docTeorie VF transformátorů, materiály, výpočty (2.15MB formát *pdf)
download 
Stížnost Transkript
Teorie VF transformátorů, materiály, výpočty (2.15MB formát *pdf)
Dìjiny pøenosu Z dìjin vìdyzpráv dálku ana techniky ROÈNÍK X/2005. ÈÍSLO 2 Historie elektøiny a magnetizmu Ji pøed èasem jsme pøinesli ivotopisy zajímavých vìdcù, kteøí mìli vliv na rozvoj výpoèetní techniky (KE 5/02, 6/02, 1/03). Dnes nìkolik zajímavostí o dalím z nich, který byl de facto prùkopníkem v oblasti moderní výpoèetní techniky. ROÈNÍK LIV/2005. ÈÍSLO 2 V TOMTO SEITÌ John Vincent Atanasoff Z dìjin vìdy a techniky ...................... 1 Roèník 2004 na CD ROM ................. 2 Naskenované roèníky 1996 a 1998 na CD ROM ................ 2 FEROMAGNETICKÉ MATERIÁLY VE vf OBVODECH Úvod ................................................. 3 Katalogové údaje vybraných feromagnetických materiálù .............. 8 Symetrizaèní èlánky ........................ 25 Vf irokopásmové transformátory ... 32 Praktická konstrukce toroidních cívek ............................... 34 Pøíklady pouití feromagnetických materiálù ............ 36 KONSTRUKÈNÍ ELEKTRONIKA A RADIO Vydavatel: AMARO spol. s r. o. Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. éfredaktor ing. Josef Kellner, sekretáøka redakce Eva Kelárková, tel. 2 57 31 73 14. Roènì vychází 6 èísel. Cena výtisku 36 Kè. Roziøuje PNS a. s., Transpress spol. s r. o., Mediaprint & Kapa a soukromí distributoøi. Pøedplatné v ÈR zajiuje Amaro spol. s r. o. - Michaela Jiráèková, Hana Merglová (Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel./fax: 2 57 31 73 13, 2 57 31 73 12. Distribuci pro pøedplatitele také provádí v zastoupení vydavatele spoleènost Mediaservis s. r. o., Abocentrum, Moravské námìstí 12D, P. O. BOX 351, 659 51 Brno; tel: 5 4123 3232; fax: 5 4161 6160; [email protected]; reklamace - tel.: 800 171 181. Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Teslova 12, P. O. BOX 169, 830 00 Bratislava 3, tel./ /fax (02) 44 45 45 59, (02) 44 45 06 97 - predplatné, (02) 44 45 46 28 - administratíva; email: [email protected] Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou potou - øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze dne 9. 1. 1996). Inzerci v ÈR pøijímá redakce, Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Inzerci v SR vyøizuje MAGNET-PRESS Slovakia s. r. o., Teslova 12, 821 02 Bratislava, tel./ /fax (02) 44 45 06 93. Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci). Nevyádané rukopisy nevracíme. http://www.aradio.cz; E-mail: [email protected] ISSN 1211-3557, MK ÈR E 7443 © AMARO spol. s r. o. John Vincent Atanasoff se narodil 4. øíjna 1903 v Hamiltonu, stát New York. Jeho pøedkové byli bulharského pùvodu. Ji od mládí se velmi zajímal o matematiku. V pouhých deseti letech pronikl do zákonitostí logaritmického pravítka (tehdejí provedení Dietzgenovo) a s pomocí matky zaèal studovat matematiku z vysokokolské uèebnice algebry krátce po tom. Rodina se pak pøestìhovala na Floridu a tam vystudoval nií stupeò univerzity (Mulberry High School - elektrotechnické inenýrství) v roce 1925. Studium zvládl za dva roky, byl zapsán do vech matematických kurzù, avak z finanèních dùvodù nebyl øádným studentem koleje. Pak pokraèoval ve studiu matematiky na státní koleji v Iowì, kde graduoval jako bakaláø. Poznal tam i svou budoucí enu Luru Meeks a oenil se zakrátko po absolvování. V roce 1930 skonèil jako doktor filozofie z teoretické fyziky na univerzitì ve Wisconsinu. Na koleji v Iowì, kde døíve studoval, se stal v roce 1936 odborným asistentem matematiky a fyziky. Po válce zaèal pracovat na rùzných místech ve vojenských laboratoøích, pozdìji se dostal na nejvyí posty ve významných organizacích (jako napø. Cybernetics Inc.) a byl konzultantem u dalích firem (Control Data Corp., Honeywell apod.). V roce 1990 získal od prezidenta Bushe národní medaili za technologii. Jeho nejvìtím objevem byla realizace mylenky vyuít Booleovy algebry a elektrických velièin k sestrojení výpoèetního stroje. Od prvopoèátku se o matematické stroje, které tehdy existovaly, zajímal - pøedevím o rùzné kalkulátory, jakými byly napø. stroje IBM. Záhy ale seznal, e jsou velmi pomalé a koneènì i nepøesné. Definoval zásady, které musí správný poèítaè splòovat: - Musí pracovat s elektrickými signály jako vstupním médiem, - jako nejvhodnìjí je binární systém zpùsobu výpoètu s vyuitím principu Booleovy algebry, nebo monost pracovat pouze se dvìma symboly nesmírnì zjednoduí vlastní obvodovou realizaci poèítaèe a také zrychlí vlastní výpoèet, - musí mít pamì (pro tu pouil kondenzátory) a musí mít schopnost regenerovat signál pøi výpadcích nebo zmìnách napájecího napìtí, - musí poèítat pøímo, nikoliv prostøednictvím dalích výpoètù, jak se to do té doby dìlo v analogových kalkulátorech. Na projektu pracoval se svým kolegou Cliffordem Berrym, který mu byl doporuèen jako èerstvý inenýr elektrotechniky. Prototyp poèítaèe mìli hotový v prosinci roku 1939. Kdy se ukázalo, e pracuje podle pøedpokladù a bezchybnì, podali patentovou pøihláku na poèítaè ABC (= Atanasoff-Berry Computer). Vydání patentu se vak stále protahovalo. Poèítaè mìl pochopitelnì z dneního pohledu øadu nedostatkù, nebo jej nebylo moné programovat a nemìl procesorovou jednotku. Ovem jeho architektura se stala základem pozdìjích moderních poèítaèù. V roce 1940 se Atanasoff zúèastnil na pøednákách Dr. John W. Mauchlyho a mluvili spolu. Mauchly se seznámil s principem jeho poèítaèe a s mylenkami, které mìl na dalí vylepování. To se pozdìji ukázalo jako chyba, nebo tyto mylenky pak Mauchly vyuil pøi sestrojení poèítaèe, který je veobecnì znám jako ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) a který je vìtí èástí populace dodnes povaován za první digitální poèítaè. Jeho pùvodci jsou právì Dr. Mauchly a Dr. Eckert. Trvalo jetì 30 let, ne soudce Judge Larson prohlásil, e ENIAC byl sestrojen na základì principù pouitých ji Atanasoffem. Teprve od té doby je moné oficiálnì tvrdit, e vynálezcem digitálního poèítaèe pracujícího na binárním principu je Atanasoff. Dr. John Vincent Atanasoff zemøel 15. èervna 1995 ve vìku 91 let v Monrovii, USA. Nedoèkal se sice patentu na princip poèítaèe, ale je dritelem jiných 32 patentù v oborech, kterým se vìnoval. Mùeme øíci, e jeho objevem zaèala nová éra - éra výpoèetní techniky, která ohromným zpùsobem zmìnila ivot celého lidstva. Jak jeho objev zasáhne do ivota lidí, to jistì v dobì, kdy na nìm pracoval, ani nemohl tuit. Právem lze jeho jméno uvádìt v souvislosti s jinými vìdci, kteøí se na pokroku v oblasti matematických strojù podíleli, jako Charles Babbage, Presper Eckert, John Mauchly, Alan Turing, John von Neumann, Konrad Zuse a dalí. QX (Historie je jetì na 3. stranì obálky) Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 1 Roèník 2004 na CD ROM Váení ètenáøi, nyní vychází nový CD ROM s roèníkem 2004 vech èasopisù naeho vydavatelství. CD ROM 2004 zahrnuje kompletní obsah èasopisù Praktická elektronika A Radio, Konstrukèní elektronika A Radio, Electus 2004 a Amatérské radio za rok 2004 (inzerce je vynechána). Ve je zpracováno ve formátu pro elektronické publikování Adobe PDF. Na disku je nahrán prohlíecí program Adobe Acrobat Reader 6.02CECZ. Nelze pouít starí verzi 3.0, proto si musíte vdy starý prohlíeè pøeinstalovat. Po nainstalování prohlíecího programu Acrobat Reader jsou tøi monosti otevøení poadovaného èasopisu. První moností je otevøít pøímo soubor, napø. _PE07_2004.pdf a ukáe se první stránka èísla 7 Praktické elektroniky A Radia. V ní mùeme listovat pomocí ipek v litì nástrojù nebo staèí kliknout na èíslo stránky v obsahu a ta se sama zobrazí. Druhou moností je otevøít soubor _Amaro2004.pdf. Objeví se dvì stránky se vemi titulními listy jednotlivých èasopisù. Staèí kliknout na jeden z nich, otevøe se ádaný èasopis na první stranì a dále pokraèujeme jako v pøedchozím odstavci. Poslední monost je otevøít soubor _obsah2004.pdf, objeví se známý obsah z PE 12/2004 (nebo na soubor obsahAR2004.pdf - pro obsah Amatérského radia) a kliknutím na èíslo stránky se otevøe pøímo poadovaný èlánek. Na zbytek místa na CD ROM jsme nahráli: Aktualizovanou vyhledávací databázi EC naich èasopisù. Pokraèování z CD ROM 1996 a 2001. Nejnovìjí testovací verzi známého programu pro kreslení schémat a návrh desek s plonými spoji OrCAD 10.0. Katalog firmy Compo (katalog stavebnic). Katalog firmy PS electronic. Obsahuje katalogové listy souèástek. Programy ke konstrukcím uveøejnìným v PE a KE. Vìøíme, e se vám bude nový CD ROM líbit a e jím opìt rozíøíte svou elektronickou knihovnu. Redakce Popsané CD ROM si lze objednat telefonicky na 257 317 312 a 257 317 313 nebo na naí adrese: AMARO spol. s r. o., Zborovská 27, 150 00 Praha 5. CD ROM vám mohou být doruèeny na dobírku (k cenì bude pøièteno potovné a balné) nebo si je mùete vyzvednout osobnì. CD ROM si také lze zakoupit v nìkterých prodejnách knih a souèástek. Objednávejte také pøes Internet: www.aradio.cz; E-mail: [email protected] Cena CD ROM PE 2004 je 350 Kè. Pøedplatitelé èasopisù u firmy AMARO mají výraznou slevu, mohou si jej zakoupit za 220 Kè. Cena CD ROM AR 1996 a 1998 je pro vechny jednotná - 220 Kè. Zájemci na Slovensku si mohou CD ROM objednat u firmy Magnet-Press Slovakia s. r. o., P. O. BOX 169, 830 00 Bratislava, tel./fax (02) 672 019 31-33, [email protected] 2 Naskenované roèníky 1996 a 1998 na CD ROM Váení ètenáøi, na mnohé ádosti, e chcete mít nae èasopisy kompletní, nyní vydáváme naskenované roèníky 1996 a 1998 èasopisù Amatérské Radio øady A (èervené) a 1996 a 1997 øady B (modré). V tomto období nae vydavatelství tyto tituly nevlastnilo, proto za jejich obsah a kvalitu nemùeme odpovídat. Zdùrazòujeme, e roèníky jsou naskenovány pøímo z èasopisù, protoe z té doby nejsou k dispozici podklady pro poèítaèové zpracování. Tím samozøejmì utrpìla kvalita, která není taková, jako na pøedchozích CD ROM. Ve je umístìno na jednom CD ROM opìt ve formátu pro elektronické publikování Adobe PDF. Na disku je nahrán prohlíecí program Adobe Acrobat Reader 6.02CECZ. Nelze pouít starí verzi 3.0, proto si musíte vdy starý prohlíeè pøeinstalovat. Po nainstalování prohlíecího programu Acrobat jsou dvì monosti otevøení poadovaného èasopisu. První moností je otevøít pøímo soubor poadovaného èísla a ukáe se jeho první strana. Druhou moností je otevøít soubor poadovaného roèníku, napø. A-1996.pdf. Objeví se stránka se vemi obrázky jednotlivých èasopisù. Staèí kliknout na jeden z nich a otevøe se ádaný èasopis. To je asi ve, co se dá o tomto CD ROM napsat. Vìøíme, e i pøes uvedené nedostatky vám pomùe zkompletoval vá archiv. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 FEROMAGNETICKÉ MATERIÁLY VE vf OBVODECH Ing. Martin Kratoka [email protected] Cívky a transformátory patøí k základním souèástkám vf elektroniky. Ne vdy je vhodné èi moné pouít klasické vzduchové cívky, nejen kvùli mnohdy znaènému poètu závitù cívky a jejím rozmìrùm, ale také kvùli skuteènosti, e magnetické pole ve znaèné míøe vystupuje ze vzduchové cívky a mohou tak vzniknout nejrùznìjí neádoucí vazby a ztráty. Proto se velmi èasto pouívají jádra z nejrùznìjích magnetických materiálù. Ze známých magnetik, tj. feromagnetik, ferimagnetik a paramagnetik mají pro elektroniku zásadní význam pouze feromagnetika. Pouívala se jádra kovová (Al, mosaz èi rùzné slitiny permaloy, alsifer apod.), avak bìnìjí je pouívání feritových a prákových jader, která bývají konstruována nejen jako válcová (roubovací), ale té jako hrníèková, rámeèková, toroidní, dvouotvorová apod. Pro nejnií kmitoèty se pouívají rovnì jádra zhotovená z plechových lamel, jaké známe z bìných síových transformátorù. I zde se vak stále èastìji uplatòují feritové materiály. Úvod Pøi prùchodu støídavého proudu cívkou navinutou na jádøe z feromagnetického materiálu vzniká uvnitø jádra magnetické pole, které je pøíèinou vzniku víøivých proudù, projevujících se jako ztráta energie. Ztráty víøivými proudy jsou do znaèné míry ovlivnìny nízkým mìrným odporem materiálu jádra. Vliv tohoto odporu je ponìkud omezen tím, e jádro není kompaktní celek, ale je sloeno z jednotlivých od sebe vzájemnì izolovaných èástic. Tím je omezena dráha víøivých proudù. Pøi daném kmitoètu a magnetické indukci lze ztráty víøivými proudy omezit dvìma zpùsoby: 1. Zmenováním èástic jádra. 2. Zvìtením mìrného odporu materiálu jádra. Pøi pouití kovových feromagnetických materiálù, kdy jsou jádra cívek zhotovována ze vzájemnì izolovaných plechù (tedy èástice jsou tvoøeny kovovými lamelami), je zmenování èástic (lamel) limitováno pøedevím výrobními náklady, které stoupají se zmenující se tloukou plechu. Navíc roste i podíl izolaèních vrstev, co vede k vìtím rozmìrùm jádra. Kovové materiály mají malý mìrný odpor, pokusy o jeho zvìtení nepøinesly oèekávaný úspìch. Prákové materiály Snahy o omezení ztrát víøivými proudy tedy vedly k pouití jiných materiálù, ne kovových. Významným technologickým krokem bylo zavedení prákových jader na bázi karbonylového eleza, eleza s redukovaným vodíkem, permaloye, alsiferu apod. Základem prákových feromagnetických materiálù jsou èásteèky kovù nebo slitin, vázané izolaèním prostøedím tak, e jsou vzájemnì oddìleny. Tímto zpùsobem se podaøilo dosáhnout významného zmenení ztrát víøivými proudy, nebo bylo dosaeno jak zmenení èástic, tak i výrazného zvìtení mìrného odporu materiálu. Nejvìtí permeability (kolem 120) bylo dosaeno u jader z prákového permaloye. Izolaèní pojivá hmota vak pùsobí jako rozptýlená vzduchová mezera její rozmìry nelze ovlivnit, proto je celková permeabilita tìchto materiálù mení, ne u materiálù kovových. Mají-li být cívky pouity na vyích kmitoètech, je nutné dále zmenovat ztráty víøivými proudy, tedy zmenovat velikost èástic, vlivem èeho permeabilita dále klesá. Feritové materiály Hledání materiálù s velkým mìrným odporem vedlo k pouití nekovových látek na bázi kyslièníkù eleza a k feritùm. Poprvé se podaøilo pøipravit nekovovou hmotu s feromagnetickými vlastnostmi nìmeckému fyzikovi Hilpertovi roku 1909. Materiál mìl velmi vysoký mìrný odpor (øádovì 10 5 a 107 Ω·cm) a tedy malé ztráty víøivými proudy, avak celková permeabilita byla nízká a ztráty velké. První pouitelné ferity (manganatozineènaté) pøipravil Snoek v roce 1933 spékáním smìsných krystalù feritù. Dosáhl rovnì velkého mìrného odporu (øádovì 10 a 108 Ω·cm) a poèáteèní permeability 10 a 3000. Pøíèinou velkého mìrného odporu feritových materiálù jsou elektrony, vázané valenèními silami. U kovových materiálù jsou elektrony vázány velmi volnì a k jejich uvolnìní z obìných drah staèí velmi malá energie. Odtud tedy velká vodivost (malý mìrný odpor) kovù a tedy i velké ztráty víøivými proudy. Ferity jsou chemické slouèeniny, které lze vyjádøit obecným vzorcem MeFe2O3, kde Me je zpravidla dvojmocný kov, obvykle Mn, Ni, Zn, Mg, Cu, Fe èi Cd, z jednomocných Li. První pozorování magnetismu byla provádìna u magnetitu FeO. Zde se elezo vyskytuje ve dvou valencích Fe2+ a Fe3+. Chemicky lze tedy magnetit vyjádøit jako Fe2+Fe3+O42- neboli oxid eleznato-elezitý, jinak ferit elezitý. Jeho mìrný odpor je 102 Ω·cm. I kdy je nepomìrnì vìtí, ne u vlastního eleza, je stále pøíli malý na to, aby se výraznìji omezily ztráty víøivými proudy. Zjistilo se, e nahrazením eleznatého iontu iontem nìkterého výe uvedeného dvojmocného (jednomocného) kovu se zvìtí mìrný odpor øádovì na 102 a 106 Ω·cm, tedy na velikost, která je oproti kovovým feromagnetickým materiálùm 106 a 1012 krát vìtí. Aby se dosáhlo vysoké poèáteèní permeability, je nutné, aby intramolekulární napìtí bylo minimální. To vede ke kubické struktuøe, u které je smrtìní Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 3 Elektromagnetické vlastnosti feromagnetických materiálù V praxi rozeznáváme permeabilitu poèáteèní, efektivní, cívkovou, vratnou, komplexní a amplitudovou. Poèáteèní permeabilita µ i je dána smìrnicí teèny magnetizaèní charakteristiky v bodì, kde je H = 0 a B = 0. Poèáteèní permeabilita je: % ⋅ OLP , µ + → + (1) kde: µi je poèáteèní permeabilita, µ0 je permeabilita vakua [H·m-1], H, B jsou souøadnice bodù dané magnetizaèní charakteristiky [A·m-1, T]. Poèáteèní permeabilita je materiálová konstanta, která bývá v praxi nahrazována amplitudovou permeabilitou, 4 µH = / Q ON ⋅ ⋅∑ , µ 1 N = $N Efektivní permeabilita není materiálovou konstantou, nebo se vztahuje k urèitému tvaru jádra z daného materiálu, zpravidla se vzduchovou mezerou. Uvádí se u sloených tvarù spolu s parametry výpoètu: Ae je efektivní prùøez [cm2] Ve je efektivní objem [cm3] le je støední délka magnetické siloèáry [cm] popø. Σ 1/A, vypoètené podle doporuèení IEC-205. Cívková permeabilita µapp je permeabilita materiálu jádra, vypoèítaná z pomìru indukènosti mìøicí cívky s jádrem a indukènosti mìøicí cívky bez jádra: (3) kde: µapp je cívková permeabilita, L je indukènost mìøicí cívky s jádrem [H], L je indukènost tée cívky bez jádra [H]. Cívková permeabilita závisí na tvaru a velikosti jádra, na tvaru a poloze mìøicí cívky apod. Pouívá se pøedevím u otevøených magnetických obvodù s cívkami, vinutými na závitových, tyèinkových, trubièkových jádrech, feritových antén atd. Vratná (reverzibilní) permeabilita µrev je mezní hodnotou inkre- mentální permeability pro amplitudu støídavé sloky magnetického pole blíící se nule: ∆+ → kde: µrev je vratná permeabilita, B ∆B → → (4) H Obr. 1. Inkrementální permeabilita µ∆ A A (2) kde: µe je efektivní permeabilita, µ0 je permeabilita vakua [H·m-1], L je indukènost mìøicí cívky s jádrem [H], N je poèet závitù mìøicí cívky, lk je délka siloèáry k-tého úseku jádra [m], Ak je prùøez k-tého úseku jádra [m2]. µUHY = OLP µ∆ , ∆H B Efektivní permeabilita µe není materiálovou konstantou, protoe je vztaena vdy k urèitému tvaru jádra a mùe zahrnovat té i pøípadnou vzduchovou mezeru, je-li obsaena. Pøedstavuje permeabilitu, kterou by mìl mít hypotetický homogenní materiál, aby bylo pøi stejných rozmìrech dosaeno stejné reluktance, jako má jádro, vyrobené z rùzných materiálù. Platí: / µDSS = , /′ Permeabilita µL = mìøenou bez stejnosmìrné pøedmagnetizace pøi malých amplitudách støídavé intenzity magnetického pole (obvykle pøi H = 4 mA·cm-1). → pøi ochlazování stejné ve smìru vech krystalografických os. Tato vlastnost je velmi dùleitá, nebo materiál se zpracovává (vypaluje) v rozmezí teplot 1100 a 1400 °C. Ferity krystalizují v tzv. spinelové struktuøe, tedy stejnì, jako minerál spinel MgAl2O4. Zápornì nabité kyslíkové ionty vytváøejí tìsný kubický systém. V krystalové møíce jsou moné dva druhy poloh, ve kterých jsou umístìny ionty kovù: 1. Tetraedrická poloha, ve které je iont kovu obklopen ètyømi ionty kyslíku, umístìnými v rozích tetraedru. 2. Oktaedrická poloha, ve které je iont kovu obklopen esti ionty kyslíku, umístìnými v rozích oktaedru. V elementární spinelové buòce obsazují kovové ionty 8 tetraedrických a 16 oktaedrických poloh. Díky dvìma druhùm iontù a dvìma druhùm podmøíek jsou moná dvì umístìní kovových iontù v krystalu. První, normální spinelová struktura, znamená obsazení tetraedrických poloh dvojmocnými ionty a oktaedrických trojmocnými. Tomuto uspoøádání odpovídá zineènatý a kademnatý ferit. Druhá, tzv. inverzní spinelová struktura, má vechny dvojmocné ionty umístìny v oktaedrických polohách a trojmocné obsazují rovnomìrnì tetraedrické a zbývající oktaedrické polohy. Pouze zineènaté a kademnaté ferity jsou nemagnetické a jako jediné vytváøejí normální spinelovou strukturu. Ostatní ferity jsou magnetické. Bìnì vyrábìné ferity jsou tvoøeny smìsnými krystaly nìkolika jednoduchých feritù, z nich nejvýznamnìjí jsou manganato-zineènaté a nikelnatozineènaté ferity. A Obr. 2. Urèení µ∆ → H ∆H je amplituda støídavé sloky magnetického pole [A·m], µ∆ je inkrementální permeabilita. Inkrementální permeabilita (obr. 1) je permeabilita pro støídavé magnetování za pøítomnosti stejnosmìrné pøedmagnetizace: µ∆ = ∆% ⋅ , µ ∆+ (5) kde: µ∆ je inkrementální permeabilita, µ0 je permeabilita vakua [H·m-1], ∆H je amplituda støídavé sloky magnetického pole [A·m], ∆B je odpovídající amplituda magnetické indukce. Pro výpoèet inkrementální permeability je tøeba znát (viz obr. 2): a) relativní smìr stejnosmìrného a støídavého pole, b) magnetizaèní charakteristiku (dráhu), po ní se dospìlo k výchozímu bodu A støídavých zmìn, c) amplitudu støídavé sloky intenzity magnetického pole a její prùbìh. Komplexní permeabilita je pomìr vektorù (fázorù) indukce a intenzity magnetického pole, dìlený permeabilitou vakua: µ= % ⋅ , µ + (6) kde: µ je komplexní permeabilita, µ0 je permeabilita vakua [H·m-1], + je vektor intenzity pole [A·m-1], % je vektor indukce [T]. Uvaujeme-li cívku o N závitech na uzavøeném feromagnetickém jádru Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 o délce le a prùøezu Ae, impedance této cívky je dána magnetickými vlastnostmi jádra. Vlastní kapacita vinutí a ztráty v mìdi jsou zanedbatelné. Platí: β = M ⋅ ω ⋅ / ⋅ µ , (7) kde: β je vektor impedance cívky [Ω], ω je kruhová frekvence (ω = 2·π·f), L0 je indukènost pøi µi = 1 pøi nezmìnìném rozloení toku [H], µ je komplexní permeabilita. Za pøedpokladu µi = 1 je indukènost L0 dána vztahem: / = ⋅ ⋅ 1 ⋅ ∑$ − (8) Má-li jádro zbytkové ztráty, je tøeba pohlíet na permeabilitu jako na vektorovou velièinu, její reálná sloka zvìtuje indukènost a imaginární sloka zvìtuje zbytkové ztráty jádra. Uvaujme nejdøív sériové náhradní schéma cívky s jádrem: β = M ⋅ ω ⋅ / ⋅ µ ′ − M ⋅ µ ′′ = , = 5V + M ⋅ ω ⋅ /V (9) kde: µ, µ jsou sloky (reálná a imaginární) komplexní permeability pro sériové náhradní schéma cívky s jádrem, Rs je sériový odpor zbytkových ztrát v jádøe [Ω], Ls je sériová indukènost [H]. Rp je paralelní odpor zbytkových ztrát v jádøe [Ω], Lp je paralelní indukènost [H], Rs je sériový odpor zbytkových ztrát v jádøe [Ω], Ls je sériová indukènost [H], Qr je èinitel jakosti. Pokud by neexistovaly ztráty v jádøe, byla by admitance: <= a (10) 5V = / ⋅ µ ′′ (11) (12) Prùbìhy µ a µ v závislosti na kmitoètu se zpravidla uvádìjí v katalogových listech pøísluných materiálù. Z tìchto køivek lze pomìrnì snadno stanovit typické hodnoty sériové indukènosti, odporu a zbytkových ztrát uvaovaného jádra v celém rozsahu pracovních kmitoètù. Uvaujeme-li paralelní náhradní schéma cívky s jádrem, lze odvodit: a 4U 5 S = 5V ⋅ + 4U , kde: 4U = = ⋅ − M ⋅ ω ⋅ / µ ′S M ⋅ µ ′S′ = , + 5S M⋅ ω ⋅ /S (17) Z rovnice (17) vyplývá, e: / S = / ⋅ µ ′S , (18) 5 S = ω ⋅ / ⋅ µ ′S′ (19) ω ⋅ / S µ ′S WJδ = = . 5S µ ′S′ (13) (14) 5S ω ⋅ /V , (15) = = 5V ω ⋅ / S WJδ Koercitivní síla He Koercitivní síla He je intenzita magnetického pole, nutná k potlaèení remanentní indukce Br. Hodnoty He se uvádìjí v katalogových listech pøísluných jader. Curieho teplota (bod) Curieho teplota je kritická teplota, pøi které materiál pøechází z feromagnetického stavu do paramagnetického. Tento pøechod je plynulý, proto bývá Curieho teplotu obtíné urèit. V praxi se Curieho teplota definuje jako teplota, pøi které poèáteèní permeabilita materiálu klesne na polovinu pùvodní hodnoty. Rovnì hodnoty Curieho teploty bývají uvedeny v katalogových listech. Teplotní koeficient poèáteèní permeability µi a ztrátového èinitele tgd Teplotní koeficient poèáteèní permeability pro daný teplotní interval (støední koeficient) je podíl pomìrné zmìny poèáteèní permeability a zmìny teploty, která tuto zmìnu poèáteèní permeability vyvolala: (20) Amplitudová permeabilita je pomìr amplitudy magnetické indukce a intenzity magnetického pole: %D µD = ⋅ , µ + D Indukce v nasycení Bs je ve srovnání s kovovými nebo prákovými materiály malá. Proto se feritové materiály nehodí pro výkonové aplikace na nízkých kmitoètech. 7.µL = Komplexní permeabilita má význam pøedevím na vyích kmitoètech, kde se hodnota poèáteèní permeability s kmitoètem prudce mìní a èinitel jakosti Qr je mení ne 10. se nazývá ztrátový èinitel. / S = /V ⋅ + <= kde: µp je reálná sloka komplexní permeability pro paralelní náhradní schéma, µp je imaginární sloka komplexní permeability pro paralelní náhradní schéma. a Tg δ, který je definován vztahem: 5V µ ′′ = = WJδ ω ⋅ /V µ ′ (16) Existují-li vak zbytkové ztráty, lze admitanci vyjádøit pomocí sloek komplexní permeability pro paralelní náhradní schéma analogicky k náhradnímu schématu sériovému: Z rovnice (9) lze urèit: /V = / ⋅ µ ′ . M ⋅ ω ⋅ / ⋅ µL Indukce v nasycení Bs (21) kde: µa je amplitudová permeabilita, µ0 je permeabilita vakua [H·m-1], Ba je amplituda magnetické indukce [T], Ha je amplituda intenzity magnetického pole [A·m-1]. Amplitudová permeabilita se pouívá pøedevím u jader, pracujících pøi vysokých hodnotách magnetické indukce. Prùbìhy závislosti amplitudové permeability na magnetické indukci a teplotì bývají uvedeny v katalogových listech pøísluných jader. ∆µL . ⋅ ∆7 µL (22) Teplotní koeficient poèáteèní permeability bývá obvykle definován pro teplotu 20 a 60 °C. Teplotní koeficient pro danou teplotu je mezní hodnotou støedního koeficientu pro velmi malou zmìnu teploty ∆T → 0: 7.µL = OLP ∆µL ⋅ , µL ∆7 → ∆7 (23) kde: ∆µi je zmìna poèáteèní permeability, ∆T je zmìna teploty [K]. Tyto vztahy lze aplikovat i na ztrátový èinitel tgδ, efektivní permeabilitu µe apod. Pouívá se také mìrný teplotní koeficient: 7.µV = ∆µ ⋅ , ∆7 µ (24) kde: TKµs je mìrný teplotní koeficient [K-1], ∆µ je zmìna permeability, ∆T je zmìna teploty [K], µ je permeabilita pøi výchozí teplotì T. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 5 Hodnoty mìrného teplotního koeficientu bývají uvedeny v katalogových listech jader. Ztráty v jádøe Celkové ztráty v jádøe lze definovat jako výkon absorbovaný jádrem a pøemìnìný v teplo pøi periodicky promìnné magnetické indukci. Ztráty pøi malých magnetických indukcích v Rayleighovì oblasti lze rozdìlit na ztráty víøivými proudy, ztráty hysterezní a ztráty zbytkové (remanentní). Rayleighova oblast je definována jako oblast, v ní platí (s dostateènou pøesností) kvadratická závislost magnetické indukce na intenzitì podle vztahu: Hodnoty hysterezního koeficientu bývají opìt uvedeny v katalogových listech materiálu. Uvádí se zpravidla pro jádro o objemu 24 cm2. Rozmìr hysterezního koeficientu je: . ⋅ + P$ Pro libovolný objem V a efektivní permeabilitu µe lze hysterezní koeficient urèit ze vztahu: µ T = T ⋅ H ( ν ⋅ + D − + ) , V aplikacích s nízkým sycením bývají hysterezní ztráty malé a lze je proto zanedbat ve srovnání s ostatními ztrátami. Je-li indukènost taková, e se hysterezní ztráty zaèínají uplatòovat, pak se stává podíl ztrátového èinitele a poèáteèní permeability (tg δ /µ i ) závislým na amplitudì, která je opìt závislá na rozmìrech magnetického obvodu, indukènosti L a efektivní hodnotì støídavého proudu I. Oznaèíme-li odpor, pøedstavující hysterezní ztráty Rh a jeho nárùst (pøi f = 800 Hz) pøi zvìtení proudu o 1 mA jako hysterezní koeficient q2, pak pøi f < 50 kHz platí: (26) a z toho: (27) kde: ∆Rh je rozdíl ztrátového odporu vlivem hysterezních ztrát, ∆I je rozdíl proudù [A], L je indukènost [H], f je mìøicí kmitoèet [Hz]. 6 . Není-li prùøez jádra konstantní, lze objem V vypoèítat ze vztahu: O ∑ $ . 9= O ∑ $ (25) Hysterezní ztráty ⋅ ∆5K T = , ∆, ⋅ I ⋅ / ⋅ / ⋅ 9 kde: B je okamitá hodnota indukce [T], µ0 je permeabilita vakua [H·m-1], µi je poèáteèní permeabilita, ν je Rayleighùv hysterezní koeficient [A·m-1], Ha je amplituda intenzity magnetického pole [A·m-1], H je okamitá hodnota intenzity magnetického pole [A·m-1]. ∆5] T = ⋅ ∆, ⋅ / ω ⋅ / ⋅ ⋅ (29) % = (µL + ν ⋅ + D )⋅ + ± µ ± (28) (30) Hodnoty l a A lze pro bìnì pouívané tvary jader urèit podle doporuèení IEC 205. Objem lze samozøejmì urèit i jinými metodami. V praxi se rovnì pouívá tzv. mìrný hysterezní koeficient h/µi2, vztah mezi ním a koeficientem q2(24-100) je: K T = ⋅ . µL WJδ ≈ WJδ K + WJδ H + WJδ U , Ztrátový úhel δ je úhel fázového posuvu mezi fázory B a H. Tangens tohoto úhlu se nazývá ztrátovým èinitelem a je podílem imaginární a reálné sloky komplexní permeability nebo podílem reálné a imaginární sloky pøevrácené hodnoty komplexní permeability: ω ⋅ /S µ ′′ µ ′S 5V , (32) = = = µ ′ µ ′S′ ω ⋅ /V 5S kde: µ je reálná sloka komplexní permeability, µ je imaginární sloka komplexní permeability, 1/µp je reálná sloka pøevrácené hodnoty komplexní permeability, 1/µp je imaginární sloka pøevrácené hodnoty komplexní permeability, Rs je ztrátový odpor cívky pro sériové náhradní zapojení [Ω], ω·Ls je induktivní reaktance cívky pro sériové náhradní zapojení [Ω], ω·Lp je induktivní reaktance cívky pro paralelní náhradní zapojení [Ω], Rp je ztrátový odpor cívky pro paralelní náhradní zapojení [Ω]. (33) kde: tgδh je tangens dílèího ztrátového úhlu, daného vlivem hystereze, tgδe je tangens dílèího ztrátového úhlu, daného vlivem víøivých proudù, tgδr je tangens dílèího ztrátového úhlu, daného vlivem zbytkových ztrát. Ve vf technice se èastìji pouívá èinitel jakosti Q, který je pøevrácenou hodnotou ztrátového úhlu: 4= . WJδ (34) Kromì ji uvedených velièin se také pouívá velièina zvaná mìrný ztrátový úhel, který je materiálovou konstantou. Je to pomìr ztrátového úhlu k poèáteèní permeabilitì. Pro obvody se vzduchovou mezerou (také pro prákové materiály) se pouívá mìrný ztrátový úhel, definovaný pomìrem ztrátového úhlu k efektivní permeabilitì. Hodnoty mìrného ztrátového úhlu lze najít v katalogových listech materiálu. Optimální frekvenèní oblast (31) Ztrátový èinitel tgd a mìrný ztrátový èinitel tgd /µ WJδ = Pokud je tgδ mení ne 0,1, lze jej dìlit na sloky, odpovídající ztrátám hysterezním, ztrátám víøivými proudy a ztrátám zbytkovým: Nejsnazí metodou urèení optimální frekvenèní oblasti pro rezonanèní obvody je zjitìní pøísluných hodnot èinitele jakosti Q z grafù pro daný typ jádra. Pøi pouití materiálu pro irokopásmové transformátory lze pouít prùbìhu sloek komplexní permeability µ a µ. Horní mezní kmitoèet fmax Za horní mezní kmitoèet lze povaovat takový, pøi nìm Q poklesne na 50, resp. tgδ na 0,02. Jádra se vzduchovou mezerou mají horní mezní kmitoèet vdy vyí ne jádra bez mezery. Dolní mezní kmitoèet fmin V praxi se za dolní mezní kmitoèet povauje takový, pøi kterém je vhodné pøejít na jiný typ materiálu, èím se dosáhne sníení ztrát. Ztráty pøi vysoké indukci Nv Jsou dùleité pøedevím pøi návrhu výkonových transformátorù. Udávají se v [mW·g-1] nebo v [mW·cm-3]. Mìrný odpor r Hodnoty mìrného odporu pro pøíslunou teplotu a proudovou hustotu bývají uvedeny v katalogových listech materiálu. Pøi mìøení mìrného odporu se pouívají rtuové kontakty nebo je na Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 povrch materiálu nanesena speciální grafitová emulze. logových listech pro daný typ jádra, nebo lze pouít vhodný program, který vybere pro daný kmitoèet vhodný typ jádra, vypoèítá poèet závitù, urèí pøedpokládané Q cívky a popø. dalí parametry. Vhodné programy zdarma nabízejí nìkteøí výrobci feritových a prákových jader nebo lze pouít univerzální, vìtinou komerèní software. Èinitel indukènosti AL Èinitel indukènosti AL patøí k nejdùleitìjím parametrùm jádra. Pøedstavuje indukènost, kterou by mìla cívka daného tvaru a rozmìrù, umístìná na jádru v dané poloze, kdyby byla tvoøena jedním závitem. Ve vf technice se èastìji setkáváme s èinitelem indukènosti AL pro 10, 100 èi jiný poèet závitù, nebo se zde setkáváme s jádry z materiálu s malou permeabilitou a pouití AL pro vìtí poèet závitù vede k pøesnìjím výsledkùm. Platí, e: $/ = / , 1 Èinitel odporu AR S èinitelem odporu A R se ve vf technice nesetkáváme pøíli èasto, nebo se pouívají cívky o malé indukènosti (tedy s malým poètem závitù), vinuté zpravidla tlustím vodièem. Èinitel odporu AR nebo také konstanta AR je analogií k èiniteli indukènosti AL. Pøedstavuje stejnosmìrný odpor Rss jednoho závitu: (35) kde: AL je èinitel indukènosti [H·z-2], L je indukènost cívky [H], N je poèet závitù [z]. $5 = 1 . / $5 = (36) . $/ . ρ ⋅ O] , I N ⋅ $] (37) $5 I N = $5 ⋅ . IN τ= (41) Pro nízké kmitoèty lze ztrátový odpor nahradit stejnosmìrným odporem Rss. Èasová konstanta pak bude: τ VV = / , 5VV (42) kde: τss je èasová konstanta [s], L je indukènost [H], Rss je stejnosmìrný odpor [Ω]. Z výrazù (35) a (38) vyplývá: $ τ VV = / . $5 (43) Èasová nestabilita permeability (desakomodace) Èasová nestabilita permeability se také nazývá desakomodace. Je to pomìrná zmìna poèáteèní permeability, která vznikne za urèitou dobu pøi stanovené teplotì po úplném odmagnetování bez pùsobení dalích vlivù (magnetických, teplotních, mechanických atd.). Desakomodace je definována vztahem: '= µL − µL ⋅ , µL (44) kde: D je desakomodace [%], 1,0 0,8 fk 0,15 0,05 0,07 0,04 0,3 → 0,4 fk 0,1 0,6 CuL 0,4 0,05 CuLH 0,07 0,2 0,04 0,2 0,1 / , 5] kde: τ je èasová konstanta [s], L je indukènost [H], RZ je ztrátový odpor [Ω]. (40) Na obr. 3 jsou uvedeny závislosti fk pro licnu (vf lanko) a na obr. 4 pro drát. 0,5 Èasová konstanta je definována jako pomìr indukènosti L a ztrátového odporu RZ : (39) Pøi pouití uvedených jednotek má AR rozmìr [µΩ], tedy 10-6 Ω. Hodnoty èinitele plnìní mìdi jsou udávány pro cívková tìlíska obvykle pøi fk = 0,5. Pøepoèet pro jiné velikosti fk lze provést pomocí vztahu: Èinitel indukènosti musí být mìøen za podmínky, e mìøicí proud je urèen tak, aby H < 4 mA·cm-1. V praxi lze poèet závitù cívky pro poadovanou indukènost stanovit z nomogramù, které bývají uvedeny v kata- → (38) kde: ρ je mìrný odpor materiálu vinutí (pro Cu je 1,72 mΩ·cm), lz je støední délka závitu [cm], Az je plocha jednoho závitu [cm2], fk je èinitel plnìní mìdi. Je-li napø. indukènost L uvedena v µH, pak vztah mezi α a AL bude: α= 1 Ze známých údajù vinutí lze èinitele odporu AR vypoèítat ze vztahu: V praxi se spí setkáme s jednotkami nH·z-2 nebo µH·z-2. V nìkterých pøípadech se pouívá i tzv. èinitel závitù α, pøedstavující poèet závitù, který by musela mít cívka daného tvaru a rozmìrù, umístìná v dané poloze, aby se dosáhlo jednotkové indukènosti: α= 5VV Èasová konstanta t 0 10 20 30 40 → 50 poèet vodièù 60 Obr. 3. Závislosti èinitele plnìní mìdi fk na poètu a prùmìru vodièù [mm] v licnì. Plné èáry platí pro neopøedené lanko, èárkované èáry pro lanko opøedené jednou vrstvou hedvábí 0,1 0,06 0,08 0,1 0,2 → 0,4 0,6 0,8 1,0 prùmìr vodièe [mm] Obr. 4. Závislost èinitele plnìní mìdi fk na prùmìru plného vodièe. Èára CuL platí pro drát izolovaný lakem, èára CuLH pro drát izolovaný lakem a jednou vrstvou hedvábí Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 7 µi1 je poèáteèní permeabilita mìøená v dané (krátké) dobì t1 po úplném odmagnetování, µi2 je poèáteèní permeabilita mìøená v dané (delí) dobì t2 po úplném odmagnetování. Èinitel desakomodace d je dán vztahem: G= µL − µL . W µL ⋅ ORJ W G . µL (46) Pouívané jednotky Pojmy magnetická indukce a intenzita magnetického pole jsou èasto pouívány jako synonyma. V mnoha pøípadech je toti moné z magnetické indukce odvodit intenzitu magnetického pole a obrácenì. Intenzita magnetického pole H popisuje pole, vyvolané samotným proudem, protékajícím vodièem, zatímco magnetická indukce B popisuje pole, urèené prùtokem proudu a spolupùsobením magnetizaèního efektu v materiálu. Samotný materiál mùe indukci zmenovat nebo zvìtovat, podle toho se nazývá paramagnetický nebo diamagnetický. Souvislost mezi magnetickou indukcí a intenzitou magnetického pole ve vakuu, podobnì jako ve vzduchu nebo jiném nemagnetickém prostøedí, je konstantní a lze ji vyjádøit vztahem: % = µ ⋅ + , Pro magnetické materiály platí: (48) kde µr je relativní permeabilita materiálu. V mìrové soustavì SI má magnetická indukce B jednotku 1 T (1 tesla) o rozmìru [V/A·m2]. Intenzita magnetického pole H má jednotku 1 ampér na 1 metr a rozmìr [A·m-1]. Ve starí mìrové soustavì má magnetická indukce B jednotku 1 G (1 gauss) a platí 1 G = 10 -4 T. Intenzita magnetického pole H má jednotku 1 Oe (1 oersted) a platí 1 Oe = = 103·4·π-1·A·m-1. Jednotky soustavy SI (Systeme Internationale) se pouívají ve vìtinì evropských zemí, kde jsou pøedepsány. 8 G (gauss) kA·m-1 Oe (oersted) 1,0000 10,000 0,7960* 10,000* 0,1000 1,0000 0,0796* 1,0000* 1 kA·m 1,2560* 12,560* 1,0000 12,560 1 Oe 0,1000* 1,0000* 0,0796 1,0000 1 mT 1G -1 Starí jednotky jsou pouívány mnoha výrobci a distrubutory v USA a je moné se s nimi velmi èasto se- tkat v jejich katalogových listech. Pøevod mezi nìkterými jednotkami je v tab. 1. Katalogové údaje vybraných feromagnetických materiálù Feritová toroidní jádra Amidon Feritová toroidní jádra se vyrábìjí v rùzných velikostech z materiálù s permeabilitou v rozsahu od 20 do více ne 15 000. Jsou urèena k pouití v rezonanèních obvodech, irokopásmových transformátorech a rovnì jsou vhodná i pro vf tlumivky. Toroidní jádra se dodávají o vnìjím prùmìru od 5,8 do 61 mm. Feritová toroidní jádra jsou navrena pro vf aplikace a jejich relativnì velká permeabilita umoòuje konstruovat cívky s velkou indukèností pøi minimálním poètu závitù. Tím je také moné dosáhnout minimálních rozmìrù cívek. Pouívané feritové materiály lze rozdìlit do dvou skupin: 1. Nikelnato-zineènaté s permeabilitou µi v rozsahu 20 a 800. 2. Manganato-zineènaté s permeabilitou µi vìtí ne 800. (47) kde µ0 je permeabilita vakua [4·π·10-7 V/ /A·m nebo 1,256 V/A·m]. % = µU ⋅ µ ⋅ + , mT (militesla) * Platí pro vzduch (45) V praxi se pouívá t1 = 10 min a t2 = 100 min. Pak log t 1 /t 2 = 1. Nìkdy se také pouívá mìrný èinitel desakomodace DF, který je dán vztahem: ') = Tab. 1. Pøevod mezi nìkterými jednotkami z oblasti magnetizmu Nikelnato-zineènatá feritová jádra se vyznaèují velkým objemovým odporem, støednì velkou teplotní stabilitou a vysokým Q v kmitoètovém rozsahu od 500 kHz do 100 MHz. Jsou také vhodná pro rezonanèní obvody, pracující s malým výkonem, kde je poadována velká indukènost. Jejich malá permeabilita je vhodná rovnì pro irokopásmové transformátory. Manganato-zineènaté ferity mívají permeabilitu kolem 800, pomìrnì malý mìrný odpor a dovolují støední sycení. Dosahují vysokého èinitele jakosti Q v kmitoètovém rozsahu od 1 kHz do 1 MHz. Jádra z manganato-zineènatých feritù se èasto pouívají ve spínaných zdrojích, pracujících v kmitoètovém rozsahu 20 a 100 kHz. Tato jádra jsou velmi vhodná ke konstrukci tlumivek, které potlaèují signály v kmitoètovém rozsahu od 20 do více ne 400 MHz. Zvìtení prùrazného napìtí cívek je dosaeno vhodnou povrchovou úpravou jádra. Dostupná jsou povrchovì upravená jádra z materiálù F, J, W a H. Jako povrchová úprava se pouívá edý a èerný lak, pøípadnì Parylen C. Jádra s povrchem oetøeným vrstvou Parylenu C o tlouce 0,012 a 0,05 mm zaruèují prùrazné napìtí 760 V. Vrstva edého laku o tlouce 0,1 a 0,2 mm zaruèuje prùrazné napìtí 500 V. Èerný lak mívá tlouku 0,012 a 0,05 mm, zvýené prùrazné napìtí vak není zaruèeno. Charakteristiky feritových materiálù Amidon Materiál 33 (µ = 850) - manganato-zineènatý materiál s malým objemovým odporem. Pouívá se pro feritové antény pro pásmo 1 kHz a 1 MHz. Vyrábìjí se pouze tyèky. Materiál 43 (µ = 850) - má velký mìrný odpor. Je vhodný pro støedovlnné cívky, irokopásmové transformátory do 50 MHz a tlumivky, které potlaèují signály o kmitoètech 40 a 400 MHz. Vyrábìjí se toroidní jádra, perly, víceotvorová jádra a speciální tvary pro vf tlumivky. Materiál 61 (µ = 125) - vyznaèuje se støední teplotní stabilitou a vysokým Q v rozsahu 0,2 a 15 MHz. Je vhodný pro irokopásmové transformátory do 200 MHz a pro tlumivky pro kmitoèty nad 200 MHz. Vyrábìjí se toroidní jádra, tyèky, cívkovitá a víceotvorová jádra. Materiál 63 (µ = 40) - je vhodný pro cívky s vysokým Q v pásmu 15 a 25 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Materiál 64 (µ = 250) - materiál, urèený pøedevím pro feritové perly. Má velký mìrný odpor, vynikající teplotní stabilitu a je velmi vhodný ke konstrukci tlumivek nad 400 MHz. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Materiál 67 (µ = 40) - je podobný materiálu 63. Dovoluje vìtí sycení a má velmi dobrou teplotní stabilitu. Je vhodný pro cívky s vysokým Q pro kmitoèty 10 a 80 MHz a pro irokopásmové transformátory do 200 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Materiál 68 (µ = 20) - vyznaèuje se velkým objemovým odporem a vynikající teplotní stabilitou. Je vhodný pro rezonanèní obvody s vysokým Q, které pracují v rozsahu 80 a 180 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Výroba byla ukonèena, nahrazují jej materiály 61 a 67. Materiál 73 (µ = 2 500) - materiál, urèený pøedevím pro feritové perly. Je vhodný pro tlumivky na kmitoètech 1 a 50 MHz. Vyrábìjí se perly a víceotvorová jádra. Materiál 77 (µ = 2 000) - dovoluje velké sycení pøi vyích teplotách. Vykazuje nízké ztráty v rozsahu 1 kHz a 1 MHz. Pouívá se pro transformátory malého výkonu ve spínaných zdrojích a pro irokopásmové transformátory a tlumivky v kmitoètovém rozsahu 0,5 a 50 MHz. Vyrábìjí se toroidní jádra, hrníèková a E jádra, perly, jádra pro irokopásmové baluny a trubièková jádra. Materiál je zdokonalením starího materiálu 72, který se sice stále dodává v nìkolika provedeních, ale v nových konstrukcích by mìl být pouíván materiál 77. Materiál F (µ = 3 000) - dovoluje velké sycení pøi vysokých teplotách. Vhodný pro transformátory ve spínaných zdrojích a mìnièích. Dobøe tlumí signály v kmitoètovém rozsahu od 0,5 do 50 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Materiál J (materiál 75) (µ = = 5 000) - má malý mìrný odpor a malé ztráty v kmitoètovém pásmu 1 kHz a 1 MHz. Pouívá se pro pulsní transformátory a irokopásmové transformátory malého výkonu. Výbornì tlumí signály v pásmu od 0,5 do 20 MHz. Vyrábìjí se toroidní jádra a feritové perly, které bývají skladem, vyskytují se rovnì hrníèková, RM, E a U jádra, ovem pouze na objednávku. Tab. 2. Magnetické vlastnosti feritových materiálù Amidon. Údaje o kmitoètových oblastech vyuitelnosti jader platí pøi malých výkonech a pro malá jádra. Pøi vìtích výkonech jsou skuteèné kmitoèty nií ne uvedené Materiál 33 43 61 64 67 68 73 Poèáteèní permeabilita 800 850 125 250 40 20 2 500 Maximální permeabilita 1 380 3 000 450 375 125 40 4 000 Maximální indukce pøi 10 Oe [G] 2 500 2 750 2 350 2 200 3 000 2 000 4 000 Zbytková indukce [G] 1 350 1 200 1 200 1 100 100 1 000 1 000 -1 2 5 8 8 7 Mìrný odpor [Ω·cm ] Teplotní souèinitel v rozmezí -20 a +70 °C [%/°C] Ztrátový èinitel Koercitivní síla [Oe] Curieova teplota [°C] 7 1x 10 1x 10 1x 10 1x 10 1x 10 1x 10 1x 102 0,1 1 0,15 0,15 0,13 0,06 0,8 3x 10-6 na 0,2 MHz 20x 10-6 na 0,1 MHz 32x 10-6 na 2,5 MHz 100x 10-6 na 2,5 MHz 150x 10-6 na 50 MHz 400x 10-6 na 0,1 MHz 7x 10-6 na 0,1 MHz 0,3 0,3 1,6 1,4 3,0 10 0,18 150 130 350 210 500 500 160 Pouití v rezonanèních obvodech [MHz] 0,1 a 1 0,01 a 1 0,2 a 10 0,05 a 4 10 a 80 80 a 180 0,001 a 1 Oblast pouití [MHz] 1 a 30 1 a 30 10 a 200 50 a 500 200 a 1 000 0,5 a 30 0,2 a 15 Tlumivky [MHz] 20 a 80 30 a 200 >1 GHz >10 GHz 1 a 40 Materiál 77 83 F J K W H Poèáteèní permeabilita 2 000 300 3 000 5 000 290 10 000 15 000 Maximální permeabilita 6 000 3 600 4 300 9 500 400 20 000 23 000 Maximální indukce pøi 10 Oe [G] 4 600 3 900 4 700 4 300 330 4 300 4 200 Zbytková indukce [G] 1 150 3 450 900 500 250 -1 2 1x 10 1x 10 20x 10 0,15x 10 1x 102 0,25 0,4 0,25 0,4 0,15 46 0,4 4,5x 10-6 na 0,1 MHz 50x 10-6 na 0,1 MHz 4x 10-6 na 0,1 MHz 15x 10-6 na 0,1 MHz 28x 10-6 na 1 MHz 7x 10-6 na 10 kHz 15x 10-6 na 10 kHz Koercitivní síla [Oe] 0,22 0,45 0,2 0,1 1,0 0,04 0,04 Curieova teplota [°C] 200 300 250 140 280 125 120 Pouití v rezonanèních obvodech [MHz] 0,001 a 2 0,001 a 5 0,001 a 1 0,001 a 1 Oblast pouití [MHz] 0,5 a 30 1 a 15 0,5 a 30 1 a 15 200 a 1 000 0,001 a 1 0,001 a 1 1 a 40 0,5 a 20 1 a 20 0,5 a 10 >1 GHz 0,1 a 1 0,001 a 0,5 Ztrátový èinitel Tlumivky [MHz] 2 7 800 1,5x 10 Teplotní souèinitel v rozmezí -20 a +70 °C [%/°C] 2 800 1x 10 Mìrný odpor [Ω·cm ] 3 30 a 10 GHz 200 a 5 000 2 0,0001 a 30 0,001 a 0,25 0,001 a 0,15 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 9 Tab. 3. Rozmìry feritových toroidních jader Amidon Oznaèení Vnìjí Vnitøní Výka prùmìr prùmìr jádra [mm] [mm] [mm] Mate- Permeabilita riál µi Oznaèení Vnìjí Vnitøní Výka prùmìr prùmìr jádra [mm] [mm] [mm] Mate- Permeabilita riál µi FT-114-43 29,0 19,0 7,5 43 850 FT-240-67 61,0 35,6 12,7 67 40 FT-114-61 29,0 19,0 7,5 61 125 FT-240-77 61,0 35,6 12,7 61 2 000 FT-114-67 29,0 19,0 7,5 67 40 FT-240-F 61,0 35,6 12,7 F 3 000 FT-114-68 29,0 19,0 7,5 68 20 FT-240-J 61,0 35,6 12,7 J 5 000 FT-114-77 29,0 19,0 7,5 77 2 000 FT-240-K 61,0 35,6 12,7 K 290 FT-114-F 29,0 19,0 7,5 F 3 000 FT-240-W 61,0 35,6 12,7 W 10 000 FT-114-H 29,0 19,0 7,5 H 15 000 FT-290-43 73,7 38,9 12,7 43 850 FT-114-J 29,0 19,0 7,5 J 5 000 FT-290-77 73,7 38,9 12,7 77 2 000 FT-114-W 29,0 19,0 7,5 W 10 000 FT-290-F 73,7 38,9 12,7 F 3 000 FT-114A-43 29,0 19,0 13,8 43 850 FT-290-J 73,7 38,9 12,7 J 5 000 FT-114A-61 29,0 19,0 13,8 61 125 FT-290-W 73,7 38,9 12,7 W 10 000 FT-114A-77 29,0 19,0 13,8 77 2 000 FT-37-43 9,5 4,7 3,2 43 850 FT-125-K 31,8 19,0 9,5 K 290 FT-37-61 9,5 4,7 3,2 61 125 FT-140-43 35,6 22,9 12,7 43 850 FT-37-67 9,5 4,7 3,2 67 40 FT-140-61 35,6 22,9 12,7 61 125 FT-37-68 9,5 4,7 3,2 68 20 FT-140-67 35,6 22,9 12,7 67 40 FT-37-F 9,5 4,7 3,2 F 3 000 FT-140-77 35,6 22,9 12,7 77 2 000 FT-37-H 9,5 4,7 3,2 H 15 000 FT-140A-F 36,0 23,0 15,0 F 3 000 FT-37-J 9,5 4,7 3,2 J 5 000 FT-140A-J 36,0 23,0 15,0 J 5 000 FT-37-W 9,5 4,7 3,2 W 10 000 FT-140A-W 36,0 23,0 15,0 W 10 000 FT-50-43 12,7 7,1 4,8 43 850 FT-150-F 38,1 19,0 6,4 F 3 000 FT-50-61 12,7 7,1 4,8 61 125 FT-150-J 38,1 19,0 6,4 J 5 000 FT-50-67 12,7 7,1 4,8 67 40 FT-150-W 38,1 19,0 6,4 W 10 000 FT-50-68 12,7 7,1 4,8 68 20 FT-150A-F 38,1 19,0 12,7 F 3 000 FT-50-F 12,7 7,1 4,8 F 3 000 FT-150A-J 38,1 19,0 12,7 J 5 000 FT-50-H 12,7 7,1 4,8 H 15 000 FT-150A-K 38,1 19,0 12,7 K 290 FT-50-J 12,7 7,1 4,8 J 5 000 FT-150A-W 38,1 19,0 12,7 W 10 000 FT-50-W 12,7 7,1 4,8 W 10 000 FT-193-F 49,1 31,8 15,9 F 3 000 FT-50A-43 12,7 7,9 6,4 43 850 FT-193-J 49,1 31,8 15,9 J 5 000 FT-50A-61 12,7 7,9 6,4 61 125 FT-193-W 49,1 31,8 15,9 W 10 000 FT-50A-67 12,7 7,9 6,4 67 40 FT-193A-F 49,1 31,8 19,0 F 3 000 FT-50A-68 12,7 7,9 6,4 68 20 FT-193A-J 49,1 31,8 19,0 J 5 000 FT-50A-77 12,7 7,9 6,4 77 2 000 FT-193A-W 49,1 31,8 19,0 W 10 000 FT-50A-F 12,7 7,9 6,4 F 3 000 FT-23-43 5,8 3,0 1,5 43 850 FT-50A-H 12,7 7,9 6,4 H 15 000 FT-23-61 5,8 3,0 1,5 61 125 FT-50A-J 12,7 7,9 6,4 J 5 000 FT-23-63 5,8 3,0 1,5 63 40 FT-50A-W 12,7 7,9 6,4 W 10 000 FT-23-67 5,8 3,0 1,5 67 40 FT-50B-43 12,7 7,9 12,7 43 850 FT-23-68 5,8 3,0 1,5 68 20 FT-50B-61 12,7 7,9 12,7 61 125 FT-23-F 5,8 3,0 1,5 F 3 000 FT-50B-67 12,7 7,9 12,7 67 40 FT-23-H 5,8 3,0 1,5 H 15 000 FT-50B-75 12,7 7,9 12,7 75 5 000 FT-23-J 5,8 3,0 1,5 J 5 000 FT-50B-77 12,7 7,9 12,7 77 2 000 FT-23-W 5,8 3,0 1,5 W 10 000 FT-82-43 21,0 13,1 6,4 43 850 FT-240-43 61,0 35,6 12,7 43 850 FT-82-61 21,0 13,1 6,4 61 125 FT-240-61 61,0 35,6 12,7 61 125 FT-82-67 21,0 13,1 6,4 67 40 10 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 3 (dokonèení). Rozmìry feritových toroidních jader Amidon Oznaèení Vnìjí Vnitøní Výka prùmìr prùmìr jádra [mm] [mm] [mm] Mate- Permeariál bilita µi Oznaèení Vnìjí Vnitøní Výka prùmìr prùmìr jádra [mm] [mm] [mm] Mate- Permeariál bilita µi FT-82-68 21,0 13,1 6,4 68 20 FT-87-H 22,1 13,7 6,4 H 15 000 FT-82-75 21,0 13,1 6,4 75 5 000 FT-87-J 22,1 13,7 6,4 J 5 000 FT-82-77 21,0 13,1 6,4 77 2 000 FT-87-W 22,1 13,7 6,4 W 10 000 FT-87-43 22,1 13,7 6,4 43 850 FT-87A-F 22,1 13,7 12,7 F 3 000 FT-87-61 22,1 13,7 6,4 61 125 FT-87A-H 22,1 13,7 12,7 H 15 000 FT-87-77 22,1 13,7 6,4 77 2 000 FT-87A-J 22,1 13,7 12,7 J 5 000 FT-87-F 22,1 13,7 6,4 F 3 000 FT-87A-W 22,1 13,7 12,7 W 10 000 Tab. 4a. Materiál Oznaèení jádra 43, permeabilita 850 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-23-43 5,8 3 1,5 1,34 0,021 0,029 188 FT-37-43 9,5 4,7 3,2 2,15 0,076 0,163 420 FT-50-43 12,7 7,1 4,8 3,02 0,133 0,401 523 FT-50A-43 12,7 7,9 6,4 3,68 0,152 0,559 570 FT-50B-43 12,7 7,9 12,7 3,18 0,303 0,963 1 140 FT-82-43 21 13,1 6,4 5,26 0,246 1,290 557 FT-114-43 29 19 7,5 7,42 0,375 2,790 603 FT-140-43 35,6 22,9 12,7 9,02 0,806 7,280 952 FT-240-43 61 35,6 12,7 14,8 1,610 23,900 1 240 Tab. 4b. Materiál Oznaèení jádra 67, permeabilita 40 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-23-67 5,8 3 1,5 1,34 0,021 0,029 7,8 FT-37-67 9,5 4,7 3,2 2,15 0,076 0,163 19,7 FT-50-67 12,7 7,1 4,8 3,02 0,133 0,401 22,0 FT-50A-67 12,7 7,9 6,4 3,68 0,152 0,559 24,0 FT-50B-67 12,7 7,9 12,7 3,18 0,303 0,963 48,0 FT-82-67 21 13,1 6,4 5,26 0,246 1,290 22,4 FT-114-67 29 19 7,5 7,42 0,375 2,790 25,4 FT-140-67 35,6 22,9 12,7 9,02 0,806 7,280 45, FT-240-67 61 35,6 12,7 14,8 1,610 23,900 50,0 Tab. 4d. Materiál Oznaèení jádra F, permeabilita 3 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-87A-F 22,1 13,7 12,7 5,42 0,315 1,710 3 700 FT-114-F 29 19 7,5 7,42 0,375 2,783 1 902 FT-150-F 38,1 19 6,4 8,3 0,591 4,905 2 640 FT-150A-F 38,1 19 12,7 8,3 1,110 9,213 5 020 FT-193-F 49 31,8 15,9 12,31 1,360 16,742 3 640 FT-193A-F 49 31,8 19 12,31 1,620 19,942 4 460 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 11 Tab. 4c. Materiál Oznaèení jádra 77, permeabilita 2 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-23-77 5,8 3 1,5 1,34 0,021 0,029 396 FT-37-77 9,5 4,7 3,2 2,15 0,076 0,163 884 FT-50-77 12,7 7,1 4,8 3,02 0,133 0,401 1 100 FT-50A-77 12,7 7,9 6,4 3,68 0,152 0,559 1 200 FT-50B-77 12,7 7,9 12,7 3,18 0,303 0,963 2 400 FT-82-77 21 13,1 6,4 5,26 0,246 1,294 1 170 FT-114-77 29 19 7,5 7,42 0,375 2,783 1 270 FT-114A-77 29 19 13,8 7,42 0,690 5,120 2 340 FT-140-77 35,6 22,9 12,7 9,02 0,806 7,270 2 250 FT-240-77 61 35,6 12,7 14,8 1,610 22,608 3 130 Tab. 4e. Materiál Oznaèení jádra J (75), permeabilita 5 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] FT-23-J Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] 5,8 3 1,5 1,34 0,021 0,029 990 FT-37-J 9,5 4,7 3,2 2,15 0,076 0,163 2 110 FT-50-J 12,7 7,1 4,8 3,02 0,133 0,401 2 750 FT-50A-J 12,7 7,9 6,4 3,68 0,152 0,559 2 990 FT-87-J 22,1 13,7 6,4 5,42 0,261 1,414 3 020 FT-87A-J 22,1 13,7 12,7 5,42 0,315 1,710 6 040 FT-114-J 29 19 7,5 7,42 0,375 2,783 3 170 FT-140A-J 35,6 22,9 15 9,02 0,806 7,270 6 736 FT-150-J 38,1 19 6,4 8,3 0,591 4,905 4 400 FT-150A-J 38,1 19 12,7 8,3 1,110 9,213 8 370 FT-193-J 49 31,8 15,9 12,31 1,360 16,742 6 065 FT-193A-J 49 31,8 19 12,31 1,620 19,942 7 435 FT-240-77 61 35,6 12,7 14,4 1,570 22,608 6 845 FT-337-J 85,7 35,6 12,7 Tab. 4g. Materiál Oznaèení jádra pouze na objednávku W, permeabilita 10 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-50A-W 12,7 7,9 6,4 3,68 0,152 0,559 5 936 FT-87-W 22,1 13,7 6,4 5,42 0,261 1,414 6 040 FT-150A-W 38,1 19 12,7 8,3 1,110 9,213 16 700 FT-193-W 49 33,8 15,9 12,31 1,360 16,742 11 800 FT-240-W 61 35,6 12,7 14,4 1,570 22,608 13 690 Tab. 4h. Materiál Oznaèení jádra H, permeabilita 15 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-23-H 5,8 3 1,5 1,34 0,021 0,029 2 940 FT-37-H 9,5 4,7 3,2 2,15 0,076 0,163 6 590 12 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 4f. Materiál K, permeabilita 290 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Oznaèení jádra Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [mH/1000 z] FT-115-K 31,8 19 9,5 8,05 0,617 4,970 2 615 FT-150A-K 38,1 19 12,7 8,3 1,110 9,213 1 508 FT-200-K 50,8 30,5 12,7 12,9 1,290 16,641 5 353 FT-240-K 61 35,6 12,7 14,4 1,570 22,608 4 912 Tab. 5. Vlastnosti a rozmìry dvouotvorových feritových jader Amidon Typická 1) impedance [Ω] Materiál Obrázek BN-43-2402 2843002402 43 obr. 5a 100 BN-43-302 284300302 43 obr. 5a BN-43-202 284300202 43 BN-43-3312 2843010302 Hmotnost [g] A [mm] - 1,5 7,0 ±0,25 - 130 2,6 obr. 5a - 180 43 obr. 5c - 2861001802 61 obr. 5b 2873001702 73 2843001702 2861001702 C [mm] E [mm] H [mm] 6,2 ±0,25 4,2 ±0,25 2,9 ±0,1 1,7 +0,2 13,3 ±0,6 10,3 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 3,7 13,3 ±0,6 14,35 ±0,5 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 400 18 19,45 ±0,4 25,4 ±0,7 9,5 ±0,25 9,9 ±0,25 4,75 ±0,2 - 119 0,8 6,35 ±0,25 6,15 ±0,25 - 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 obr. 5b 200 - 1,6 6,35 ±0,25 12,0 ±0,35 - 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 43 obr. 5b - 256 1,6 6,35 ±0,25 12,0 ±0,35 - 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 61 obr. 5b - 230 1,6 6,35 ±0,25 12,0 ±0,35 - 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 2873001502 73 obr. 5a 50 - 1,7 13,3 ±0,6 6,6 ±0,25 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2843001502 43 obr. 5a - 88 1,7 13,3 ±0,6 6,6 ±0,25 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2861001502 61 obr. 5a - 69 1,7 13,3 ±0,6 6,6 ±0,25 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873000302 73 obr. 5a 75 - 2,6 13,3 ±0,6 10,3 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2861000302 61 obr. 5a - 106 2,6 13,3 ±0,6 10,3 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873000102 73 obr. 5a 94 - 3,5 13,3 ±0,6 13,4 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2843000102 43 obr. 5a - 175 3,5 13,3 ±0,6 13,4 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2861000102 61 obr. 5a - 138 3,5 13,3 ±0,6 13,4 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873000202 73 obr. 5a 106 - 3,7 13,3 ±0,6 14,35 ±0,5 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2861000202 61 obr. 5a - 150 3,7 13,3 ±0,6 14,35 ±0,5 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873006802 73 obr. 5a 180 - 7,0 13,3 ±0,6 27,0 ±0,75 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2843006802 43 obr. 5a - 300 7,0 13,3 ±0,6 27,0 ±0,75 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2861006802 61 obr. 5a - 280 7,0 13,3 ±0,6 27,0 ±0,75 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2843010402 43 obr. 5c - 200 7,5 19,45 ±0,4 12,7 ±0,5 9,5 ±0,25 9,9 ±0,25 4,75 ±0,2 2843009902 43 obr. 5c - 500 48 28,7 ±0,6 28,7 ±0,7 14,25 ±0,3 14,0 ±0,3 6,35 ±0,15 2861010002 61 obr. 5c - 600 45 30,2 ±0,6 28,7 ±0,7 15,0 ±0,4 14,0 ±0,3 6,8 ±0,2 Typ jádra 25 MHz 100 MHz B 2) [mm] 1) Typická impedance jednoho závitu vodièe procházejícího obìma otvory jádra. Zaruèovaná minimální impedance je o 20 % mení. 2) Rozmìr B lze pøizpùsobit poadavkùm odbìratele. a) b) Obr. 5. Pouívané tvary dvouotvorových jader Amidon Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 c) 13 Tab. 6. Feritové perly Amidon Materiál Oznaèení (xx je èíslo materiálu) Vnìjí prùmìr A [mm] Prùmìr otvoru [mm] Výka B [mm] Tvar FB-xx-101 3,5 1,3 3,25 FB-xx-201 1,93 1,09 FB-xx-301 3,5 FB-xx-401 75 77 43 73 µ = 850 µ = 2 500 µ = 5 000 µ = 2 000 61 µ = 125 64 µ = 250 1 otvor (obr. 6) ano ano ano ano ano ne 3,81 1 otvor (obr. 6) ne ano ano ano ne ne 1,3 6,0 1 otvor (obr. 6) ano ne ano ano ne ne 5,08 1,52 6,35 1 otvor (obr. 6) ne ne ano ne ne ne FB-xx-801 4,52 2,39 4,54 1 otvor (obr. 6) ne ano ano ano ne ne FB-xx-901 6,35 1,27 10,6 2 otvory (obr. 5b) ne ano ne ne ne ne FB-xx-1501 3,5 1,6 3,25 1 otvor (obr. 6) ne ano ne ne ne ne FB-xx-1801 5,08 1,52 11,1 1 otvor (obr. 6) ne ano ano ano ne ne FB-xx-2401 9,65 5,0 4,83 1 otvor (obr. 6) ne ne ano ano ne ne FB-xx-5111 6,0 0,96 10,0 6 otvorù (obr. 7) ne ano ano ne ne ne FB-xx-6301 9,5 4,9 10,4 1 otvor (obr. 6) ne ne ano ne ne ano Materiál K (µ = 290) - pouívá se pro linkové transformátory v pásmu od 1 do 50 MHz. Bývá dostupný skladem, avak pouze toroidní jádra v nìkolika rozmìrech. Materiál W (µ = 10 000) - materiál s velkou permeabilitou, pouívaný pro tlumivky, které potlaèují signály od 100 kHz do 1 MHz v EMI/RFI filtrech. Pouívá se také pro irokopásmové transformátory. Na skladì jsou toroidní jádra. Lze objednat i hrníèková, EP a RM jádra. Materiál H (µ = 15 000) - materiál s velkou permeabilitou, pouívaný pro tlumivky, které potlaèují signály o kmitoètu niím ne 200 kHz. Pouívá se rovnì pro irokopásmové transformátory. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Magnetické vlastnosti feritových materiálù Amidon Podrobnìjí údaje o magnetických vlastnostech feritových materiálù Amidon jsou shrnuty v tab. 2, která je umístìna na stranì 9. Rozmìry feritových toroidních jader Amidon Podrobnìjí údaje o rozmìrech feritových toroidních jader Amidon jsou shrnuty v tab. 3, která je umístìna na stranách 10 a 11. Sortiment feritových toroidních jader Amidon Sortiment feritových toroidních jader Amidon rozèlenìný podle druhu materiálù je uveden v tab. 4a a tab. 4h, které jsou umístìny na stranách 11 a 13 . 14 Dvouotvorová feritová jádra Amidon Obr. 6. Feritová perla Amidon Dvouotvorová jádra jsou urèena pro baluny a irokopásmové transformátory. Jádra se dodávají letìná. Pouívané tvary dvouotvorových jader a jejich vlastnosti jsou uvedeny na stranì 13 na obr. 5 a v tab. 5. Feritové perly Feritové perly se navlékají na vývody vf tranzistorù, aby se zabránilo jejich parazitnímu kmitání. Perly té mohou slouit jako tlumivky pro potlaèení neádoucích velmi vysokých kmitoètù na napájecích a signálních vodièích. Rozmìry a vlastnosti feritových perel Amidon jsou uvedeny na obr. 6 a obr. 7 a v tab. 6. V tab. 6 je ve sloupcích s oznaèením materiálu uvedena dostupnost perel zhotovených z pøísluného materiálu. Pokud ve sloupci Materiál není uvedeno ano, perla neexistuje. Èíslo materiálu se v oznaèení perly dosadí za znaky xx (napø. FB-61-101 apod.). Firma Palomar vyrábí shodné perly, avak typ materiálu uvádí a na konci oznaèení. Platí, e: Amidon FB-43-101 je Palomar FB1-43 Amidon FB-xx-201 je Palomar FB-2-xx, Amidon FB-xx-301 je Palomar FB-3-xx, Amidon FB-xx-801 je Palomar FB-8-xx, Amidon FB-xx-1801 je Palomar FB-18-xx, Amidon FB-xx-2401 je Palomar FB-24-xx, Amidon FB-xx-6301 je Palomar FB-63-xx, Amidon FB-xx-1020 je Palomar FB-102-xx, Amidon FB-xx-2401 je Palomar FB-24-xx. Obr. 7. Feritová perla se esti otvory Feritová toroidní jádra firmy Palomar Engineers Pøehled sortimentu feritových toroidních jader firmy Palomar s uvedenými orientaèními cenami v US dolarech je v tab. 7. Charakteristiky jednotlivých materiálù jsou v tab. 8. Feritová toroidní jádra dalích firem Popisy konstrukcí v literatuøe èasto uvádìjí jádra, která jsou buï obtínì dostupná nebo se ji nevyrábìjí. K vyhledání náhrady mohou poslouit nasledující tab. 9 a tab. 10. Feritová toroidní jádra Palomar s oznaèením F jsou shodná s jádry Amidon s oznaèením FT. elezová práková jádra Palomar i Amidon jsou oznaèena shodnì. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 7. Pøehled sortimentu feritových toroidních jader firmy Palomar Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr Tlouka jádra [In.] [mm] [inch] [mm] [inch] [mm] F-240 2,40 60,96 1,40 35,56 0,50 12,7 $ 13,65 43, 61, 77 F-140 1,40 35,56 0,90 22,86 0,50 12,7 $ 6,25 43, 61, 77 F-114A 1,14 28,96 0,75 19,05 0,55 13,97 $ 4,50 61, 77 F-114 1,14 28,96 0,75 19,05 0,30 7,62 $ 3,50 43, 61, 67, 77 F-82 0,82 20,83 0,52 13,21 0,25 6,35 $ 1,70 43, 61, 67, 68, 77 F-50B 0,50 12,7 0,30 7,62 0,50 12,7 $ 1,60 43, 61, 67, 77 F-50A 0,50 12,7 0,30 7,62 0,25 6,35 $ 1,45 43, 61, 67, 75, 77 F-50 0,50 12,7 0,30 7,62 0,20 5,08 $ 1,10 43, 61, 67, 68, 75, 77 F-37 0,37 9,4 0,20 5,08 0,12 3,05 $ 0,85 43, 61, 67, 68, 75, 77 F-23 0,23 5,84 0,12 3,05 0,06 1,52 $ 0,75 43, 61, 67, 68, 77 Jádro Orientaèní cena Pouívané hmoty Tab. 8. Pouití jednotlivých materiálù a vyuitelný kmitoètový rozsah Hmota Permeabilita µi 75 5 000 77 Odruovací tlumivky Cívky Transformátory 1 a 30 kHz 1 a 300 kHz 1 800 0,5 a 100 MHz 1 a 100 kHz 1 kHz a 2 MHz 43 850 1 a 1 000 MHz 0,01 a 1 MHz 0,01 a 10 MHz 61 125 100 a 2 000 MHz 0,2 a 10 MHz 0,2 a 100 MHz 67 40 10 a 80 MHz 10 a 800 MHz 68 20 80 a 180 MHz 80 a 1800 MHz Feritové materiály PRAMET umperk Tab. 9. Oznaèení feritových toroidních jader podle rozmìrù Vnìjí prùmìr Katalogové èíslo Palomar Katalogové èíslo Indiana General Starí katalogové èíslo Indiana General 2,4 61 mm F-240 F568-1 CF-123 1,14 29 mm F-114 F626-12 CF-114 0,82 21 mm F-82 F624-19 CF-111 0,50 12,7 mm F-50A F627-8 CF-108 0,37 9,5 mm F-37 F625-9 CF-102 0,23 6 mm F-23 F303-1 CF-101 Tab. 10. Oznaèení feritových materiálù rùznými výrobci Permeabilita µ Palomar Indiana General Stackpole Ferroxcube 125 61 Q1 C/11 4C4 40 63 Q2 C/12 - 40 67 Q2 C/12 - 20 68 Q3 C/14 - 850 43 H C/7D SD3 5 000 75 O6 - 3E2A 1 800 77 TC9 C/24B 3B7/3B9 1 800 73 - C/24 3C8 Pozn.: Hmota 67 nahrazuje starí hmotu 63. Hmota 77 nahrazuje starí hmotu 73. Vdy je nutné uvádìt rozmìr jádra i hmotu, napø. F-50-61 Magnetické vlastnosti feritových materiálù øady H a N firmy PRAMET umperk jsou uvedeny v tab. 11 a tab. 12 na stranách 16 a 17. elezová práková toroidní jádra Amidon Tato jádra jsou tvoøena smìsí pøesnì definovaných elezových èástic, které jsou vzájemnì od sebe izolované a propojené pojivem. elezový práek a pojivo jsou smíchány, pod velkým tlakem stlaèeny a jádro je vypáleno za vysoké teploty. Charakteristiky jádra jsou urèeny jeho velikostí a hustotou pouitého materiálu a vlastnostmi elezového práku. elezová práková jádra dovolují velké sycení, mají výbornou teplotní stabilitu a vysoké Q, materiál má vak malou permeabilitu (nejvýe µi = 110). Výborná teplotní stabilita pøedurèuje tato jádra ke konstrukci úzkopásmových filtrù, ladìných transformátorù, oscilátorù a pøizpùsobovacích obvodù. elezová práková jádra se vyrábìjí v mnoha provedeních a tvarech - toroidní a E-jádra, hrníèková jádra, trubièky atd. a bývají zhotovena z mnoha rùz- Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 15 Tab. 11. Magnetické vlastnosti feritových materiálù øady H firmy PRAMET umperk Materiál H6 H7 H10 H11 H12 H7 H18 èerná sv. zelená - bílá sv. modrá 1) fialová Poèáteèní permeabilita µ 600 ±20 % 700 ±20 % Magnetická indukce B [mT] pøi intenzitì magnetického pole H [A·m-1] 440 440 360 360 420 390 360 1 000 3 000 1 000 3 000 1 000 3 000 1 000 70 70 30 30 30 20 20 Mìrný ztrátový èinitel tg δ /µ i [10-6] pøi kmitoètu f [kHz] < 30 1000 < 45 1000 - < 20 100 < 10 100 < 3,5 100 < 0,8 100 Hysterezní konstanta nB [10-3·T-1] < 1,8 - - - < 1,6 < 0,4 - Curieova teplota T [°C] > 200 > 200 > 120 > 160 > 160 > 130 > 100 0,5 a 3,5 - - <2 0 a 3 0,4 a 1,0 < 2,5 1 0,5 0,5 0,5 1 3 1 - - - - ≤5 ≤3 - Mìrná hmotnost y [kg·m ] 4 400 4 400 4 800 4 800 4 800 4 700 4 700 Materiál H20 H21 H22 H24 H40 H60 H23 edá hnìdá oranová 1) okr tmavý 1) sv. krémová Barevné oznaèení -1 Koercitivní síla He [A·m ] Mìrný teplotní èinitel ρ [10-6·K-1] Mìrný odpor ρ [Ω·m] Èinitel desakomodace DF [10-6] -3 Barevné oznaèení Poèáteèní permeabilita µ 1 300 ±20 % 1 100 ±20 % 1 260 ±20 % 2 200 ±20 % 1 800 ±20 % 2 000 ±20 % 1 900 ±20 % 2 200 ±20 % 2 100 ±20 % 4 300 ±20 % 6 000 ±20 % 2 300 ±20 % 400 505 360 505 380 380 410 1 000 3 000 1 000 3 000 1 000 1 000 1 000 20 20 20 18 13 6 20 < 22 100 - <8 20 - - - < 0,8 100 Hysterezní konstanta nB [10-3·T-1] - - < 3,7 < 1,4 < 1,1 < 1,1 < 0,9 Curieova teplota T [°C] > 140 > 200 > 100 > 200 > 130 > 130 > 150 Mìrný teplotní èinitel ρ [10-6·K-1] < 4,5 - <2 - <1 - 0,4 a 1,5 0,5 3 0,5 4 0,5 0,2 1 - - - - - - ≤5 4 800 4 800 4 800 4 800 4 800 4 900 4 800 Magnetická indukce B [mT] pøi intenzitì magnetického pole H [A·m-1] -1 Koercitivní síla He [A·m ] Mìrný ztrátový èinitel tg δ /µ i [10-6] pøi kmitoètu f [kHz] Mìrný odpor ρ [Ω·m] Èinitel desakomodace DF [10-6] -3 Mìrná hmotnost y [kg·m ] 1) Materiál se zatím sériovì navyrábí, jedná se o pøedbìná data. Výrobky z materiálu H60 jsou ji omezenì v prodeji ných materiálù. K základním materiálùm patøí karbonylové elezo a elezo s redukovaným vodíkem. Jádra z karbonylového eleza vynikají svojí teplotní stabilitou a konstantními parametry pøi rùzných hodnotách magnetické indukce. Permeabilita µi tohoto materiálu se pohybuje v rozmezí 3 a 35 a rovnì lze dosáhnout velmi vysokého èinitele jakosti Q v rozsahu 50 kHz a 200 MHz. Jádra z tohoto materiálu jsou vhodná pøedevím pro vf aplikace, kde je kladen dùraz na vysoké Q a stabilitu. Èasto se na nì vinou cívky irokopásmových obvodù, pracujících s velkým výkonem. 16 Jádra z eleza s redukovaným vodíkem mají vìtí permeabilitu v rozmezí 35 a 110. V rezonanèních obvodech vak vykazují ponìkud nií Q. Hlavními oblastmi pouití tìchto materiálù jsou EMI filtry a tlumivky pro nízké kmitoèty. Èasto se také pouívají ve filtrech spínaných zdrojù. Toroidní jádra jsou obecnì povaována za jeden z nejefektivnìjích tvarù. Významný je samostínicí úèinek toroidního jádra, nebo magnetické siloèáry jsou prakticky soustøedìny uvnitø jádra a jejich rozptyl smìrem ven je minimální. Siloèáry mají jednotný prùbìh po celé délce magnetické dráhy a vnìjí magnetická pole mohou cívku ovlivnit jen minimálnì, proto je málokdy nutné toroidní cívku stínit. Charakteristiky elezových prákových materiálù Amidon Materiál 0 (µi = 1, barva svìtle hnìdá/bez barvy). Pouívají se pro kmitoèty vyí ne 100 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Z povahy materiálu vyplývá pomìrnì znaèný rozptyl souèinitele poètu závitù AL. Závislost indukènosti na poètu závitù se mìní a je velmi závislá na technice vinutí. Materiál 1 (µi = 20, barva modrá/ /bez barvy). Materiál z karbonylového Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 12. Magnetické vlastnosti feritových materiálù øady N firmy PRAMET umperk (pozn. 1) viz tab. 11) Materiál N01P N01 N02 N05 N08P N1 N2 N3 N7 - lutá tm. zelená - 1) Barevné oznaèení rùová Poèáteèní permeabilita µ 11 ±20 % 10 ±20 % 20 ±20 % 50 ±20 % 80 ±20 % 120 ±20 % 200 ±20 % 250 ±20 % 700 ±20 % Magnetická indukce B [mT] pøi intenzitì magnetického pole H [A·m-1] - 200 270 300 - 350 400 400 250 - 10 000 8 000 5 000 - 5 000 5 000 5 000 3 000 Koercitivní síla He [A·m ] 1 500 2) 1 500 1 200 460 120 2) 250 120 120 50 Mìrný ztrátový èinitel tg δ /µ i [10-6] pøi kmitoètu f [MHz] < 1250 200 < 800 100 < 600 40 < 200 20 < 150 12 < 100 10 < 50 1 < 50 1 < 100 1 Hysterezní konstanta nB [10-3·T-1] - - - - < 36 - - - - Curieova teplota T [°C] > 500 > 550 > 450 > 350 > 350 > 260 > 200 > 200 > 125 0 a 80 < 50 3 a 14 0 a 50 1 a 6 < 10 < 10 0 a 10 - 10 100 1 0,1 10 0,1 0,1 1 100 4 400 4 400 4 300 4 600 4 300 4 700 4 700 4 700 4 700 Mìrný teplotní èinitel ρ [10-6·K-1] Mìrný odpor ρ [kΩ·m] -3 Mìrná hmotnost y [kg·m ] eleza C, velmi podobný materiálu 3 (edá), od kterého se lií nejen mení permeabilitou, ale zejména vìtím objemovým odporem a lepí stabilitou. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 2 (µi = 10, barva èervená/ /bez barvy). Materiál z karbonylového eleza E s velkým objemovým odporem. Má velmi vysoké Q v rozsahu od 2 do 30 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 3 (µi = 35, barva edá/ /bez barvy). Materiál z karbonylového eleza HP má vynikající stabilitu a vysoké Q v rozsahu 50 a 500 kHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 6 (µi = 8, barva lutá/bez barvy). Karbonylové elezo SF vykazuje vysoké Q a velmi dobrou teplotní stabilitu v rozsahu 20 a 50 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 7 (µi = 9, barva bílá/bez barvy). Karbonylové elezo TH, je velmi podobné materiálùm 2 (èervená/bez barvy) a 6 (lutá/ bez barvy), avak má lepí teplotní stabilitu ne oba tyto materiály. Je velmi vhodné pro rozsah 5 a 35 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 10 (µi = 6, barva èerná/ /bez barvy). Materiál z karbonylového eleza W má vysoké Q a velmi dobrou teplotní stabilitu v rozsahu 40 a 100 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 12 (µi = 4, barva zelená/ /bílá). Materiál ze syntetického oxidu eleza má vysoké Q a prùmìrnou stabilitu v rozsahu 50 a 200 MHz. Je-li kladen dùraz na vysoké Q, bývá tomuto materiálu dávána pøednost. Je-li vak poadována pøedevím stabilita, bývá vhodnìjí materiál 17 (modrá/lutá). jakost Q -1 → èervená sv. zelená tm. modrá 160 140 120 100 80 60 40 40 60 80 100 140 200 280 kmitoèet f [MHz] 400 → Obr. 8. Závislost èinitele jakosti Q na kmitoètu u rùzných cívek na toroidních jádrech z elezového prákového materiálu 0 (µi = 1) a 12 (µi = 4) Materiál 12 je dostupný ve formì toroidních jader a do rozmìru T-94, hrníèková jádra se vak nevyrábìjí. Materiál 15 (µi = 25, barva èervená/bílá). Karbonylové elezo GS6, vyznaèuje se vynikající stabilitou a vysokým Q v pásmu rozhlasových kmitoètù. Vyrábìjí se pouze toroidní jádra. Materiál 17 (µi = 4, barva modrá/ /lutá). Nový materiál z karbonylového eleza, který je velmi podobný materiálu 12, avak má lepí teplotní stabilitu. Ve srovnání s materiálem 12 má vak v rozsahu 50 a 100 MHz nií Q o 10 %, nad 100 MHz má Q nií o 20 %. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková jádra. Materiál 26 (µi = 75, barva lutá/ /bílá). Materiál z eleza s redukovaným vodíkem. Pouívá se vìtinou pro EMI filtry, síové filtry a stejnosmìrné tlumivky. Materiál 26 je levnìjí ne materiál 52 a pouívá se v levnìjích, ménì nároèných aplikacích. Materiál 52 (µi = 75, barva zelená/ /modrá). Tento materiál je podobný materiálu 26, má vak mení ztráty a lepí vf vlastnosti. Je pøiblinì o 20 % draí ne materiál 26. Je velmi vhodný pro vf tlumivky. Materiál 18 (µi = 55, barva zelená/ /èervená). Materiál z eleza s redukovaným vodíkem, vhodný k pouití v mís- Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 17 → jakost Q Obr. 9 (nahoøe). Závislost èinitele jakosti Q na kmitoètu u rùzných cívek na toroidních jádrech z elezového prákového materiálu 2 (µi = 10) a 6 (µi = 8) 220 200 Obr. 10 (dole). Závislost èinitele jakosti Q na kmitoètu u rùzných cívek na toroidních jádrech z elezového prákového materiálu 6 (µi = 8) 180 160 tech s vysokou teplotou. Má lineární charakteristiky a pomìrnì dobré vf vlastnosti. Je vhodný ke konstrukci tlumivek pro zdroje UPS. 140 120 Materiál 8 (µi = 35, barva lutá/ /èervená). Vysokofrekvenèní materiál. Má nejnií ztráty, patøí vak k nejdraím. Je vhodný ke konstrukci vf filtrù, tlumivek atd. 100 jakost Q → 1 2 3 4 5 7 kmitoèet f [MHz] 10 → 360 340 320 300 280 260 240 2 4 6 8 10 14 kmitoèet f [MHz] 20 → Materiál 45 (µi = 100, barva èerná). Materiál s nejvìtí permeabilitou, který je vhodnou alternativou k materiálu 52. Vykazuje pomìrnì velké ztráty v jádøe. Je vhodný pro aplikace na niích kmitoètech. Uvedené materiály patøí k nejbìnìjím. Mùete se setkat i s jinými materiály, napø. materiály znaèenými 00 a 09, které vak nejsou shodné s materiály 0 a 9, tj. napø. materiál 06 není shodný s materiálem 6. Podrobnìjí údaje ani barevné znaèení vak nebyly k dispozici, na tuto zmínku jsem narazil pouze v propagaèních materiálech firmy Amidon, avak nikoli v materiálech distributorù. Existují i materiály 11, 16, 19, 23, 27, 28 a dalí, ani u nich nebyly k dispozici potøebné údaje. Údaje o toroidních jádrech z nejpouívanìjích materiálù najdete v tab. 13a a tab. 13k. Grafy závislosti èinitele jakosti Q na kmitoètu pro rùznì provedené cívky na elezových toroidních jádrech Amidon jsou na obr. 8 a obr. 10. Tab. 13a. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 0, permeabilita µi = 1, kmit. rozsah 100 a 300 MHz, barva svìtle hnìdá/bez barvy Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-0 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 3,0 T-16-0 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 3,0 T-20-0 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 3,5 T-25-0 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 4,5 T-30-0 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 6,0 T-37-0 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 4,9 T-44-0 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 6,5 T-50-0 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 6,4 T-68-0 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 7,5 T-80-0 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 8,5 T-94-0 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 10,6 T-106-0 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 18,0 T-130-0 33,0 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 15,0 18 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 13b. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 1, permeabilita µi = 20, kmitoètový rozsah 0,5 a 5 MHz, barva modrá/bez barvy Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-1 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 48 T-16-1 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 44 T-20-1 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 52 T-25-1 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 70 T-30-1 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 85 T-37-1 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 80 T-44-1 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 105 T-50-1 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 100 T-68-1 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 115 T-80-1 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 115 T-94-1 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 160 T-106-1 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 325 T-130-1 33,0 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 200 T-157-1 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 320 T-184-1 46,7 31,8 18,0 11,12 2,040 22,685 500 T-200-1 50,8 31,8 14,0 12,97 1,330 17,250 250 Tab. 13c. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 2, permeabilita µi = 10, kmitoètový rozsah Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] 2 a 30 MHz, barva èervená/bez barvy Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-2 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 20 T-16-2 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 22 T-20-2 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 25 T-25-2 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 34 T-30-2 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 43 T-37-2 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 40 T-44-2 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 52 T-50-2 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 49 T-68-2 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 57 T-80-2 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 55 T-94-2 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 84 T-106-2 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 135 T-130-2 33,0 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 110 T-157-2 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 140 T-184-2 46,7 31,8 18,0 11,12 2,040 22,685 240 T-200-2 50,8 31,8 14,0 12,97 1,330 17,250 120 T-200A-2 50,8 31,8 25,4 12,97 2,240 29,050 218 T-225-2 57,2 35,7 14,0 14,56 1,508 21,956 120 T-225A-2 57,2 35,7 25,4 14,56 2,730 39,749 215 T-300-2 77,4 48,9 12,7 19,83 1,810 35,892 114 T-300A-2 77,4 48,9 25,4 19,83 3,580 70,991 228 T-400-2 101,6 57,2 16,5 24,93 3,660 91,244 180 T-400A-2 101,6 57,2 33,0 24,93 7,432 185,250 360 T-520-2 132,1 78,2 20,3 33,16 5,460 181,000 207 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 19 Tab. 13d. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 3, permeabilita µi = 35, kmitoètový rozsah Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] 0,05 a 0,5 MHz, barva edá/bez barvy Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-3 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 60 T-16-3 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 61 T-20-3 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 76 T-25-3 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 100 T-30-3 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 140 T-37-3 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 120 T-44-3 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 180 T-50-3 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 175 T-68-3 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 195 T-80-3 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 180 T-94-3 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 248 T-106-3 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 450 T-130-3 33,0 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 350 T-157-3 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 420 T-184-3 46,7 31,8 18,0 11,12 2,040 22,685 720 T-200-3 50,8 31,8 14,0 12,97 1,330 17,250 425 T-200A-3 50,8 31,8 25,4 12,97 2,240 29,050 460 T-225-3 57,2 35,7 14,0 14,56 1,508 21,956 425 Tab. 13e. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 6, permeabilita µi = 8, kmitoètový rozsah Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] 10 a 50 MHz, barva lutá/bez barvy Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-6 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 17 T-16-6 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 19 T-20-6 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 22 T-25-6 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 27 T-30-6 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 36 T-37-6 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 30 T-44-6 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 42 T-50-6 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 46 T-68-6 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 47 T-80-6 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 45 T-94-6 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 70 T-106-6 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 116 T-130-6 33,0 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 96 T-157-6 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 115 T-184-6 46,7 31,8 18,0 11,12 2,040 22,685 195 T-200-6 50,8 31,8 14,0 12,97 1,330 17,250 100 T-200A-6 50,8 31,8 25,4 12,97 2,240 29,050 180 T-225-6 57,2 35,7 14,0 14,56 1,508 21,956 100 20 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 13g. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 10, permeabilita µi = 6, kmit. rozsah 30 a 100 MHz, barva èerná/bez barvy Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-10 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 12 T-16-10 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 13 T-20-10 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 16 T-25-10 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 19 T-30-10 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 25 T-37-10 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 25 T-44-10 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 33 T-50-10 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 31 T-68-10 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 32 T-80-10 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 32 T-94-10 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 58 Tab. 13h. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 12, permeabilita µi = 4, kmit. rozsah 50 a 200 MHz, barva zelená/bílá Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-12 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 7,5 T-16-12 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 8,0 T-20-12 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 10,0 T-25-12 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 12,0 T-30-12 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 16,0 T-37-12 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 15,0 T-44-12 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 18,5 T-50-12 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 18,0 T-68-12 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 21,0 T-80-12 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 22,0 T-94-12 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 32,0 Tab. 13k. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 17, permeabilita µi = 4, kmit. rozsah 20 a 200 MHz, barva modrá/lutá Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-17 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 7,5 T-16-17 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 8,0 T-20-17 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 10,0 T-25-17 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 12,0 T-30-17 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 16,0 T-37-17 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 15,0 T-44-17 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 18,5 T-50-17 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 18,0 T-68-17 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 21,0 T-80-17 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 22,0 T-94-17 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 32,0 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 21 Tab. 13f. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 7, permeabilita µi = 9, kmit. rozsah 3 a 35 MHz, barva bílá/bez barvy Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-25-7 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 29 T-37-7 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 32 T-50-7 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 43 T-68-7 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 52 Tab. 13j. elezová práková toroidní jádra Amidon Materiál 15, permeabilita µi = 25, kmitoètový rozsah Oznaèení jádra Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [mm] [mm] 0,1 a 2 MHz, barva èervená/bílá Výka jádra [mm] le [cm] Ae [cm2] Ve [cm3] AL [µH/100 z] T-12-15 3,2 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 50 T-16-15 4,1 2,0 1,5 0,95 0,016 0,015 55 T-20-15 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 65 T-25-15 6,5 3,0 2,4 1,50 0,042 0,063 85 T-30-15 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 93 T-37-15 9,5 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 90 T-44-15 11,2 5,8 4,0 2,67 0,107 0,286 160 T-50-15 12,7 7,7 4,8 3,03 0,121 0,367 135 T-68-15 17,5 9,4 4,8 4,24 0,196 0,831 180 T-80-15 20,2 12,6 6,4 5,15 0,242 1,246 170 T-94-15 23,9 14,2 7,9 6,00 0,385 2,310 200 T-106-15 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 345 T-130-15 33,0 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 250 T-157-15 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 360 Údaje o elezových prákových toroidních jádrech Micrometals jsou v tab. 14. Tab. 14. elezová práková toroidní jádra Micrometals Oznaèení jádra AL [nH/N 2] T5-6 T5-10 T5-17 T5-0 1,0 0,7 0,42 0,16 T7-1 T7-2 T7-6 T7-10 T7-12 T7-17 T7-0 Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [inch, mm] [inch, mm] Výka jádra [inch, mm] l [cm] A [cm2] V [cm3] 0,050/1,27 0,025/0,64 0,025/0,64 0,30 0,0019 0,0006 3,5 1,5 1,3 0,9 0,6 0,6 0,3 0,070/1,78 0,035/0,89 0,030/0,76 0,42 0,0035 0,0015 T10-1 T10-2 T10-6 T10-10 T10-12 T10-17 T10-0 3,2 1,35 1,15 0,8 0,5 0,5 0,24 0,097/2,46 0,044/1,12 0,030/0,76 0,56 0,0045 0,0025 T12-1 T12-2 T12-3 4,8 2,0 6,0 0,125/3,18 0,062/1,57 0,050/1,27 0,75 0,010 0,0077 22 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 14 (1. pokraèování). elezová práková toroidní jádra Micrometals Oznaèení jádra AL [nH/N 2] Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [inch, mm] [inch, mm] Výka jádra [inch, mm] l [cm] A [cm2] V [cm3] T12-6 T12-7 T12-10 T12-12 T12-15 T12-17 T12-0 1,7 1,8 1,2 0,75 5,0 0,75 0,24 0,125/3,18 0,05/1,27 0,025/0,64 0,75 0,010 0,0077 T12-2B T12-6B T12-10B 1,85 1,35 1,0 0,125/3,18 0,062/1,57 0,042/1,07 0,75 0,008 0,0091 T16-1 T16-2 T16-3 T16-6 T16-10 T16-12 T19-15 T16-17 T16-0 4,4 2,2 6,1 1,9 1,3 0,8 5,5 0,8 0,3 0,160/4,06 0,078/1,98 0,060/1,52 0,93 0,015 0,0141 T18-6 0,9 0,185/4,70 0,102/2,59 0,040/1,02 1,14 0,010 0,0114 T20-1 T20-2 T20-3 T20-6 T20-7 T20-10 T20-12 T20-15 T20-17 T20-0 5,2 2,5 7,6 2,2 2,4 1,6 1,0 6,5 1,0 0,35 0,200/5,08 0,088/2,24 0,070/1,78 1,15 0,023 0,026 T22-2 T22-6 T22-10 5,5 4,5 3,2 0,223/5,66 0,097/2,46 0,143/3,63 1,28 0,052 0,067 T25-1 T25-2 T25-3 T25-6 T25-7 T25-10 T25-12 T25-15 T25-17 T25-0 7,0 3,4 10,0 2,7 2,9 1,9 1,5 8,5 1,2 0,45 0,255/6,48 0,120/3,05 0,096/2,44 1,50 0,037 0,055 T27-2 T27-6 T27-10 T25-12 T25-17 T25-0 3,3 2,7 2,2 1,5 1,3 0,45 0,280/7,11 0,151/3,84 0,128/3,25 1,71 0,047 0,080 T30-1 T30-2 T30-3 T30-6 T30-7 T30-10 T30-12 T30-15 T30-17 T30-0 8,5 4,3 14,0 3,6 3,7 2,5 1,6 9,3 1,6 0,6 0,307/7,80 0,151/3,84 0,128/3,25 1,84 0,061 0,110 T37-1 T37-2 T37-3 T37-6 T37-7 8,0 4,0 12,0 3,0 3,2 0,375/9,53 0,205/5,21 0,128/3,25 2,31 0,064 0,147 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 23 Tab. 14 (2. pokraèování). elezová práková toroidní jádra Micrometals Oznaèení jádra AL [nH/N 2] T37-10 T37-12 T37-15 T37-17 T37-0 2,5 1,5 9,0 1,5 0,49 T44-1 T44-2 T44-3 T44-6 T44-7 T44-10 T44-12 T44-15 T44-17 T44-0 10,5 5,2 18,0 4,2 4,6 3,3 1,85 16,0 1,85 0,65 T44-2A 3,6 T50-1 T50-2 T50-3 T50-6 T50-7 T50-10 T50-12 T50-15 T50-17 T50-0 10,0 4,9 17,5 4,0 4,3 3,1 1,8 13,5 1,8 0,64 T51-2B T51-6B Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [inch, mm] [inch, mm] Výka jádra [inch, mm] l [cm] A [cm2] V [cm3] 0,375/9,53 0,205/5,21 0,128/3,25 2,31 0,064 0,147 0,440/11,2 0,229/5,82 0,159/4,04 2,68 0,099 0,266 0,440/11,2 0,229/5,82 0,128/3,25 2,68 0,080 0,215 0,500/12,7 0,303/7,70 0,190/4,83 3,19 0,112 0,358 13,8 10,2 0,500/5,08 0,200/5,08 0,312/7,92 2,79 0,282 0,786 T60-2 T60-6 6,5 5,5 0,600/5,08 0,336/8,53 0,234/5,94 3,74 0,187 0,699 T68-1 T68-2 T68-3 T68-6 T68-7 T68-10 T68-12 T68-15 T68-17 T68-0 11,5 5,7 19,5 4,7 5,2 3,2 2,1 18,0 2,1 0,75 0,690/17,5 0,370/9,40 0,190/4,83 4,23 0,179 0,759 T68-2A T68-3A T68-6A T68-7A 7,0 26,0 6,2 7,3 0,690/17,5 0,370/9,40 0,250/6,35 4,23 0,242 1,03 T72-2 T72-3 T72-7 12,8 36,0 9,5 0,720/18,3 0,280/7,11 0,260/6,60 4,01 0,349 1,40 T80-1 T80-2 T80-3 T80-6 T80-10 T80-12 T80-15 T80-17 T80-0 11,5 5,5 18,0 4,5 3,2 2,2 17,0 2,2 0,85 0,795/20,2 0,495/12,6 0,250/6,35 5,14 0,231 1,19 T80-7B 8,4 0,795/20,2 0,495/12,6 0,375/9,53 5,14 0,346 1,78 T94-1 T94-2 T94-3 T94-6 T94-10 T94-15 16,0 8,4 24,8 7,0 5,8 20,0 0,942/23,9 0,560/14,2 0,312/7,92 5,97 0,362 2,16 24 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab. 14 (3. pokraèování). elezová práková toroidní jádra Micrometals Oznaèení jádra AL [nH/N 2] T94-17 T94-0 2,9 1,06 T106-1 T106-2 T106-3 T106-6 T106-7 T106-15 T106-17 T106-0 32,5 13,5 45,0 11,6 13,3 34,5 5,1 1,9 T130-1 T130-2 T130-3 T130-6 T130-7 T130-15 T130-17 T130-0 20,0 11,0 35,0 9,6 10,3 25,0 4,0 1,5 T157-1 T157-2 T157-3 T157-6 T157-17 32,0 14,0 42,0 11,5 5,3 T175-2 T175-6 15,0 12,5 T184-1 T184-2 T184-3 T184-6 T184-17 Vnìjí prùmìr Vnitøní prùmìr [inch, mm] [inch, mm] Výka jádra [inch, mm] l [cm] A [cm2] V [cm3] 0,942/23,9 0,560/14,2 0,312/7,92 5,97 0,362 2,16 1,06/26,9 0,570/14,5 0,437/11,1 6,49 0,659 4,28 1,300/33,0 0,780/19,8 0,437/11,1 8,28 0,698 5,78 1,570/39,9 0,950/24,1 0,570/14,5 10,1 1,06 10,7 1,750/44,5 1,070/27,2 0,650/16,5 11,2 1,34 15,0 50,0 24,0 72,0 19,5 8,7 1,840/46,7 0,950/24,1 0,710/18,0 11,2 1,88 21,0 T200-1 T200-2 T200-3 T200-6 T200-7 25,0 12,0 42,5 10,0 10,5 2,000/50,8 1,250/31,8 0,550/14,0 13,0 1,27 16,4 T200-2B 21,8 2,000/50,8 1,250/31,8 1,000/25,4 13,0 2,32 30,0 T225-2 T225-3 T225-6 12,0 42,5 10,0 2,250/57,2 1,400/35,6 0,550/14,0 14,6 1,42 20,7 T225-2B 21,5 2,250/20,2 1,400/35,6 1,000/25,4 14,6 2,59 37,8 T300-2 11,4 3,040/77,2 1,930/49,0 0,500/12,7 19,8 1,68 33,4 T300-2D 22,8 3,040/77,2 1,930/49,0 1,000/25,4 19,8 3,78 67,0 T400-2 18,0 4,000/102 2,250/57,2 0,650/16,5 25,0 3,46 86,4 T400-2D 36,0 4,000/102 2,250/57,2 1,300/33,0 25,0 6,85 171 T520-2 20,0 5,200/132 3,808/78,2 0,800/20,3 33,1 5,24 173 Symetrizaèní èlánky Je-li pøenáena energie mezi zdrojem, který je nesymetrický vùèi zemi, a zátìí, která je vùèi zemi symetrická, bude systém negativnì ovlivòován asymetrickými (soufázovými) proudy. Nejèastìji se to projevuje u antén, proto si na pøíkladu napájení antény ukáeme, jak tento problém elegantnì øeit pomocí symetrizaèního èlenu, vyuívajícího feromagnetický materiál. Symetrizaèní èleny jsou zvlátním pøípadem vf transformátorù. Jejich úko- lem je pøenáet energii mezi zdrojem, který je nesymetrický vùèi zemi, a zátìí, která je vùèi zemi symetrická. Nìkdy zároveò transformují impedanci v urèitém pomìru, jindy zachovávají pomìr impedancí 1:1. Takové transformátory jsou èasto oznaèovány jako BALUN (z anglického BALanced-UNbalanced). Mùeme se rovnì setkat s oznaèením UNUN (UNbalanced-UNbalanced), pøípadnì BALBAL (BALanced-BALanced), které se pouívá pro oddìlovací èleny v systémech nesymetrických, popø. symetrických vùèi zemi. Zpravidla pøedpokládáme, e anténa je napájena dvouvodièovým vedením, jeho obìma vodièi v daném okamiku protékají shodné proudy opaèné fáze. Tento pøedpoklad vak vìtinou není splnìn, pokud nejsou uèinìna zvlátní dodateèná opatøení. Dùvody, proè tento pøedpoklad nebývá splnìn, mohou být dva - anténa, symetrická vùèi zemi, je napájena vedením, které je nesymetrické, nebo je u symetrické antény z konstrukèních dùvodù nutné pouít napájecí a pøi- Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 25 Obr. 12. Zkreslení vyzaøovacího diagramu pùlvlnného dipólu pøi jeho pøímém napájení koaxiálním kabelem bez symetrizace. Obr. 11. Pøímé napájení dipólu koaxiálním kabelem zpùsobovací obvody, které jsou nesymetrické. Výsledkem je vznik asymetrických soufázových proudù, které zpùsobují vyzaøování napájeèe, zhorení pøizpùsobení (èinitele stojatých vln, ÈSV) a zkreslení vyzaøovacího diagramu antény. Pøímé napájení dipólu koaxiálním kabelem Pøedpokládejme, e platí tzv. teorém reciprocity, tedy vysílací a pøijímací anténa se chová z hlediska vyzaøování, napájení a pøizpùsobení stejnì. Pro pøehlednìjí výklad tedy mùeme pouít anténu vysílací, tedy anténu, chovající se jako zátì. Je-li pùlvlnný dipól napájen koaxiálním kabelem pøímo, bez jakékoli symetrizace, nastává situace, naznaèená na obr. 11. Symetrická anténa je uprostøed napájena nesymetrickým napájeèem, který je umístìn kolmo k záøièi. Díky symetrii indukuje jedno rameno dipólu v napájeèi proud, který je úplnì vyruen proudem, vyvolávaným druhým ramenem antény. Proudy I1 a I2 teèou od vysílaèe koaxiálním kabelem. Díky skinefektu teèe I1 po vnìjím povrchu støedního