Трансформатор Советский патент 1981 года по МПК H01F30/12 

,54) ТРАНСФОРМАТОР

Изобретение относится к электрорадиоэлементам и узлам радиоэлектронной 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 за счет применения специальной намотки (трифилярной) и включения дополнительного согласукяцего 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 многовитновых 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 ,

Недостаткгили 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 описан в изобретении. Кроме того, близко расположенные соосные одинаковые обмотки обладают значительной взаимной ёмкостью, что ограничивает,. диапазон рабочих частот (t /VUC)

0 и сужает область применения таких конструкций, например исключается их использование в качестве обмоток высокочастотных балансных трансформаторов .

5 Целью изобретения является расширение диапазон в рабочих частот при увеличейии количества коммутируемых цепей. , , .

Эта цель достигается тем, что

0 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 г--, а г. + V +f где г - внешний радиус спиральной обмотки {при произвольной форме эквивалентный радиус), Р- радиус экцентриситета взаимного расположения обмоток, f - полярный угол элемента спиральной обмотки относитель но выбранного начала отсчета. Расстояние между плоскостями обмоток Z ограничено снизу толщиной изоляции, а сверху - допустимым уменьшением величины передаваемого сигнала, что составляет не более 0, наружного диаметра обмотки. Большее расстояние нецелесообразно из-за слабой магнитной связи. На фиг. 1 изображено расположение обмоток балансного трансформато ра в случае коммутации двух цепей L и L 2 с Общей 1(1,1)11 1 - индуктивности соответствующих номеров обмоток, з 23 расстояния между параллельныг/1и осями обмоток, Z,2 , и Z 23 расстояния между плоскостями обмоток, 1 - плоская спиральная обмотка, 2 - диэлектрическое основание для механического закрепления обмотки, x,y,z - система координат. На фиг. 2 приведены экспериментальные графики определе.ния коэффициента связи k между одинаковыми плоскими спиральными обмот ками в зависимости от расстояния между их плоскостями .z и осями а. На фиг. 2а приведены графики для одинаковых спиралей круглой формы, нафиг. 2б -.графики .для одинаковых спиралей квадратной формы, на фиг. 2в - для одинаковых спираильных обмоток треугольной форма L., L и L j, - индуктивности обмот 9к, а расстояние между их осями, Z - рас стояние между их плоскостями, Oj .наружный диаметр.круглой спирально обмотки (при произвольной форме эквивсшентный диаметру), . - взаи ная индуктивность обмоток.На фиг. дана cxieMa взаимного расположения обмоток и магнитной связи между ни L ,12 и L - индуктивности соответ ствующих номеров обмоток, г, г средние радиусы.обмоток,f - радиус эксцентриситета взаимного располож ния центров обмоток, f полярный угол элемента спиральной обмотки относительно выбранного начала отс та, Ц .12 и I3 токи в соответст вующих цепях.Ч, и - взаимные магнитные потоки обмоток. Транформатор, преимущественно балансный, должен содержать не мен трех плоских спиральных обмоток. асположенных в параллельных плосостях. Их взаимное расположение икисруется, например, с помощью и лектрических пластин. На эти пласины обмотки наносятся печатным меодом, электрическим осаждением сеебра, меди и т.п. или с помощью етодов многослойной печатной техноогии. Они также могут быть выполнеы обычным изолированным проводом. ля обеспечения механической прочноси неразъемной и нерегулируемой контрукции, а также для сохранения еометрических размеров .взаимного асположения все устройство может ыть залито компаундами. „ Расстояние между обмотками и их еометрические размеры определяются о прилагаемой методике. Когда близко расположенные одиаковые спиральные обмотки располоены соосно, их витки находятся друг ротив друга,, и взаимная емкость имет максимальное значение при заданной еличине. 