Трансформатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С9. ВТИЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к а вт. свнд-ау(22) Заявлено 1&0178 (21) 2572828/24-07 с присоединением заявкн N9(23) ПрнорнтетОпубликовано 1502.81. Бюллетень ЙЫ 6

Союз Советских

Сециалистическйх

Ресиубаик

<щ805431 (53)М.

Н 01 Р 33/00

Государственный «омнтет

СССР

II0 делам изобретений н открытий (53) УДК 821.314. .228.4(088.8) Дата опубликования описания 150231

f I

О. и. лавренов, ю.с. комаров в т.п. зкгвлуввввпв,о а

Казанский ордена Трудового Красного 3 аменй..авиацибйный институт им. A. Н. Туполева и Казански ордена-Ленина

-и ордена Трудового Красного Знамени государствен ный университет им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) ТрЛНСфорМдТОр

Изобретение относится к электрорадиоэлементам и узлам радиоэлектрон ной аппаратуры и предназначено для использования в.радиотехнических устройствах различного назначения, где требуется одновременно обеспечить соединение несколько цепей с общей, не связывая первые между собой, в частности его удобно применять во входных каскадах приемо-передатчиков для переключения с режима передачи на режим приема, для обеспечения связи между датчиками и общим усилителем, при радиотехнических измерениях и т.д.

Известные конструкции балансных трансформаторов содержат, как правило, магнитопровод и три обмотки(11.

Однако эффект балансного трансформатора достигается либо эа счет применения специальной намотки (трифилярной) и включения дополнительного согласующего сопротивления, либо соединением определенным образом нескольких специальных трансформаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трансформатор, в котором печатные электрические обмотки представляют диски, выполненные в виде многовитковых спиралей, расположенных на изоляционных основаниях. В каждом диске имеется центральное отверстие цля установки сердечника, а концы обмотки заканчиваются согнутыми деталями выводов для последовательного соединения обмоток друг с другом (2).

Недостатками данного трансформа-0 тора являюТся обязательное соблюдение соосности обмоток и их одинаковые размеры. В противном случае исключается возможность их соединения между собой тем способом, который опи

15 сан в изобретении. Кроме того, близко расположенные соосные одинаковые обмотки обладают значительной взаимной емкостью, что ограничивает диапазон рабочих частот (Ю /)ЕС)

20 и сужает область применения таких конструкций, например исключается их использование в качестве обмоток высокочастотных балансных транс" форматоров. целью изобретения является расширение диапазонс в рабочих частот при увеличении количества коммутируемых цепей.

Эта цель достигается тем, что

30 печатные спиральные обМотки в коли805431 честве не менее трех выполнены в виде плоских спиралей произвольной формы и расположены в параллельных плоскостях так, что их центры сдвинуты относительно центральной оси, при этом расстояния между центрами обмоток равны а r Cosf + r cos 7+г +P, 2 2 а где r — внешний радиус спиральной обмотки (при произвольной форме эквивалентный радиус), P — радиус экцентриситета взаимного расположения обмоток, г — полярный угол эле. мента спиральной обмотки относительно выбранного начала отсчета.

Расстояние между плоскостями обмоток 2 ограничено снизу толщиной изоляции, а сверху — допустимьпч уменьшением величины передаваемого сигнала, что составляет не более 0,2 наружного диаметра обмотки. Большее расстояние нецелесообразно из-за слабой магнитной связи.

На фиг. 1 изображено расположение обмоток балансного трансформатора в случае коммутации двух цепей и L > с общей L>(L<,(а)и L — индуктивности соответствующих номеров

ОбмОтОк, а12, а 3 и а23 — phccTOHHHH между параллельными осями обмоток, Z 2, 2 и Z 2g — расстояния между плоскостями обмоток, 1 — плоская спиральная обмотка, 2 — диэлектрическое основание для механического закрепления обмотки, х,у,z — система координат. На фиг. 2 приведены экспериментальные графики определе.ния коэффициента связи k между одинаковыми плоскими спиральными обмоткаии в зависимости от расстояния между их плоскостями .z и осями а.

На фиг. 2а приведены графики для одинаковых. спиралей круглой формы, на фиг. 26 вЂ,графики.,для одинаковых спиралей квадратной формы, на фиг. 2в — для одинаковых спиральных обмоток треугольной формЫ индуктивности обмотбк, а расстояние между их осями, Е - рас.стояние между их плоскостями, D> наружный диаметр. круглой спиральной обмотки (при произвольной форме эквивалентный диаметру), И вЂ” взаимная индуктивность обмоток.На фиг.3 дана схема взаимного расположения обмоток и магнитной связи между ними

L<,L и L3 — индуктивности соответствупщих йомеров обмоток, г,r и г средние радиусы. обмоток,P — радиус эксцентриситета взаимного расположения центров обмоток, (— полярный угол элемента спиральной обмотки относительно выбранного начала отсче та, 1.,)2 .и I — токи в соответст1 вующих цепях, 2,Ч „ и Ч вЂ” взаимные магнитные потоки обмоток.

Транформатор, преимущественно балансный, должен содержать не менее трех плоских спиральных обмоток, расположенных в параллельных плоскостях. Их взаимное расположение фикисруется, например, с помощью ди чектрических пластин. На эти пластины обмотки наносятся печатным методом, электрическим Осаждением серебра, меди и т.п. или с помощью методов многослойной печатной технологии. Они также могут быть выполнены обычным изолированным проводом.

