13 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Трансформаторы типов волн

Трансформаторы типов волнприменяются для соединений линий передачи, в которых используются различные типы волн.Эти трансфор­маторы называют также возбуждающими устройствами. В технике СВЧ применяют большое число таких устройств различных конструк­ций.

Рисунок 11 – Волноводно – коаксиальные переходы:

а) – для всех типов Н; б) – Для всех типов Е

Соединение коаксиальной линии с прямоугольным волноводом (рис. 11) является трансформатором волны типа Т в коаксиальной линии и волны типа Нили Ев прямоугольном волноводе и относится к числу так называемых зондовых переходов. Для возбуж­дения волны типа Нв волновод вводится штырь (зонд), перпендикуляр­ный продольной оси волновода (рис. 11, а), т. е. поперек волновода, а для возбуждения волны типа Е штырь вводится с торца волновода параллельно продольной оси волновода (рис. 11, б). Штырь, являю­щийся продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, служит антенной, излучающей электромагнитную энергию в волновод или отбирающей ее из волновода. Для получения минимального отражения волн от перехода, необходимо коаксиальную линию и волно­вод согласовать, т. е. создать режим бегущих волн. Согласование осу­ществляется подбором длины штыря l1, расстояния l2 от штыря до за­глушки (поршня), замыкающей накоротко волновод, и расстояния l3 от штыря до ближайшей узкой стенки волновода (рис. 11, а). Для согласования перехода в диапазоне частот используется подвижный короткозамыкающий поршень, компенсирующий реактивную состав­ляющую входного сопротивления штыря.

Широкополосный коаксиально-волноводный переход с поперечным стержнем (рис. 12), имеет полосу пропускания более 30% за счет того, что поперечный стержень обеспечивает равномер­ность и малую зависимость от частоты распределения тока на верти­кальной части зонда.

Рисунок 12 – Широкополосный коаксиально – волноводный переход

Переход от прямоугольного волновода с волной Н10к круглому волноводус волной Н11осуществляется путем постепенной деформации поперечного сечения волновода от прямоугольного к круглому (рис. 13).

Рисунок 13 – Переход от прямоугольного волновода к круглому

Если длина перехода составляет примерно длину волны в волно­воде или больше ее, то его полоса пропускания равна полосе частот круглого волновода с волной типа Н11. Размеры волноводов выбирают­ся такими, чтобы в них в заданном диапазоне частот могли рас­пространяться только низшие типы волн, соответственно Н10 в пря­моугольном и Н11— в круглом волноводе. Для уменьшения размеров перехода можно использовать компактные, но более узкополосные сту­пенчатые переходы.

Большинст­во используемых на практике трансформаторов типов волн являются обратимыми элемен­тами, т.е. конструкция, обеспечивающая переход, Н10 ® Н11, обеспечивает и обратный переход Н11 ® Н10.

Трансформатор П-600 на эффекте бегущей волны

Посвящаю своей любимой жене и дочке!

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.

Читать еще:  Рождественская звезда. Мастер-класс Аниты Носовой

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.

Читать еще:  Преимущества пластиковых окон Шуко

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.

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

Читать еще:  Электрику и радиолюбителю

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)

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector