою очередь, увеличивает стабильность работы спутника. Лампа бегущей волны УВ-А2014, разработанная «Росэлектроникой», может использоваться как в гражданских, так и в специальных спутниках связи. Ее выходная мощность составляет до 130 Вт, а коэффициент усиления – 50 дБ.

Новинка позволит отказаться от импортных ЛБВ, в настоящее время все еще используемых в российских космических аппаратах. Оригинальные идеи наших ученых, исследователей и конструкторов, которые уже на протяжении семи десятилетий ведут непрерывную работу в этой сфере, создают конкуренцию ведущим мировым производителям.

Ссылка на основную публикацию