Для обеспечения механической прочнос1О ти неразъемной и нерегулируемой конструкции, а также для сохранения геометрических размеров, взаимного расположения все устройство может быть залито компаундами.

Расстояние между обмотками и их геометрические размеры определяются по прилагаемой методике.

Когда близко расположенные одинаковые спиральные обмотки расположены соосно, их витки находятся друг против друга, и взаимная емкость имеет максимальное значение при заданной величине.

25 Когда используются обмотки разных размеров со смещением центров от соосности на величину а, происходит уменьшение площади взаимного перекрытия обмоток, отклонение витков от противоположного расположения и, как результат, уменьшается взаимная емкость С. Более того, выбором величины а на определенных частотах емкостная проводимость )Ис компенсиЗ5 руется величиной индуктивной проводимости обмоток при сохранении необходимой величины магнитной связи, которая.требуется для передачи сигнала по цепи. В результате увеличивается

40 верхняя рабочая частота устройства

О о = 4cc и одновременно сохраняется возможность направленной передачи сигналов при соблюдении условия коМпенсации

45 емкостей между тремя и более обмотками о С;„= 1/ М;„ где С п, М (и — взаимные емкость и индуктивность i — oé и и-ой обмоток.

Размещение плоских спиральных обмоток в параллельных плоскостях обладает рядом свойств (фиг. 2).

Магнитный поток, образованный током в спирали 0 имеет значительную величину вдоль оси 2 при 2 /D2 0,2 .

55 Величина магнитного потока максимальна при соосном расположении спиральных обмоток, т.е. при а=0. При сдвиге обмоток. а/О ток, наведенный через взаимную индуктивность, может

40 быть равен нулю или иметь отрицательную величину.

В предлагаемом трансформаторе свойства плоско-параллельного размещения обмоток используется следую65 щим образом. Рассмотрим трансформа8054 31 формула изобретения

Г COS P + +P

B = Г COS Р+ тор, имеющий три обмотки, показанный на фиг. 3. Пусть первая обмотка является источником сигнала, который служит причиной возникновения тока в третьей обмотке. Обмотка 2 является общей, а третья, как и первая— коммутируемая.

Ток, наведенный в третьей обмот,ке 13, образуется за счет суммарного действия двух магнитных потоков. Вопервых, часть тока l< образуется непосредственно за счет, пересечения площади обмотки 2 магнитными силовыми линиями потока Ч, Во-вторых !

I часть потока Ч 23 наводит ток 1 в

2 обмотке 2, который, в свою очередь, является причиной возникновения магнитного потока Ч 2 . Он также будет пересекать площадь обмотки 3 и вызовет в ней протекание тока

3 который сложится с током t и даст суммарную величину. Величины i и

I ! пропорциональны взаимным индук3 тивностям обмоток и согласно графикам фиг. 2 13 регулируется взаимным расположением обмоток, получая положительные, отрицательные и нулевые значения. В интервале этих значений будут находиться такие, которые соответствуют условиям получения балансного трансформатора.

Аналогично работают трансформаторы, имеющие 4, 5 и более обмоток.

Регулируя их размещение, размеры и индуктивность, можно обеспечить взаимную компенсацию токов в одних обмотках и их сложение в других, что соответствует требованиям, предъявляемым к балансным трансфор" маторам. Количество коммутируемых обмоток будет ограничиваться возможностью их размещения в толщине слоя

Z4rl б О, 2 02, . где минимальная величина 2;я определяетсч не только электрической прочностью изоляции обмоток, но и возможностью нейтрализации емкостной связи.

Таким образом, размещение таких обмоток обеспечивает реализацию свойств балансного трансформатора.

Использование плоских спиральных обмоток в качестве балансного трансформатора по сравнению с изчестными имеет ряд преимуществ. 3а счет малой собственной индуктивности и взаимной емкости обмоток, что .вытекает из особенностей предлагаемого устройства, его частотный диапазон может достигать величины не менее 100 МГц. Это позволяет применять его в высокочастотных переключающих устройствах, например в сумматорах и полусумматорах. Испытания обмоток в качестве трансформаторов показали высокую надежность, о простоту настройки и сохранение высоких направленных свойств. Кроме того, за счет использования печатной технологии, электрохимического осаждения серебра, меди и т.д., 3$ травления фольгированных диэлектриков предлагаемое устройство обладает высокой технологичностью, прос тотой изготовления и малым разбросом параметров обмоток. При этом иск ключается ручной труд, отпадает необходимость в операции намотки.

Трансформатор, преимущественно балансный, обмотки которого выполнены в виде плоских спиралей, расположенных на изоляционных платах параллельно друг другу, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения диапазонов рабочих частот при увеличении количества коммутируемых цепей, центры обмоток сдвинуты относительно центральной оси, Зэ при этом расстояния между центрами обмоток равны где à — радиус наружного диаметра

4п обмотки (при произвольной форме эквивалентный радиус, P — радиус эксцентриситета взаимного расположения обмоток, — полярный угол элемента спиральной обмотки относительно выбранного начала от4 счета.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Гросс Т.A. О возможности балансных трансформаторов. — "Электроника", 1977, 9 5, с. 49-53.

2. Патент США 9 3089106, 1963, с. 336-380.

805431

Закаэ 10916/77

Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Мясникова

Редактор A. Наурсков Техред H. Келушак Корректор Н. Швыдкая