Трансформатор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ. ВТОЗЬСВУ (61) Дополнительное к а вт. свнд-ау- (22) Заявлено 18,01.78 (21) 2572828/24-07 с присоединением звявкн М(23) ПрнорнтетОпубликовано 15.02,81. Бюллетень Й 9 6 Союз Советских Сециалистическйх Ресвубаик ар 11805431 м. зН 01 Р 33/00 Государственный омнтет СССР по делам изобретений н открытий(53) УДК 621. 314. .228.4(088.8) Датаопублнкованияопнсання 150281 О. П. Лавренов, Ю.С, Комаров в т.в. Загврувввва 1.о амКазанский ордена Трудового Красного 3 аменй;авиацибйныйинститут им, А.Н. Туполева и Казански .ардена-Ленинаи ордена Трудового Красного Знамени государственюыйуниверситет им. В.И. Ульянова (Ленина)(54) ТРАНСФОРМАТОР 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 со" бой, в частности его удобно применять во входных каскадах приемо-передатчиков для переключения с режима передачи на режим приема, для обес" печения связи между датчиками и об" щим 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 за 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 аиде многовитковых спиралей, расположенных наизоляционных основаниях. В каждомдиске имеется центральное отверстиецля установки сердечника, а концыобмотки заканчиваются согнутымидеталями выводов для последовательного соединения обмоток друг с другом (,2)Недостатками данного трансформа- .0 тора являются обязательное соблюдение соосности обмоток и их одинаковыеразмеры. В противном случае исключается возможность их соединения между собой тем способом, который опи 15 сан в изобретении. Кроме того, близко расположенные соосные одинаковыеобмотки обладают значительной взаимной емкостъю, что ограничиваетдиапазон рабочих частот (Ю д /ЕС) 20 и сужает область применения такихконструкций, например исключаетсяих использование в качестве обмоток высокочастотных балансных транс"форматоров.2 целью изобретения является расширение диапазонс в рабочих частотпри увеличении количества коммутируемых цепей.Эта цель достигается тем, что 30 печатные спиральные обМотки в количестве 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 аг СояЧ + г сов У+г +,2 а где г - внешний радиус спиральной обмотки (при произвольной форме эквивалентный радиус), ) - радиус экцентриситета взаимного расположения обмоток, г - полярный угол элемента 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 цепейис общей Е .,(.)и- индуктивности соответствующих номеров обмоток, а, , а и а - расстояния между параллельными осями обмоток, 2 2 и 2 - расстояния между плоскостями обмоток, 1 - плоская спиральная обмотка, 2 - диэлектрическое основание для механического закрепления обмотки, х,у, - система координат. На фиг. 2 приведены экспериментальные графики определе.ния коэффициента связи К между одинаковыми плоскими спиральными обмоткаии в зависимости от расстояния между их плоскостями . и осями а. На фиг. 2 а приведены графики для одинаковых. спиралей круглой формы, на фиг. 26 в ,графики,для одинаковых спиралей квадратной формы, на фиг. 2 в - для одинаковых спиральных обмоток треугольной формыиндуктивности обмоток, а расстояние между их осями, Е - рас.стояние между их плоскостями, О наружный диаметр. круглой спиральной обмотки (при произвольной форме эквивалентный диаметру), И - взаимная индуктивность обмоток.На фиг.З дана схема взаимного расположения обмоток и магнитной связи между ними,и з - индуктивности соответствупщих йомеров обмоток, г,г и г средние радиусы. обмоток,Я - радиус эксцентриситета взаимногорасположения центров обмоток, ( - полярный угол элемента спиральной обмотки относительно выбранного начала отсче та, 1.,) и- токи в соответст 1вующих цепях,ф, Чф н Ч- 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 прочнос О ти неразъемной и нерегулируемой конструкции, а также для сохранения геометрических размеров, взаимного расположения все устройство может быть залито компаундами.5Расстояние между обмотками и ихгеометрические 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 центровот соосности на величину а, происходит уменьшение площади взаимногоперекрытия обмоток, отклонение витков от противоположного расположенияи, как результат, уменьшается взаимная емкость С, Более того, выборомвеличины а на определенных частотахемкостная проводимость )(дс компенси Руется величиной индуктивной проводимости обмоток при сохранении необхд%мой величины магнитной связи, которая.