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 julc компенсируется величиной индуктивной проводимости обмоток при сохранении необхо Дмой величины магнитной связи, которая, требуется для передачи сигнала по цепи. В результате увеличивается верхняя рабочая частота устройства : сОо /УГ и одновременно сохраняется возможность направленной передачи сигналов при соблюдении условия компенсации емкостей между тремя и более обмотками „ , 1/Ы М|ц где С п, Mjn - взаимные емкость и индуктивность i-ой и п-ой обмоток. Размещение плоских спиральных обмоток в параллельных плоскостях обл.адает рядом свойств (фиг. 2). Магнитный поток, образованный током в спирали О имеет значительную величину вдоль оси Z при Z ,2. Величина магнитного потока максимальна при соосном расположении спиральных обмоток, т.е. при . При сдвиге обмоток ток, наведенный через взаимную индуктивность, может быть равен нулю или иметь отрицательную величину. В предлагаемом трансформаторе свойства плоско-параллельного размещения обмоток используется следующим образом. Рассмотрим трансформатор, имеющий три обмотки, показанны на фиг. 3. Пусть первая обмотка явл ется 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 1з, образуется за счет суммарног действия двух магнитных потоков. Во первых, часть тока 1: образуется не посредственно за счет, пересечения площади обмотки 2 магнитными силовыми линиями потока V,. Во-вторых, часть потока наводит ток 1, в . обмотке 2, который, в свою очередь, является причиной возникновения магнитного потока M-jj. Он также буде пересекать площадь обмотки 3 и вызовет в ней протекание тока 1; , который сложится с током 1 и даст суммарную величину. Величины ( и li пропорциональны взаимным индуктивностям обмоток и согласно графикам фиг. 2 1 регулируется взаимным расположением обмоток, получая положительные, отрицательные и нуле вые значения. В интервале этих знач ний будут находиться такие, которые соответствуют условиям получения балансного трансформатора. Аналогично работают трансформаторы, имевощие 4, 5 и более обмоток. Регулируя их размещение, размеры и индуктивность, можно обеспечить вза имную компенсацию токов в одних обмотках и их сложение в других, что соответствует требованиям, предъявляемым к балансным трансферматорам. Количество коммутируеких обмоток будет ограничиваться возмож ностью их размещения в толщине слоя 0,2 0, . где минимальная величина Z, опреде ляется не только электрической проч ностью изоляции обмоток, но и возможностью нейтрализации емкостной связи. Таким образом, размещение таких обмоток обеспечивает реализацию свойств балансного трансформатора. Использование плоских спиральных обмоток в качестве балансноготрансфор матора по сравнению с изчестными имеет ряд преимуществ. За счет малой собственной индуктивности и взаимной емкости обмоток, что .выте.кает 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, простоту настройки и сохранение высоких направленных свойств. Кроме того, за счет использования печатной технологии, электрохимического осаждения серебра, меди и т.д., травления фольгированных диэлектриков предлагаемое устройство обладает высокой технологичностью, простотой изготовления и малым разбросом параметров обмоток. При этом исключается ручной труд, отпадает необходимость в операции намотки. формула изобретения Трансформатор, преимущественно балансный, обмотки которого выполнены в виде плоских спиралей, расположенных на изоляционных платах параллельно друг другу, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения диапазонов рабочих частот при увеличении количества коммутируемых цепей, центры обмоток сдвинуты относительно центральной оси, при этом расстояния между центрами обмоток равны а rCos4+ Vr + г +р , где г - радиус наружного диаметра обмотки (при произвольной форме эквивалентный радиус),р - радиус эксцентриситета взаимного расположения обмоток, If - полярный угол элемента спиральной обмотки относительно выбранного начала отсчета. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гросс Т.Д. О возможности баансных трансформаторов.- Электроника, 1977, № 5, с. 49-53. 2.Патент США I 3089106, 1963, с, 336-380.

.

-Л

tpus.l

0.6

-0.2

о,г о.ч- о,в f,6 j;

(4i.ZS

д Д- ,д,

°- O.S 7.0 . а/Уг

Фиг.ге

9i:

13