vodièe a I2 po vnitøním povrchu opletení. Vnìjí pole, obklopující koaxiální napájeè, je tedy nulové, protoe I1 a I2 mají stejnou amplitudu a jsou vzájemnì fázovì posunuty o 180 °. Proudy, tekoucí anténou, jsou oznaèeny I1 a I4 a oba teèou v daném okamiku stejným smìrem. V rameni 1 teèe v tomté okamiku proud I1 pøímo do støedního vodièe koaxiálního kabelu. Na druhé stranì dipólu je vak situace rozdílná. Dosáhne-li I2 konce koaxiálního napájeèe, rozdìlí se na dvì èásti - na I4, tekoucí pøímo do ramene 2, a na I3, tekoucí po vnìjím povrchu opletení kabelu. Díky skin efektu je I3 oddìlen od I2 , tekoucímu po vnitøním povrchu. Proud, tekoucí ramenem 2, je tedy rovný rozdílu I2 - I3 . Velikost proudu I3 je úmìrná relativním impedancím v obou cestách pøed rozdìlením. Impedance v napájecím 26 bodì dipólu se pohybuje mezi 50 a 75 Ω v závislosti na jeho výce nad zemí. Impedance, promítnutá do poloviny dipólu je polovièní, tedy 25 a 37,5 Ω. Impedance, promítnutá z vnìjího povrchu stínicího opletení koaxiálního kabelu k zemi bývá oznaèována jako tzv. soufázová nebo asymetrická impedance (anglicky common-mode impedance), a I3 proto bývá nazýván jako soufázový nebo asymetrický proud (angl. common-mode current). Toto oznaèení lze snadno vysvìtlit, pokud si místo koaxiálního kabelu pøedstavíme dvoulinku (dva paralelní vodièe). Proud, indukovaný do obou vodièù dvoulinky je tedy soufázový proud, nebo teèe obìma vodièi tímté smìrem, zatímco proud, tekoucí do antény by tekl obìma vodièi v daném okamiku vzájemnì opaènými smìry. Vnìjí opletení kabelu stíní vnitøní vodiè a tím brání indukování soufázového proudu v nìm, avak opletením soufázový proud skuteènì teèe. Soufázová impedance je ovlivnìna celou øadou faktorù, napø. délkou a prùmìrem napájecího koaxiálního kabelu, zpùsobem jeho vedení i jeho umístìním a vlastnostmi vf zemì v místì pøijímaèe (vysílaèe). Nejménì pøíznivá situace nastane v pøípadì, kdy je délka napájecího kabelu spolu s délkou vodièù, tvoøících vf zem, lichým násobkem λ/2 (poloviny vlnové délky). Vedení v tomto pøípadì pøedstavuje opakovaè impedance a nízká impedance v místì pøipojení k zemi je pøenáena do napájecího bodu dipólu. Proud I3 se stává významnou souèástí proudu I2 a zpùsobuje nejen nesymetrii celého systému, ale také vyzaøování napájeèe, následkem èeho je zkreslen vyzaøovací diagram antény (obr. 12) a ovlivnìna polarizace. Toto zkreslení se mùe projevit zvlá významnì u smìrových antén, u kterých zpùsobuje známé ilhání vyzaøovacího diagramu a anténa se v pøípadì pøíjmu stává citlivá na lokální prùmyslové ruení, pøicházející zpravidla s vertikální polarizací atd. Na obr. 12 jsou porovnávány vyzaøovací diagramy správnì napájeného referenèního pùlvlnného dipólu, umístìného λ/2 nad prùmìrnou zemí, a dipólu, napájeného bez symetrizace. Oba diagramy byly vypoèítány pro elevaèní úhel 28 °, tedy maximum vyzaøování dipólu ve výce λ/2 nad zemí. Vyzaøovací diagram referenèního dipólu je znázornìn plnou èarou a má známý osmièkový tvar s typickým poklesem 12 dB ve smìru vodièe dipólu. Pøeruovanou èarou je znázornìn vyzaøovací diagram dipólu, napájeného bez symetrizace kabelem o délce λ/2, který je zavìen vertikálnì, kolmo k dipólu. Z obrázku je patrná nesymetrie vyzaøovacího diagramu a jeho pootoèení smìrem doprava. Rozdíl v maximu vyzaøování je pouhých 0,1 dB, co se zdá být zanedbatelné. Je vak tøeba mít na pamìti, e uvaujeme dipól, napájený kabelem, umístìným pøesnì kolmo na záøiè. V praxi tomu zpravidla bývá jinak a celková situace je tedy mnohem horí a je tøeba poèítat s rozdíly 0,5 dB i vìtími. Rozdíl v maximu vyzaøování pøedstavuje energii, vyzáøenou napájeèem, která v pøípadì vysílací antény zpùsobuje ruení ostatních zaøízení v místì antény, v pøípadì pøíjmu pøedstavuje citlivost antény na lokální ruení. Podobným zpùsobem se rovnì ovlivòuje i ÈSV antény. I kdy se negativní úèinky chybìjící symetrizace zdají na první pohled málo významné, bývá skuteènost vdy mnohem horí, a proto se nevyplácí tyto úèinky podceòovat. U antén mohou nastávat skokové zmìny ÈSV, zpùsobené pohybem napájeèe ve vìtru, vilvy poèasí apod. Bezvýznamný není ani vliv na koncový stupeò vysílaèe. V pøípadì pøíjmu se projevuje nejen zmínìné lokální prùmyslové ruení, ale mohou se uplatnit i rùzné neádoucí odrazy, které jsou napø. pøi pøíjmu TV pøíèinou duchù apod. I kdy je pøíklad antény typický, mohou se vlivy chybìjící symetrizace projevovat vude tam, kde je symetrická Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 zátì napájena nesymetrickým napájeèem èi nesymetrickým zdrojem a obrácenì. Proto se setkáváme s pouíváním balunù velmi èasto. Balun lze konstruovat mnoha rùznými zpùsoby jako ètyøpól s rozloenými i soustøedìnými parametry. Kadé øeení má své typické výhody i nevýhody. Je-li nutné balun øeit, a ji z rozmìrových dùvodù nebo z dùvodù irokopásmovosti jako ètyøpól se soustøedìnými parametry, pouívají se vìtinou cívky, vinuté na feromagnetických jádrech. Jejich úkolem je vnutit symetrii systému tím, e do cesty neádoucích soufázových proudù je postavena impedance tak velká, e brání jejich toku. Samozøejmì tím není moné dosáhnout naprosto dokonalé symetrie, ale neádoucí vlivy soufázových proudù jsou tím omezeny na zanedbatelnou míru. Ve zmínìném pøípadì antén tak lze povaovat napájeè do znaèné míry za neutrální a nikoli za vyzaøující souèást antény. Balun mùe zároveò plnit úlohu impedanèního transformátoru, který transformuje impedance v prakticky libovolném pomìru a do 1 : 16. Z hlediska funkce lze baluny rozdìlit na napìové a proudové. Napìový balun • Napìtí na jeho výstupu jsou shodná, avak v protifázi (symetrická vùèi zemi). • Pøesná symetrie nastává jen v pøípadì, kdy je zátì symetrická vùèi zemi. • Konstrukce napìových balunù je snadná, a proto bývají levnìjí a pouívají se èastìji ne baluny proudové. Není vak moné dosáhnout pøesné napìové symetrie. Proudový balun • Jeho výstupní proudy jsou shodné, avak v protifázi (symetrické vùèi zemi). • S výjimkou proudového balunu 1 : 1 bývá konstrukce nároènìjí a baluny bývají draí, proto se pouívají ménì èasto. Analýza proudového balunu 1 : 1 (lit. [1]) • Analytický rozbor obvodového modelu proudového balunu 1 : 1 s koneènou impedancí. • Odvození rovnic, popisujících nejdùleitìjí charakteristické vlastnosti proudového balunu 1 : 1 v typických aplikacích. • Analýza pouití proudového balunu 1 : 1 v anténním pøizpùsobovacím èlenu (tuneru), je-li zapojen na jeho vstupu nebo výstupu. Proudový balun 1 : 1 lze zkonstruovat navinutím dvouvodièového vedení (napø. zkrouceného dvouvodièe) nebo koaxiálního kabelu na toroidní jádro nebo feritovou tyèku, popø. navleèením nìkolika feritových jader na dvouvodièové vedení nebo koaxiální kabel. Dalí moností je navinout nìkolik závitù koaxiálního kabelu a svázat je do formy cívky, èím vznikne rezonanèní obvod s malým Q, tlumící soufázové proudy, tekoucí plátìm kabelu. Pro vechny tyto pøípady lze pouít jeden a tentý model, který je na obr. 13. Následující rozbor platí za pøedpokladu, e délka linky, navinuté na feromagnetickém jádru, je malá ve srovnání s vlnovou délkou, take je moné ji reprezentovat pomocí soustøedìných parametrù. Není-li tento pøedpoklad splnìn, analýza neplatí. ZW je impedance vinutí. Je to impedance, kterou by mìlo vinutí tvoøené jedním vodièem. Je-li pouito jádro vhodné pro nií frekvence nebo je-li balun tvoøen jádry, navleèenými na vodiè, má ZW pøevánì reálný charakter, pøi pouití jádra, vhodného pro vyí frekvence, bude mít ZW pøevánì indukèní charakter. Ve skuteènosti mùe mít ZW libovolný charakter. Bez jádra nebo cívky je ZW tzv. délková impedance - impedance samotného vodièe. Pro koaxiální kabel pøedstavuje ZW impedanci, ovlivòující proudy, tekoucí plátìm kabelu, zatímco ideální transformátor vzniká uvnitø kabelu. Funkce ideálního transformátoru je dosaeno díky úplné vazbì polí, vznikajících prùtokem proudu plátìm i vnitøním vodièem kabelu. Není-li linka tvoøena koaxiálním kabelem, pøedpokládá se opìt úplná vazba polí, vznikajících prùtokem proudu obìma vodièi. Tento pøedpoklad lze splnit, pokud je linka tvoøena dvìma vodièi ve velmi tìsné blízkosti. Impedance vinutí ZW v modelu ovlivòuje soufázové proudy (tj. proudy, tekoucí obìma vodièi v daném okamiku stejným smìrem, nìkdy oznaèované jako asymetrické proudy), které si lze pøedstavit buï rovnomìrnì rozloené mezi oba vodièe nebo tekoucí pouze jedním z vodièù, zatímco druhým vodièem teèe nulový proud. Oba tyto pohledy lze povaovat za rovnocenné díky úèinkùm ideálního transformátoru. Transformátor lze povaovat za ideální, pokud platí: Ua - Uc = Ub - Ud (1) a proudy v obou vinutích jsou stejné a jsou v protifázi. Z rovnice (1) lze odvodit, e také: U a - Ub = Uc - U d . Zjednoduený model balunu je znázornìn na obr. 14. Velmi dùleité je spojení zemí (GND) do jednoho spoleèného bodu. Pøedstavují-li Z1 a Z2 impedance antény nebo antény/napájeèe, musí v sobì zahrnovat i vlastnosti pøipojení antény èi napájeèe k balunu. Jinými slovy, Z1 je impedance, mìøená mezi svorkami c a b a Obr. 13. Náhradní schéma proudového balunu 1 : 1 Z2 je impedance mezi svorkami d a b pøi odpojeném balunu. Oznaèíme-li hodnotu Z2, k ní je paralelnì pøipojena ZW , jako Z2||ZW , mùeme vyjádøit pomìr proudù, tekoucích impedancemi Z1 a Z2 , jako: I1/I2 = (Z2 + ZW)/ZW . (2) Vstupní impedance balunu je: Us/Is = Z1 + (Z2||ZW) . (3) Napìtí na vinutí balunu je: Ub - Ud = Us·(Z2||ZW)/[Z1 + (Z2||ZW)]. (4) Pomìr proudu, tekoucího vnìjím plátìm kabelu (nebo asymetrického proudu dvoulinky) k celkovému proudu je dán výrazem: (I1 - I2)/(I1 + I2) = = (Z2||ZW)/[2·ZW - (Z2||ZW)] = = Z2 /(Z2 + 2·ZW) . (5) Tyto rovnice ukazují nìkolik zajímavých souvislostí. První z nich je skuteènost, e pokud je ZW znaènì velká, budou proudy I1 a I2 stejné a asymetrický proud se zmení na nulu. To pøedstavuje dokonalý proudový balun a ukazuje, proè má význam se snait o maximální impedanci vinutí ZW. Dalí zajímavou skuteèností je, e vyváenost proudù je závislá pouze na Z2 a ZW a je zcela nezávislá na Z1. Bude-li Z2 nulová, bude vyváenost proudù dokonalá bez ohledu na ZW. Pøedstavují-li Z1 a Z2 impedanci antény nebo antény a napájeèe, je velmi nepravdìpodobné, e tento stav nastane - pamatujme, e Z2 je impedance, mìøená mezi svorkou d pøes zem ke svorce b. I kdyby byl jeden konec vnìjího plátì kabelu pøipojen ke svorce d a druhý konec pøipojen k zemi, stále by byla mezi tìmito body pomìrnì znaèná impedance. Je-li délka kabelu srovnatelná s vlnovou délkou (mùeme uvaovat délku ≥ 0,1·λ), mùe být tato impedance relativnì velká. Pamatujme, e Z2 se objevuje pouze jako paralelnì pøipojená k ZW. SkuIs Z1 I1 Us Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Z2 I2 Obr. 14. Zjednoduený model balunu 27 teènì tomu tak je, a mùeme vypozorovat, e proudy v Z1 a Z2 lze vyrovnat tak, e mezi svorku c a zem pøipojíme dalí impedanci o velikosti ZW·Z1/Z2. I kdy je tato impedance pøipojena stejným zpùsobem jako terciární vinutí napìového balunu 1 : 1, tuto funkci neplní vzhledem k vazbì s dalími vinutími. Tuto vyrovnávací impedanci je proto nutné vytvoøit jako separátní èást izolovanou od proudového balunu 1 : 1. Je-li anténa symetrická vùèi zemi, bude pøídavná vyrovnávací impedance rovna ZW a bude moné pouít dalí balun se zkratovanými vstupními a zkratovanými výstupními svorkami. Pøi dostateènì nízké impedanci balunu mùe být taková konfigurace nutná k dosaení symetrie, avak balunem by tekly velké proudy, co by mohlo zpùsobovat pøehøívání jádra. Rovnice dále ukazují, e k analýze nìkterých dùleitých parametrù je nutné znát Z1 , Z2 a ZW , i kdy pro výpoèet symetrie proudù je nutné znát pouze Z2 a ZW . Co se stane, je-li balun pouit v anténním pøizpùsobovacím èlenu (tuneru)? Chceme-li analyzovat tuto situaci, vytvoøíme model tuneru jako transformátor s vinutími s pomìrem poètu závitù 1 : n (obr. 15). Spoleènou zemnicí svorku tuneru vytvoøíme spojením spodních koncù obou vinutí transformátoru. Model neobsahuje ádnou impedanci vinutí, protoe tuner není pøedevím transformátor, ale zcela jiný obvod, který mimo jiné také transformuje impedanci. Tento model byl zvolen proto, aby bylo moné vyetøit nìkteré základní vlastnosti balunù, které se uplatní bez ohledu na topologii tuneru. Uveïme znovu dvì základní pravidla chování modelu: Uout = n·Uin , (6) Iout = Iin /n . (7) Konfiguraci balunu s tunerem znázoròuje obr. 16. V zapojení není ádná zvlátní zemnicí svorka, spoleèným zemnicím bodem je svorka GND, vzniklá spojením spodních koncù obou vinutí transformátoru. Aplikací dvou základních pravidel chování modelu (6), (7) dostáváme následující vztahy: Pomìr proudù tekoucích impedancemi Z1 a Z2 je: I1/I2 = (Z2 + ZW)/ZW . (8) Vstupní impedance systému je: Us/Is = [Z1 + (Z2||ZW)]/n2. (9) Napìtí na vinutí balunu je: Ub - Ud = n·Us·(Z2||ZW)/[Z1 + (Z2||ZW)]. (10) Pomìr proudu, tekoucího vnìjím plátìm koaxiálního kabelu (popø. soufázových proudù, tekoucích dvoulinkou vinutí) k celkovému proudu pak bude: (I1 - I2)/(I1 + I2) = = (Z2||ZW)/[2·ZW - (Z2||ZW)] = = Z2 /(Z2 + 2·ZW) . (11) Jedinými zmìnami oproti zapojení bez tuneru je vstupní impedance Z, která je transformována v pomìru 1 : n2, a napìtí na vinutí balunu, které se zvìtí v pomìru 1 : n. Pro dosaení vyhovující symetrie proudù je nutné, aby impedance vinutí ZW byla mnohem vìtí ne impedance Z2. V mnoha situacích je vak vyadováno, aby tuner pøizpùsoboval velkou impedanci Z2 , èím je dosaení vyhovující symetrie proudù velmi obtíné. Nyní pøemístíme balun na vstup tuneru a dostaneme dalí vztahy. Pomìr proudù tekoucích impedancemi Z1 a Z2 je: I1/I2 = (Z2 + ZW)/ZW . (12) Vstupní impedance systému je: Us/Is = [Z1 + (Z2||ZW)]/n2. (13) Napìtí na vinutí balunu je: Ub - Ud = n·Us·(Z2||ZW)/[Z1 + (Z2||ZW)]. (14) Pomìr proudu, tekoucího vnìjím plátìm koaxiálního kabelu (popø. soufázových proudù, tekoucích dvoulinkou vinutí) k celkovému proudu pak bude: Obr. 15. Model tuneru znázornìný jako transformátor s vinutími s pomìrem poètu závitù 1 : n Is Praktická konstrukce balunù Pøi návrhu balunu pouijeme tzv. pravidlo ètyø (obr. 17), které øíká, e dolní kmitoètová mez pouitelnosti balunu je kmitoèet, na kterém je induktivní reaktance vinutí 4x vìtí ne impedance pøipojená k vinutí. Je-li induktivní reaktance mení ne tento ètyønásobek, bude balun nepouitelný. Je tedy vhodné zmìøit indukènost vinutí a pomocí nomogramu nebo výpoètem stanovit minimální kmitoèet pro uvaovanou impedanci. Horní mezní kmitoèet je takový, pøi kterém kapacitní reaktance parazitní kapacity vinutí (popø. kapacity mezi jednotlivými vinutími - záleí na zapojení balunu) je 4x vìtí ne impedance pøipojená k vinutí. Pokud se mohou uplatnit obì tyto reaktance, bereme v úvahu samozøejmì tu nií. V mnoha pøípadech se vak pøi návrhu balunu berou v úvahu jiné faktory. Platí to zejména pro baluny pøenáející výkon. íøku pásma pouitelnosti balunu ovlivòují zejména ztráty v jádøe, které jsou kmitoètovì závislé. Výkon se na ztrátovém odporu mìní teplo a jádro se zahøívá. Pøi dosaení Curieho teploty (Curieho bodu) materiál pøechází z feromagnetického stavu do paramagnetického. V praxi se Curieho teplota definuje jako teplota, pøi které poèáteèní permeabilita materiálu klesne na polovinu pùvodní hodnoty. Zmìna magnetického stavu jádra je nevratná, nastane-li tato zmìna, je jádro znièené. Dalím limitujícím faktorem je samotná impedance, ke které je vinutí pøi- (I1 - I2)/(I1 + I2) = = (Z2||ZW)/[2·ZW - (Z2||ZW)] = = Z2 /(Z2 + 2·ZW) . Z1 Z2 (15) 4·Z XL1 > 4·Z I1 Us 28 Docházíme ke zjitìní, e výsledky jsou naprosto totoné! Stejné je i napìtí na vinutí balunu. Tento závìr je velmi neobvyklý a mnozí experimentátoøi mu na první pohled neuvìøí. Je vak skuteèností a byl potvrzen i mìøením. Pomocí tìchto modelù lze analyzovat proudový balun 1 : 1 za rùzných podmínek. Je vak nutné pøipomenout, e tento neobvyklý závìr se vztahuje pouze ke zmiòovaným parametrùm, zatímco napø. napìtí mezi jednotlivými závity vinutí, proudy v jednotlivých závitech, vlivy neádoucích kapacitních vazeb na balun apod. se se zmìnou umístìní balunu mìní. I2 Obr. 16. Uspoøádání tuneru s balunem na výstupu Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 XL1 Z Obr. 17. Pravidlo ètyø pojeno. Pøi vìtích výkonech a velkých impedancích (øádu stovek Ω) mohou být mezi vinutími balunu znaèná napìtí a mùe se prorazit dielektrikum vodièù pouitých ke konstrukci vinutí. Praktické vlastnosti balunù jsou urèeny vlastnostmi pouitého jádra a jeho provedením. Výbìru jádra je nutné vìnovat velkou péèi a je nutné brát v úvahu pøedevím charakteristické vlastnosti materiálu. Vdy bývá vhodné pouít materiál s vìtí permeabilitou, nebo tak se dosáhne maximální indukènosti pøi minimálním poètu závitù. Malý poèet závitù znamená mení odpor vinutí i mení parazitní kapacitu. Velkou permeabilitu mùeme vak oèekávat pouze u feritových jader. Jejich nevýhodou je pøedevím 10x a 15x mení pøípustné sycení ne u elezových jader. V aplikacích, ve kterých se pracuje s malým výkonem, se nemusíme touto otázkou zabývat - materiál jádra je vak vdy nutné volit s ohledem na princip funkce balunu. Tlumivkový balun 1 : 1 (tedy takový, ve kterém má cívka plnit funkci tlumivky) bude vhodné navinout na jádøe, které bude mít na pracovním kmitoètu co nejvìtí ztráty. Pro výkonové aplikace bude u tohoto typu balunu jádro zatìováno pouze výkonem vytváøeným soufázovými proudy. Ty jsou vak závislé na charakteru zátìe i na pouitých pøizpùsobovacích obvodech. Lze vak konstatovat, e vhodným materiálem Obr. 18. U toroidních jader se uplatní jen èást délky závitu (plnou èarou), zatímco zbytek délky vodièe (pøeruovanou èarou) má na výslednou indukènost jen zanedbatelný vliv Obr. 19. U dvouotvorových jader se uplatní vìtí èást délky závitu (plnou èarou) Obr. 20. Praktické provedení balunu na dvouotvorovém jádru Obr. 21. Náhrada dvouotvorového jádra sestavou trubièkových nebo toroidních jader