требуется для передачи сигналапо цепи. В результате увеличивается 40верхняя рабочая частота устройстваодо: //Си одновременно сохраняется возможность направленной передачи сигналовпри соблюдении условия компенсации 45 емкостей между тремя и более обмоткамиОС;= 1/О М,где С п, М (и - взаимные емкостьи индуктивность -ой и и-ой обмоток.Размещение плоских спиральных обмоток в параллельных плоскостяхобладает рядом свойств (фиг, 2).Магнитный поток, образованный токомв спирали О имеет значительную величину вдоль оси 2 при 2 /О ь 0,2.55 Величина магнитного потока максимальна при соосном расположении спиральных обмоток, т.е. при а=0, Присдвиге обмоток. афО ток, наведенныйчерез взаимную индуктивность, может 60 быть равен нулю или иметь отрицательную величину.В предлагаемом трансформаторесвойства плоско-параллельного размещения обмоток используется следую щим образом. Рассмотрим трансформа805431 формула изобретения Г С 05 Ч + Г +2 д = Г фСО 59+ 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 1 образуется непосредственно за счет. пересечения площади обмотки 2 магнитными силовыми линиями потока Чф, Во-вторых3У часть потока Ч 3 наводит ток 1 в2 обмотке 2, который, в свою очередь, является причиной возникновения магнитного потока Ч, Он также будет пересекать площадь обмотки 3 и вызовет в ней протекание токаю который сложится с током 1 и даст суммарную величину. Величины 1 ипропорциональны взаимным индук" 3тивностям 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 2 п с 0,2 0,. где минимальная величина 2;я определяетсч не только электрической прочностью изоляции обмоток, но и возможностью нейтрализации емкостной связи. Таким образом, размещение такихобмоток обеспечивает реализациюсвойств балансного трансформатора. Использование плоских спиральных обмоток в качестве балансного трансформатора по сравнению с изчестными имеет ряд преимуществ. За счет малой собственной индуктивности и взаимной емкости обмоток, что .вытекает из особенностЕйпредлагаемого устройства, его частотный диапазон может достигать величины не менее 100 МГц. Это позволяет применять его в высокочастотныхпереключающих устройствах, напримерв сумматорах и полусумматорах. Испытания обмоток в качестве трансформаторов показали высокую надежность, ф простоту настройки и сохранениевысоких направленных свойств. Крометого, за счет использования печатной технологии, электрохимическогоосаждения серебра, меди и т.д., 15 травления фольгированных диэлектриков предлагаемое устройство обладает высокой технологичностью, прос тотой изготовления и малым разбросом параметров обмоток. При этом исщ ключается ручной труд, отпадает необходимость в операции намотки. 25Трансформатор, преимущественнобалансный, обмотки которого выполнены в виде плоских спиралей, расположенных на изоляционных платах параллельно друг другу, о т л и ч а ю - Зф щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазонов рабочих частот при увеличении количества коммутируемых цепей, центры обмоток сдвинуты относительно центральной оси, ЗЗ при этом расстояния между центрамиобмоток равны где г - радиус наружного диаметра 4 обмотки (при произвольной формеэквивалентный радиус,- радиус эксцентриситета взаимного расположения обмоток,- полярный угол элемента спиральной обмотки относительно выбранного начала от.счета. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Гросс Т.А. О возможности баф лансных трансформаторов. - "Электроника", 1977, Р 5, с. 49-53. 2. Патент СЮА Р 3089106, 1963,с. 336-380,805431 Составитель В. МясниковНаурсков Техред Н. Келушак Корректор Н. Швыдкая Редакто акаэ 10916/77 ТиражВНИИПИ Госудпо делам113035, Москва,795 Подписноеарственного комитета СССРиэобретений и открытийЖ, Раушская наб д. 4/5 лиал ППП "Патент" , г, Ужгород, ул. Проектная,