Широкополосные трансформаторы

Широкополосные трансформаторы
на линиях передач
Впервые широкополосный трансформатор на линии (далее ШТЛ) упоминается в статье
Гванеллы (Guanella) „Novel Matching Systems for High Frequencies“ выпущеной в 1944
году. Целью было создание устройства, согласующего симметричный выход двух
тактного лампового усилителя (960 ом) с коаксиальным кабелем (60 ом). Основным
базовым элементом трансформатора Гванеллы является линия передачи навитая на
каркас, образуя своего рода дроссель, индуктивная реактивность которого изолирует
вход от выхода трансформатора. Энергия в таком трансформатора передаётся не за счёт
магнитной индукции, а посредством движения тока по линии передачи, соединяющей
вход и выход трансформатора. При соблюдении условия, что волновое сопротивление
линии Z равно сопротивлению нагрузки R, реализуется трансформатор с коэфициентом
трансформации 1:1, характеризующийся большой широкополосностью и малыми поте
рями. Так как вход изолирован от выхода возможна инверсия фаз:
Рис. 1 Трансформатор 1:1
Соединяя несколько таких линий можно реализовать трансформатор с коэфициентом
трансформации 1:n² где n – количество линий. На рисунке 2 мы видим классический
трансформатор Гванеллы 1:4 , две линии которого на входе соеденены параллельно а на
выходе последовательно.
Рис. 2 Трансформатор Гванеллы 1:4
Вторая важная статья о ШТЛ была опубликована в 1959 году. В ней Рузрофф описал
ШТЛ (Рис 3), работающий на принципе суммирования напряжений (bootstrap effect).
Напряжение на выходе такого трансформатора является суммой падений напряжений
на каждой из половинок линии.
Рис. 3 Трансформатор Рузроффа 1:4
Трансформатор Рузрофа 1:4 конструктивно проще трансформатора Гванеллы, но не
обладает большой широкополосностью, так как вход шунтирует одна из обмоток
линии. Для перехода к балансной нагрузке используется другое включение:
Рис. 4 Балансный трансформатор Рузроффа 1:4
Конструктивно линии для ШТЛ изготавливаются путём скручивания изолированных
проводов. Волновое сопротивление такой линии зависит от диаметра проводов, рассто
яния между ними и количества скруток. Для оптимальной работы ШТЛ характеристи
ческий импеданс линии должна быть много больше её волнового сопротивления,
обычно в 4 – 10 раз. Исходя из этого ндуктивность обмоток рассчитывается по формуле
L = 4•R/2F где F – нижняя граничная частота ШТЛ
Из этого следует, что индуктивность ШТЛ с нижней граничной частотой 1MHz должна
быть минимум 30µH. Для достижения такой индуктивности в качестве сердечника для
ШТЛ применяются ферритовые кольца с начальной магнитной проницаемостью 850 –
1000. Кстати, этим об’ясняется то, что Гваннелла в своё время так и не реализовал
практически своё согласующее устройство для лампового усилителя – тогда не было
ещё современных материалов из феррита. Хотя и сейчас создание такого устройства –
задача не из лёгких. ШТЛ изначально устройства низкоимпедансные и для сопротив
лений больше 200 ом теряют свою эффективность.