bude takový, který výrobce doporuèuje v uvaované kmitoètové oblasti pouívat ke konstrukci tlumivek. Napø. v oblasti kmitoètù øádu jednotek a desítek MHz to bude feritový materiál s permeabilitou µi = 300 a 2000. U balunù, které se chovají jako linkový transformátor, bude spí dùleité sycení. Proto u výkonových aplikací radìji zvolíme prákové jádro. Pro kmitoèty øádu jednotek a desítek MHz a impedance øádu desítek Ω je oblíbený materiál 2 (èervená barva) s µi = 10. Je nutné znovu pøipomenout, e závit u toroidních jader v praxi znamená prùchod vodièe vnitøkem jádra a jeho zbývající délka se témìø neuplatní. To je pomìrnì nevýhodné - zejména u jader s kruhovým prùøezem se tak uplatní jen mení èást délky vodièe (obr. 18). Právì pro baluny je mnohem výhodnìjí dvouotvorové jádro, u nìho se pøi vinutí na støední sloupek naopak vìtina délky vodièe uplatní (obr. 19). Praktické provedení balunu na dvouotvorovém jádru je na obr. 20. Balun je vinut tak, aby se uplatnila vìtina délky vodièe, nebo jde o dosaení maximální indukènosti - je urèen pro kmitoèty 1 a 2 MHz, na kterých by ji mohlo být obtíné splnit pravidlo ètyø. Pro vyí kmitoèty se baluny èasto vinou tak, aby bylo dosaeno minimální kapacity vinutí a jeho symetrie. Dvouotvorová jádra vak bývají hùøe dostupná a nevyskytují se ve vìtích velikostech, vhodných pro výkonové aplikace. V tìchto pøípadech se dvouotvorová jádra nahrazují sestavou trubièkových nebo toroidních jader odpovídajících rozmìrù (obr. 21). V takové sestavì lze pouít mìdìné trubièky, procházející vnitøkem jader, které plní nejen funkci nosného prvku, ale slouí rovnì jako elektrostatické stínìní. Trubièky samozøejmì nemohou být propojeny na obou koncích, nebo by tvoøily závit nakrátko. Péèi je rovnì nutné vìnovat vinutí balunu. Vinout lze rùzným zpùsobem (obr. 22, 23, 24, 25) ale ne vdy se podaøí splnit vechny poadavky na minimální kapacitu vinutí a impedanci linky. Èasto se baluny vinou zkrouceným dvou, troj èi ètyøvodièem, který lze vyrobit stoèením pøísluného poètu mìdìných lakovaných drátù pomalobìnou vrtaèkou. V nìkterých pøípadech bývá pouit i obyèejný, tzv. zvonkový drát s rùznobarevnou izolací PVC. Tento zpùsob není pøíli výhodný, nebo nelze ovlivnit impedanci takto vzniklé linky a v pøípadì pouití lakovaného drátu je pøed zapojením nutné kadé vinutí urèit ohmmetrem. Vzniká riziko chyby v zapojení, která se pak velmi tìko hledá. Navíc se pøi zkrucování vodièù nebo pøi vlastním vinutí mùe laková izolace poruit, èím vzniknou mezizávitové zkraty. Tento zpùsob vinutí je rovnì nevhodný pro výkonové aplikace, pøi kterých se pracuje s tlustími vodièi. Výhodou je vak velmi snadná výroba i v pøípadì, kdy je potøeba troj èi ètyøvodiè. Z obecného hlediska vhodnìjím zpùsobem je pouít dvoulinku. Vyskytují se speciální dvoulinky s pøesnì definovanou impedancí, èasto s teflonovou izolací. Ty jsou ovem drahé a obtínì dostupné, proto se èasto pouívá dvoulinka vlastní konstrukce (obr. 23). Dva paralelnì nataené vodièe jsou spojeny v pravidelných vzdálenostech kapkami tavného lepidla tak, e dvoulinka tvoøí miniaturní ebøíèek. Výslednou impedanci dvoulinky je moné pomìrnì pøesnì urèit, tímto zpùsobem lze pracovat i s tlustími vodièi a riziko Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Obr. 22. Balun navinutý zkrouceným dvouvodièem Obr. 23. Dvoulinka vlastní konstrukce - dva lakované dráty jsou mechanicky spojeny kapkami tavného lepidla Obr. 24. Balun navinutý dvoulinkou vlastní konstrukce 29 Obr. 26. Balun tvoøený jedním závitem, který vznikne navleèením vìtího poètu toroidních jader na kousek koaxiálního kabelu U takto provedeného vinutí je vak elektricky namáhán i vnìjí izolaèní plá kabelu. Proto je vhodné vinout závity kabelu s mezerami. Na obr. 28 je schéma proudového balunu 1 : 4. Je tvoøen dvìma proudovými baluny 1 : 1, které jsou na levé stranì spojeny paralelnì a na pravé sériovì. Tím je dosaeno poadovaného pøevodu impedance v pomìru 1 : 4. Dílèí baluny 1 : 1 jsou navinuty dvoulinkou Obr. 25. Balun s tzv. divokým vinutím omylu pøi zapojování je rovnì mení. Monost mezizávitového zkratu je témìø vylouèena a stejným zpùsobem lze zkonstruovat i troj èi ètyøvodiè, nutný pro baluny s trifilárním èi kvadrofilárním vinutím. Výroba je vak pracnìjí a zdlouhavìjí. Balun navinutý dvoulinkou vlastní konstrukce je na obr. 24. Snad nejhorím zpùsobem vinutí je tzv. divoké vinutí, ve kterém jsou závity kladeny bez jakéhokoli systému, èasto pøes sebe, dalí vinutí bývá vinuto do druhé vrstvy apod. (obr. 25). Taková konstrukce má snad vechny nevýhody kromì jediné - výroba je nejménì pracná a nejrychlejí. Divoký zpùsob vinutí lze tolerovat snad jen u ovìøovacích konstrukcí, ale v hotových pøístrojích by se nemìl objevovat. Proudové (tlumivkové) baluny 1 : 1 pro výkonové aplikace (napø. pro KV vysílací antény) bývají konstruovány zvlátním zpùsobem. Mohou být tvoøeny cívkou o jednom závitu, která vznikne navleèením vìtího poètu toroidních jader na kousek koaxiálního kabelu (obr. 26). Vhodná jsou samozøejmì jádra, která vykazují co nejvìtí ztráty na pracovním kmitoètu. Oblíbeným zpùsobem konstrukce proudových (tlumivkových) balunù 1 : 1 je navinout 4 a 12 závitù koaxiálního kabelu na toroidní jádro, popø. na sestavu jader (obr. 21), která nahrazují dvouotvorové jádro. Je ovem nutné pouít pomìrnì tenký a mìkký kabel, tìmto poadavkùm vyhovují pouze nejkvalitnìjí typy s teflonovou izolací, napø. RG-174 nebo RG-303 (nezkouejte vyrobit výkonový balun z kabelu RG-58!). Balun, vzniklý prostým navinutím nìkolika závitù na toroidní jádro vak mívá na vyích kmitoètech (> 20 MHz) ponìkud horí útlum soufázových proudù, co je zavinìno pomìrnì velkou vlastní kapacitou vinutí. Tu lze zmenit vhodným upoøádáním, napø. rozdìlením vinutí na dvì poloviny, vinuté opaèným smìrem (obr. 27). 30 a) b) na dvou samostatných toroidních jádrech nebo na dvou polovinách dvouotvorového jádra. Teèkami jsou oznaèeny zaèátky vinutí. I kdy nápisy na obr. 28 naznaèují, e uvedený balun je urèen pro pøevod symetrických impedancí, mùe slouit i pro symetrizaci, tj. pro pøevod symetrické impedance na nesymetrickou a naopak. Postaèí jeden z vývodù uzemnit. Takto byly øeeny symerizaèní èleny signálu z antény pro I. a III. TV pásmo u vìtiny starích televizních pøijímaèù. Na obr. 29 je znázornìno øeení proudového balunu 1 : 4 z obr. 28 se dvìma vzduchovými cívkami, které se pouívalo pøed nástupem feritù. Na obr. 30 je naèrtnuta praktická konstrukce napìového balunu 1 : 4 s jedním toroidním jádrem. Zapojení balunù s rùzným transformaèním pomìrem je uvedeno v tab. 15. Obrázky v tabulce pouze naznaèují principiální monosti zapojení balunù a mj. znázoròují i zpùsob pøipojení proudového balunu 1 : 1 na vstup transformátoru pro zlepení symetrizaèního úèinku. Jsou-li v náèrtcích v tab. 15 znázornìny odboèky na vinutí nebo vinutí s odliným poètem závitù, platí pro polohu odboèky (resp. pomìr poètu závitù primárního a sekundárního vinutí) vztahy, které jsou uvedeny dále v popisu balunu s libovolným transformaèním pomìrem. Obr. 27. Balun s vinutím rozdìleným na dvì poloviny. Toto uspoøádání umoòuje zmenit parazitní kapacitu vinutí. a) principiální schéma vinutí, b) praktické provedení balunu Obr. 28. Balun 1:4 Obr. 29. Principiální schéma balunu 1:4 se vzduchovými cívkami Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Tab.15. Zapojení balunù s rùzným transformaèním pomìrem toru, je nutné zapojit s ním do kaskády jetì proudový balun 1 : 1 podle obr. 32. Nesymetrický vstup transformátoru se pøipojí k symetrickému výstupu proudového balunu a výstup transformátoru je pak symetrický. Balun s libovolným transformaèním pomìrem Napìový balun 1 : 1 Proudový balun 1 : 1 Kombinovaný balun 1 : 1 Proudový balun 1 : 2 Je známou vìcí, e transformaèní pomìr impedancí je roven druhé mocninì pomìru poètu závitù jednotlivých vinutí transformátoru. Této skuteènosti lze vyuít ke konstrukci balunu s libovolným transformaèním pomìrem (obr. 33). Balun je vinut trifilárnì a jeho funkce je patrná z obrázku. Platí: Z1/Z2 = (N1/N2)2 nebo Kombinovaný balun 1 : 4 Kombinovaný balun 1 : 6 Proudový balun 1 : 9 Obr. 30. Náèrtek vinutí balunu 1 : 4 na toroidním jádru Transformátor s nastavitelným transformaèním pomìrem Pro experimentování s rádiovými vysílaèi a pøijímaèi je vhodný transformátor s nastavitelným transformaèním pomìrem, který pøizpùsobuje zátìe 200, 450 a 800 Ω ke zdroji s výstupní impedancí 50 Ω (obr. 31). Tento transformátor je urèen pro zdroj s nesymetrickým výstupem a nesymetrickou zátì, není tedy vhodný Kombinovaný balun 1 : 12 k symetrizaci. Je tvoøen kvadrofilárním vinutím, zapojeným podle obrázku. I zde je tøeba dodret pravidlo ètyø, kritická situace mùe nastat pøi zátìích kolem 800 Ω (transformaèní pomìr 1:16) na niích kmitoètech. Pro aplikace s malým výkonem (do 100 W) vyhoví transformátor, který zhotovíme navinutím 10 závitù ètveøice mìdìných lakovaných vodièù o prùmìru 0,5 mm na tøi feritová jádra FT140-43 pøiloená k sobì. Konstruovat experimentální transformátor pro vìtí výkony nemá smysl, pro výkonové aplikace je vdy vhodnìjí pouít transformátor s pevnì zvoleným transformaèním pomìrem. Má-li tento experimentální transformátor zároveò plnit funkci symetrizá- N1/N1 = √(Z1/Z2) . Potøebujeme-li napø. balun, který transformuje impedance v pomìru 1 : 3 (50/150 Ω), bude pomìr poètu závitù jednotlivých vinutí √(50/150) = 1 : 1,73. Je-li (s ohledem na ji zmínìné pravidlo ètyø) balun navinut napø. osmi závity trojice vodièù (trifilárnì), je zátì 150 Ω pøipojena ke tøem dílèím vinutím zapojeným do série, tedy k 24 závitùm, a mezi odboèkami, ke kterým je pøipojen zdroj o výstupní impedanci 50 Ω, je 24/1,73 závitù, tj. asi 14 závitù. Aby balun mohl zároveò plnit funkci symetrizátoru, mìla by být jeho konstrukce symetrická. Za pøedpokladu symetrické zátìe by tedy reaktance Xa a Xa mìly být shodné. Proto bude balun vinut tak, e jedna odboèka bude na pátém závitu prvního vinutí a druhá na tøetím závitu tøetího vinutí. I na vstup tohoto balunu je moné zapojit pro zlepení symetrizaèního úèinku proudový balun 1 : 1. V kadém pøípadì je nutné pøed koneènou instalací balunu zmìøit indukènosti ze strany vstupních i výstupních svorek a výpoètem ovìøit, je-li splnìno pravidlo ètyø. Ve skuteènosti transformaèní pomìr nemùe být zcela libovolný, nebo bývá nutné respektovat pravidlo ètyø, Obr. 32. Proudový balun 1 : 1, vhodný k pouití na vstupu transformátoru s nastavitelným transformaèním pomìrem Obr. 31. Transformátor s nastavitelným transformaèním pomìrem Obr. 33. Balun s libovolným transformaèním pomìrem Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 31 které omezuje dolní kmitoètovou mez, a vzájemnou kapacitu mezi vinutími, která omezuje horní kmitoètovou mez. V praxi je moné zkonstruovat baluny, které kromì symetrizace také transformují impedance v pomìru a 1 : 25. Takové baluny vak mohou pracovat pouze v relativnì úzkém kmitoètovém pásmu (pomìr horního a dolního mezního kmitoètu je 1 : 3, nejvýe 1 : 4). Literatura k balunùm [1] Lewallen, R.: The 1 : 1 Current Balun, http://www.eznec.com [2] Maxwell, W.: Some Aspects of the Balun Problem, QST (ARRL), March, 1983, str. 38. [3] Baluns: Chat They Do and How They Do It, ARRL Antenna Compendium, Volume 1, str. 157. Vf irokopásmové transformátory Vf transformátor je tvoøen nìkolika vinutími na feromagnetickém jádru. Jeho úèelem je pøenést energii v irokém kmitoètovém rozsahu s minimálními ztrátami. Pouívá se tam, kde je nutné transformovat impedanci, napìtí nebo proud nebo stejnosmìrnì nebo vysokofrekvenènì oddìlit zdroj od zátìe. Vf irokopásmové transformátory se navrhují také pro pøenos výkonu, pulsní provoz apod., najdeme je vak vìtinou v zaøízeních, která pracují s malým výkonem. Na obr. 34 je typická kmitoètová charakteristika vf transformátoru, tj. závislost vloného útlumu transformátoru na frekvenci. íøka pásma pøedstavuje rozdíl mezi kmitoèty f2 a f1 nebo f 2 a f 1 a je funkcí základního vloného útlumu a magnetických parametrù jádra. Je zøejmé, e vìtí íøku pásma vykazují transformátory s pozvolnìjím prùbìhem kmitoètové charakteristiky. Pøi návrhu se klade dùraz vìtinou na malý základní vloný útlum ve støedu pásma, na íøku pásma, danou mezními kmitoèty f1 a f2 a na útlum na tìchto kmitoètech. Náhradní schéma irokopásmového transformátoru, vyjádøené prvky se soustøedìnými parametry, je na obr. 35. C d = C1 + C2 , Rc = R1 + R2 , L1 = L11 + L12 , Kromì ideálního transformátoru jsou na obr. 35 zakresleny i parazitní odpory a reaktance: ostatní parametry jsou stejné jako na obr. 35. V pásmu nízkých kmitoètù se vloný útlum zvìtuje vlivem poklesu impedance paralelnì pøipojené ke zdroji, která je funkcí reaktance XLP. Paralelní odpor, který pøedstavuje ztráty v jádru, k tomuto pøispívá jen nepatrnì. Vloný útlum Ai lze pak vyjádøit: Ua je zdroj elektromotorické síly (EMS), Ai = 10·log[1 + (R/(ω·Lp))2], Ra je vnitøní odpor zdroje elektromotorické síly, C1 je kapacita primárního vinutí, R1 je odpor primárního vinutí, L11 je rozptylová indukènost primárního vinutí Lp je indukènost primárního vinutí otevøeného obvodu, Rp je paralelní odpor, pøedstavující ztráty v jádru. Parametry sekundárního vinutí, promítnuté na stranu primárního vinutí: C2 je kapacita sekundárního vinutí, R2 je odpor sekundárního vinutí, L12 je rozptylová indukènost sekundárního vinutí, Rb je zatìovací odpor. Odpory a reaktance, které se uplatòují na sekundární stranì transformátoru, jsou pøekresleny na jeho pri- Obr. 34. Kmitoètová závislost vloného útlumu irokopásmového transformátoru Obr. 35. Náhradní schéma irokopásmového transformátoru 32 mární stranu a jsou oznaèeny indexy s èárkou. Obvod lze dále zjednoduit tak, e se pøísluné prvky sloí (paralelnì, sériovì) a jejich hodnoty pøíslunì pøepoèítají (obr. 36). Na obr. 36 je: [dB] (16) kde: R = Ra·Rb/Ra = Rb . U vìtiny vf transformátorù vinutých na feromagnetických jádrech se na ztrátách v oblasti støedních kmitoètù nejvìtí mìrou podílí odpor vinutí. Vloný útlum v oblasti støedních kmitoètù je dán vztahem: Ai = 10·log[1 + Rc/(Ra + Rb)], [dB] (17) kde: Rc = R1 + R2 . V oblasti vysokých kmitoètù je pøenosová charakteristika funkcí pøevánì rozptylové indukènosti a paralelní kapacity. Vìtinou je nutné brát v úvahu oba tyto parametry, rozhodující je pøitom impedance pøipojených obvodù. V obvodech s malou impedancí se uplatní nejvíce vliv rozptylové indukènosti: Ai = 10·log[1 + (ω·L1/(Ra + Rb))2]. [dB] (18) V obvodech s velkou impedancí se naopak uplatní pøevánì vliv paralelní kapacity: Ai = 10·log[1 + (ω·Cd·Rb)2]. [dB] (19) Vezmeme-li v úvahu vloný útlum ve vech tøech kmitoètových oblastech, bude urèujícím faktorem pøi výbìru feromagnetického materiálu a tvaru jádra co nejvìtí indukènost na jeden závit vi- Obr. 36. Zjednoduené náhradní schéma irokopásmového transformátoru Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Z [Ω] Z [Ω] → → 1k → 1k Z [Ω] 100 100 100 10 10 10 1 10 6 10 7 10 8 → f [Hz] 1 10 6 10 9 10 7 10 8 → f [Hz] 1 10 6 10 9 10 7 10 8 → f [Hz] 10 9 Obr. 37. Kmitoètová závislost impedance pro jádra Fair-Rite 28-002302 z materiálu 73, 43 a 61 Obr. 38. Kmitoètová závislost paralelního odporu RP pro jádra Fair-Rite 28-002302 z materiálu 73, 43 a 61 Obr. 39. Kmitoètová závislost paralelní reaktance XP pro jádra Fair-Rite 28-002302 z materiálu 73, 43 a 61 nutí na nejniím kmitoètu f1. Tím se rovnì dosáhne minimálního poètu závitù vinutí pro danou indukènost. Co nejmení poèet závitù je dùleitý pro dosaení minimálních ztrát v pásmu støedních kmitoètù a znamená i mení kapacitu vinutí v oblasti kolem horního mezního kmitoètu f2. riálové konstanty, jako napø. èinitel indukènosti AL. Na vyích kmitoètech se irokopásmové transformátory nejèastìji pouívají v obvodech s malou impedancí. Stejnosmìrný odpor vinutí ji nebývá tak dùleitý s ohledem na skuteènost, e vinutí je zpravidla tvoøeno jen nìkolika závity tlustího vodièe. Proto ji nebývá nutné minimalizovat pomìr stejnosmìrného odporu vinutí k jeho indukènosti. Kritickým parametrem se stává rozptylová indukènost vinutí. Na paralelní impedanci má zásadní vliv permeabilita pouitého materiálu a jeho ztráty. Na obr. 37, obr. 38 a obr. 39 jsou uvedeny kmitoètové závislosti impedance Z a jí odpovídající paralelní reaktance XP, platné pro dvouotvorové jádro Fair-Rite 28-002302 z materiálu 73, 43 a 61 s vinutím o jednom závitu, provleèeným obìma otvory. Pro irokopásmové transformátory, pracující na vyích kmitoètech, jsou rovnì vhodná toroidní jádra, nìkolik závitù vinutí zde vìtinou nepøedstavuje technologickou pøekáku pøi vinutí. Rozptylovou indukènost lze minimalizovat tìsnou vazbou mezi primárním a sekundárním vinutím, transformátory proto bývají èasto vinuty bifilárnì (viz obr. 22 na str. 29). Dvouotvorová jádra èasto bývají vhodnìjí ne jádra toroidní, nebo lze dosáhnout vìtí indukènosti a mení kapacity na jeden závit a tím i vìtí íøky pásma. Vhodným materiálem je nikelnato-zineènatý ferit 73, 43 a 61 z produkce Fair-Rite (nabízený pod obchodní znaèkou Amidon), který rovnì koprodukènì vyrábí øada jiných firem buï pod stejným oznaèením, nebo pod jiným oznaèením, které lze najít v pøevodních tabulkách v katalogové èásti tohoto èasopisu. Èastou otázkou je vhodnost vyuití feritù z produkce Pramet umperk, které byly nabízeny pod obchodní znaèkou FONOX. Nikelnato-zineènaté ferity N01P a N1 s malou permeabilitou mají oproti prákovým materiálùm zahranièní produkce se srovnatelnou permeabilitou vìtí ztráty, zejména na vyích kmito- ètech v oblasti od 10 do 400 MHz, snesou mnohem mení sycení a mají rovnì horí teplotní i dlouhodobou stabilitu. Pomìrnì nevýhodné je i pouití materiálù N2 a N3 na kmitoètech øádu jednotek MHz. Materiál N7, který by se mohl svými vlastnostmi blíit materiálu Fair-Rite 43, je pomìrnì vzácný, protoe nikdy nebyl nasazen do výroby ve velkých sériích. Existují i pøípady, kdy není vhodné a èasto ani moné vinout irokopásmové transformátory zpùsobem, doporuèovaným pro minimalizaci rozptylové indukènosti, tedy s tìsnou vazbou mezi primárním a sekundárním vinutím, popø. bifilárnì. Na závadu mùe být právì tato tìsná vazba a z konstrukèního uspoøádání plynoucí znaèná kapacita mezi obìma vinutími. Typickým pøíkladem jsou zvlátní pøijímací antény typu Flag, Pennant èi Delta, pouívané k pøíjmu vzdálených stanic na støedních vlnách nebo na krátkovlnných pásmech 160 a 80 m. Situaci kolem antény ilustruje obr. 40. Mùeme si pøedstavit svod antény jako vertikální záøiè (monopól), u kterého anténa Flag (Pennant, Delta) funguje pouze jako jeho kapacitní zátì. Taková soustava tedy bude pøijímat neádoucí signály ze vech smìrù a bude citlivá na lokální ruení, stejnì jako kadá jiná vertikální anténa. Zvlá patrné je to u otoèných pøijímacích antén, umístìných na vrcholu stoáru, napø. modifikované antény Flag. Situaci zhoruje zejména dlouhá vertikální èást koaxiálního svodu, fungující jako velmi efektivní anténa, pøijímající lokální ruení a dalí neádoucí signály. Signály vzdálených stanic vybudí ve smyèce (tedy anténì Flag èi Pennant) proudy a úkolem napájecího systému je pøivést takto vzniklý signál ze smyèky k pøijímaèi bez jakýchkoli dalích efektù - je nutné zabránit soustavì Flag + napájeè, aby se chovala jako vertikální monopól. Proto je nutné, aby byla anténa oddìlena od napájeèe, napájeè byl na obou koncích zakonèen charakterickou impedancí, a je tøeba rovnì zabránit Výbìr vhodného materiálu Pro irokopásmové transformátory je nejvhodnìjím materiálem takový, který má nejvìtí poèáteèní permeabilitu na dolním mezním kmitoètu f1. Pro transformátory, které pracují na nízkých a støedních kmitoètech (desítky a stovky kHz), jsou vhodné feritové materiály 77 a 78. Jak ji bylo uvedeno, kritickým parametrem je paralelní reaktance ω·L, která roste s kmitoètem (pokud je permeabilita pouitého materiálu konstantní) nebo se zmenuje v pomìru mením, ne je nárùst kmitoètu (napø. pøi zdvojnásobení kmitoètu se nesmí permeabilita zmenit více ne na polovinu). Tato podmínka je splnìna pøi pouití manganato-zineènatých feritù, je-li f1 v horní polovinì ploché èásti køivky, vyjadøující závislost permeability na kmitoètu. Pøenos transformátoru vak nebude významnìji ovlivnìn ani v oblasti, ve které se permeabilita zaène zmenovat. Tvar jádra je tøeba volit tak, aby byl dosaen minimální pomìr stejnosmìrného odporu vinutí k jeho indukènosti. Vhodná jsou napø. hrníèková jádra, pøípadnì jádra EP a PQ. Èasto vak bývá rozhodující technika vinutí, rozmìry jádra apod. U transformátorù, jejich vinutím protéká stejnosmìrný proud, je vhodné pouít jádra se vzduchovou mezerou, aby se omezil vliv zmenování paralelní indukènosti. Pro transformátory, které pracují na vyích kmitoètech (nad 500 kHz), jsou vhodné nikelnato-zineènaté ferity. Zde se uplatòují komplexní parametry v mnohem vìtí míøe, ne jednoduché mate- Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 33 Obr. 40. Situace kolem pøijímací antény, asymetrické vùèi zemi postupu neádoucích proudù po pláti koaxiálního kabelu. Transformátor tedy plní dvojí funkci - transformuje vstupní impedanci antény na impedanci napájeèe a souèasnì zajiuje úèinné oddìlení napájeèe od antény. Co z toho vyplývá? Pøedevím se musí vf energie pøenáet výhradnì jádrem. Pøitom je nutné minimalizovat vzájemnou kapacitní vazbu mezi primárním a sekundárním vinutím transformátoru (naznaèenou na obr. 41 symbolem kondenzátoru). Následující úvaha ukazuje, jaká smí být nejvìtí hodnota vzájemné kapacity. Zisk antény Flag èi Pennant dosahuje velikosti mezi -30 a -36 dBi a pøedozadní pomìr je 20 dB. Signály ze smìru, odpovídajícího minimu vyzaøovacího diagramu antény, tedy budou na úrovni -50 a -56 dB oproti referenènímu dipólu (pouili jsme jednotky dBi). Monopól, který neádoucím zpùsobem ovlivòuje funkci antény, byl modelován pomocí programu MMANA. Modelování ukazuje na výslednou impedanci 0,76 - j·7507 Ω u antény Pennant a 0,68 - j·19175 Ω u antény Flag, co za pøedpokladu impedance systému 50 Ω odpovídá útlumu nepøizpùsobením v rozmezí 43,5 a 51,7 dB. Aby nebyl pøedozadní pomìr antény zhorován o více ne 1 dB, je nutné, aby neádoucí signály, pøijímané naím nechtìným monopólem, byly nejménì o 6 dB slabí, ne ádoucí signály, pøijímané anténou, tedy na úrovni -56 a -61 dB oproti referenènímu dipólu. Z toho vyplývá, e transformátor musí poskytnout míru oddìlení (tedy potlaèit neádoucí soufázové signály) o 61 - 43,5 = 17,5 dB. Kmitoèet známe, proto mùeme z tìchto hodnot ji stanovit maximální pøípustnou kapacitu mezi primárním a sekundárním vinutím transformátoru. Problém mùeme øeit stejným postupem, jako pøi návrhu odporového dìlièe s uvedeným útlumem. Minimální hodnota kapacitní reaktance kondenzátoru, pøedstavujícího vzájemnou Obr. 41. Kapacitní vazba mezi vinutími transformátoru 34 kapacitu mezi primárním a sekundárním vinutím transformátoru, je tedy: 7507·10(17,5/20) = 56295 Ω, co na kmitoètu 1,83 MHz odpovídá kapacitì 1,54 pF. Pro konstrukci transformátoru z toho vyplývá, e bude nutné pouít pøimìøenì velké toroidní jádro, zaruèující dostateènou vzdálenost mezi primárním a sekundárním vinutím (viz obr. 42) a volit takový materiál jádra, který zaruèí vyhovující pøenos kmitoètù v pásmech 160 a 80 m. Kadý závit primárního a sekundárního vinutí pøispívá k celkové vzájemné kapacitì mezi vinutími, proto je vhodné pouít takový materiál jádra, který umoní dosáhnout poadované indukènosti vinutí s co nejmením poètem závitù. Aby transformátor zaruèoval pøenos jádrem s pøijatelnou úèinností, je nutné, aby reaktance vinutí byla nejménì 4x vyí ne impedance, ke které je vinutí pøipojeno. Primární vinutí, pøipojené k anténì, by tedy mìlo mít reaktanci nejménì 3 600 Ω, sekundární vinutí, pøipojené ke koaxiálnímu kabelu, by mìlo mít reaktanci 200 Ω. Na kmitoètu 1,83 MHz tedy z této úvahy vyplývá minimální indukènost primárního vinutí 313 µH a sekundárního 17,4 µH. Mìøením i katalogovými údaji bylo prokázáno, e nejvhodnìjím materiálem pro takový transformátor je nikelnato-zineènatý ferit s efektivní permeabilitou µi = 850, který vyrábí spoleènost Fair-Rite a distribuuje Amidon pod oznaèením 43. Ten je bohuel u nás obtínìji dostupný, byly proto zkoueny nikelnato-zineènaté ferity N1 a N2 z produkce Pramet umperk a manganato-zineènaté materiály H12 a H20 s velkou permeabilitou tée firmy. Zkouky vak nebyly úspìné, transformátory na jádrech N mìly na 160 m útlum kolem 10 dB a i na jádru N2 o prùmìru 50 mm nebyla výsledná kapacita mezi primárem a sekundárem v poadovaných mezích. Materiály H pak vykazovaly znaèný útlum na poadovaných kmitoètech. Po zkoukách jader Amidon FT82-43, FT114-43 a FT140-43 se podaøilo do- Obr. 42. Praktické provedení transformátoru sáhnout pøijatelných výsledkù s jádrem FT140-43 (vnìjí prùmìr 35,6 mm, vnitøní prùmìr 22,7 mm a výka 12,7 mm). Primární vinutí na tomto jádru mìlo 18 závitù a sekundární vinutí 4 závity mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,3 mm. Jednotlivé závity byly vinuty co nejtìsnìji k sobì a obì vinutí byla umístìna na protilehlé strany jádra tak, aby mezi nimi byla co nejvìtí vzdálenost. Výsledná kapacita mezi vinutími (po zkratování zaèátku a konce vinutí) byla 1,4 pF. Hotový transformátor byl zkouen pomocí impedanèního analyzátoru MFJ-259B v pásmu 1 a 5 MHz. Na primární stranì byl pøipojen odpor 900 Ω (est hmotových rezistorù s odporem 150 Ω v sérii). ÈSV dosahoval maximální velikosti 1,7. Pro mìøení vloného útlumu nebylo k dispozici lepí vybavení ne signální generátor a osciloskop. Takto improvizovaným mìøením byl vloný útlum odhadnut na 5 a 6 dB. Je tedy zøejmé, e neexistuje ádný univerzálnì platný návod na konstrukci irokopásmových transformátorù a není jednoduché ani stanovit kmitoètové meze jeho pouitelnosti. Konstrukci transformátoru je proto nutné pøizpùsobit daným poadavkùm a vlastnosti transformátoru ovìøovat mìøením. Praktická konstrukce toroidních cívek Jedním z nejdùleitìjích pravidel je, e za závit je povaován prùchod vodièe vnitøkem toroidního jádra (obr. 43). Znaènou roli pøitom hraje i zpùsob vinutí a rovnomìrné rozprostøení vinutí po obvodu jádra. Na obr. 44 je ukázán tento vliv na vzorku cívky, tvoøené deseti závity drátu o prùmìru 0,72 mm CuL navinutého na toroidu T50-17. Je zøejmé, e zmìnou rozprostøení vinutí lze dosáhnout indukènosti témìø o 100 % vìtí. Navíjecí pøedpisy, kde je uveden pouze typ jádra, poèet závitù a druh vodièe (popø. délka vodièe), jsou tedy naprosto nedostateèné. Vdy je nutné uvádìt indukènost, kterou je nutné po navinutí cívky ovìøit mìøením. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Obr. 43. Praktické provedení cívky na toroidním jádru Obr. 46. Eliptický filtr tøetího øádu, sloený z obvodù s nepøíznivým pomìrem L/C Obr. 45 . Typické prùbìhy èinitele jakosti Q pro jádro T-50-6 Obr. 44. Vliv rozprostøení vinutí po obvodu jádra na celkovou indukènost cívky Je-li cívka souèástí rezonanèního obvodu, je kromì indukènosti dùleitý i její èinitel jakosti Q. Na ten má zásadní vliv pøedevím volba typu jádra, a to nejen pouitá hmota, ale i jeho rozmìry. Zatímco cívky vinuté na bìných bakelitových kostøièkách se roubovým jádrem, umístìné v hliníkovém stínicím krytu, dosahují Q asi 80 a 120, bývá èinitel jakosti u cívek vinutých na toroidních jádrech pøiblinì dvojnásobný. Podmínkou je ovem správná volba hmoty a velikosti jádra. Mezi feritovými a prákovými jádry zpravidla nebývá vìtí rozdíl, na kmitoètech øádu jednotek a stovek kHz se vìtinou dává pøednost feritovým materiálùm, zatímco na kmitoètech øádu jednotek a desítek MHz bývají preferovány prákové materiály, vìtinou z karbonylového eleza. Typické prùbìhy èinitele jakosti Q pro jeden zvolený typ jádra jsou graficky znázornìny na obr. 45. Z grafù lze snadno pøeèíst, e tento typ jádra bude vhodný ke konstrukci cívek s indukèností 2,5 a 7,5 µH pro obvody, pracující na kmitoètech 7 a 15 MHz. Tomu samozøejmì musí odpovídat i kapacita kondenzátoru, který bude souèástí rezonanèního obvodu. Velmi èasto bývá nutné minimalizovat vlastní kapacitu vinutí cívky. Tato kapacita mívá neádoucí vliv na vlastnosti rezonanèního obvodu pøedevím v pøípadech, ve kterých je nutné volit velký pomìr L/C. Rezonanèní obvody s takovým nepøíznivým (velmi velkým) pomìrem L/C obsahuje napø. eliptický filtr tøetího øádu, jeho schéma je na obr. 46. Ve filtru je nutné minimalizovat vlastní kapacity vinutí cívek, jinak jej není moné naladit. Zapojení filtru bylo ji jednou publikováno na stránkách PE-AR a nyní je uveden pouze jako pøíklad, ilustrující problém, který mùe zpùsobovat vlast- ní kapacita vinutí cívky. Uveïme proto i hodnoty jednotlivých souèástek filtru (tab. 16). Umístìní pólù je dáno rezonanèními kmitoèty fr1 a fr4 obvodù C1, L1; C2, L2; C3, L3 a C4, L4 (tab. 17). Vliv vlastní kapacity se nejvíce projeví u filtrù, navrhovaných pro kmitoèty 18,1 a 21 MHz. Nepøíli pøíznivý pomìr L/C je u obvodù C1, L1 a C4, L4, ve kterých je obvodová kapacita a 1,5 nebo 1,8 pF. Pøi nevhodné konstrukci cívek L1 a L4 (a stejnì tak i pøi nevhodné konstrukci filtru) nebude vùbec moné filtr naladit, protoe obvody C1, L1 a C4, L4 budou rezonovat na niím kmitoètu i pøi vynechání kondenzátorù C1 a C4 - vlastní kapacita cívky mùe být vìtí ne jejich kapacita, vyplývající z návrhu. Bude proto nutné zvolit jádro tak, aby cívka mìla minimální poèet závitù, vinutí musí být rozprostøeno po celém obvodu jádra a filtr bude nutné konstruovat tak, aby v blízkosti cívek nebyly ádné zemnicí plochy, zvìtující parazitní kapacity celé konstrukce. I pøi konstrukci, která bere tyto skuteènosti v úvahu, je vak naladìní takového filtru pomìrnì obtíné. Je-li to moné, vyhneme se konstrukci vícevrstvových cívek. Graf na obr. 47 znázoròuje, jak se zmìní (v %) vlastní kapacita cívky, bude-li pouito vícevrstvové vinutí. Z grafu je patrné, e i nìkolik závitù Tab. 16. Hodnoty souèástek eliptického filtru pro jednotlivá radioamatérská pásma Pásmo [MHz] C1 = C4 [pF] C2 [pF] C3 [pF] L1 = L4 [µH] L2 [µH] L3 [µH] 1,8 82 3 900 2 200 85,8 3,29 1,75 3,5 565 2 200 1 200 33,6 1,72 0,783 7 10 330 270 51,0 1,98 1,48 10,1 2,2 82 68 112 3,28 3,34 14,0 3,3 120 100 38,1 1,24 1,06 18,1 1,5 47 47 51,3 1,8 1,49 21,0 1,8 68 56 31,2 0,961 0,865 24,9 3,9 150 100 10,6 0,391 0,292 28,0 3,9 150 100 7,75 0,302 0,201 Tab. 17. Kmitoèty fr pólù eliptických filtrù pro jednotlivá radioamatérská pásma Pásmo [MHz] fr1 a fr4 [MHz] obvodù L1, C1 a L4, C4 fr2 [MHz] obvodù L2, C2 fr3 [MHz] obvodù L3, C3 1,8 1,9 1,41 2,56 3,5 3,67 2,59 5,19 7 7,05 6,23 7,97 10,1 10,1 9,7 10,6 14,0 14,2 13,1 15,4 18,1 18,1 17,3 19,0 21,0 21,2 19,7 22,9 24,9 24,7 20,8 29,5 28,0 29,0 23,6 35,5 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 35 Obr. 47. Závislost vlastní kapacity vinutí cívky na poètu závitù a na poètu vrstev vinutí. Vlastní kapacita je vyjádøena relativnì v % navinutých ve druhé vrstvì zpùsobí prudký nárùst vlastní kapacity vinutí a napø. polovina poètu závitù, umístìná ve druhé vrstvì, ji prakticky znamená zvìtení kapacity vinutí o 110 %. Vícevrstvové vinutí vak ovlivòuje i celkovou indukènost cívky a její èinitel jakosti Q (viz obr. 48). Z grafù na obr. 48. je vidìt, e zejména zmìny Q mohou být významné. Napø. jednovrstvová cívka tvoøená 100 závity mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,28 mm na jádru T80-2 má indukènost 54,1 µH a Obr. 48. Zmìny èinitele jakosti Q a indukènosti cívky pøi stejném jádru v závislosti na poètu vrstev vinutí na kmitoètu 1,8 MHz má jakost Q = 244, zatímco pokud bude navinuta ve dvou vrstvách tak, e v první vrstvì bude 60 závitù a ve druhé vrstvì 40 závitù, poklesne její Q na 135 (ji mimo plochu obr. 48) a indukènost se zmìní na 56,1 µH.Vícevrstvové vinutí tedy není vhodné ani ke konstrukci cívek pro rezonanèní obvody, ani ke konstrukci tlumivek. Vyplývá z toho i dalí skuteènost - kadý typ jádra je vhodný pouze ke konstrukci cívek v urèitém rozsahu indukèností, který odpovídá jeho materiálu a rozmìrùm. Pøíklady pouití feromagnetických materiálù irokopásmové transformátory jsou rovnì vyuity pøi konstrukci zesilovaèù (pøedzesilovaèù) v pøijímací technice, které dosahují mimoøádné intermodulaèní odolnosti. zesilovaèe výkonu. irokopásmové transformátory na feritových jádrech jsou dobøe vidìt na konstrukci lineárního výkonového zesilovaèe AR347 firmy Communication Concepts, Inc. (obr. 49), urèeného pro rozsah 2 a 50 MHz, který svým výkonem 1000 W umoòuje nahradit elektronkové zesilovaèe ve vysílaèích malého výkonu. Modul vèetnì chladièe je mnohem mení ne elektronkový zesilovaè srovnatelného výkonu, nepouívá vysoké napìtí a je irokopásmový. Autorem prvního zapojení na obr. 50 je známý U. L. Rohde. Zesilovaè dosahuje zisku kolem 12 dB a umového èísla 3,5 dB pøi IP3 = 35 dBm. Pouity jsou bìné CATV tranzistory 2N5109, opatøené chladièem. Zesilovaè má konstantní vstupní a výstupní impedanci 50 Ω v rozsahu 1 a 100 MHz. Je vhodný jako vstupní zesilovaè pøijímaèe a díky své konstantní vstupní a výstupní impedanci v irokém rozsahu i jako oddìlovací zesilovaè za kruhový smìovaè. Feromagnetické materiály umoòují konstruovat celou øadu obvodù, které by nebylo moné bez nich realizovat. Vyuívá se výhod uzavøeného magnetického obvodu a pomìrnì velké permeability jadra. To umoòuje konstruovat cívky s minimálním poètem závitù a vysokým èinitelem jakosti Q. Tyto cívky mají zpravidla zanedbatelné rozptylové pole, take je moné je umístit i do pomìrnì stìsnaných konstrukcí. V neposlední øadì dovolují feromagnetické materiály realizovat i úèinné tlumivky. Bez tìchto materiálù si lze tìko pøedstavit irokopásmové obvody pro impedanèní pøizpùsobení nebo efektivní øeení problémù elektromagnetické sluèitelnosti (EMC). Jedním z typických pouití feromagnetických materiálù jsou tranzistorové Obr. 49. Zesilovaè AR347 o výkonu 1000 W pro rozsah 2 a 50 MHz firmy Communication Concepts, Inc. 36 Obr. 50. Vstupní zesilovaè U. L. Rohdeho, urèený pro KV pøijímaèe Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Obr. 51. Modifikovaný Nortonùv zesilovaè urèený pro vstupní obvody KV pøijímaèù tí je bifilární (dvìma zkroucenými vodièi) a je rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu jádra. Za zmínku stojí i malé napájecí napìtí ±6 V. Pomocí trimrù R14 a R16 se nastavují pøesnì shodné kolektorové proudy obou tranzistorù. Doporuèená velikost kolektorového proudu kadého tranzistoru je 25 a 40 mA. Feromagnetické materiály nacházejí uplatnìní i v pasivních aplikacích. Jako pøíklad mohou poslouit smìrové vazby, pouívané ke konstrukci prùchozích reflektometrù. Obr. 52. Konstrukce irokopásmových transformátorù T5 a T6 pouitých v modifikovaném Nortonovì zesilovaèi Transformátory T1 a T2 mají 3x 12 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,3 mm a jsou navinuty na toroidních jádrech Amidon FT-50-43. Vinutí je trifilární (tøemi zkroucenými vodièi) a je rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu jádra. Transformátory T3 a T4 mají primární vinutí (v emitoru) 2 závity a sekundární vinutí 9 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,3 mm a jsou navinuty na toroidních jádrech Amidon FT-37-43. Podobný zesilovaè s jetì vìtí intermodulaèní odolností je na obr. 51 a vznikl modifikací Nortonova zesilovaèe. Jeho vynikající linearity je dosaeno optimalizací záporných zpìtných vazeb. Jsou v nìm pouity modernìjí CATV tranzistory Motorola MRF586 a mùe dosáhnout zisku kolem 8,5 dB a umového èísla 2,5 dB pøi IP3 = 41 dBm. Autorem zapojení je Jacob Makhinson. Pozornost je tøeba vìnovat zejména konstrukci irokopásmových transformátorù T5 a T6 - viz obr. 52. Pouito je dvouotvorové jádro BN-43-2402 (nebo 2843002402). Vinutí navineme mìdìným lakovaným drátem o prùmìru 0,3 mm podle obrázku, pøièem musíme dát pozor zejména na smysl vinutí - jeho chyba mùe ohrozit stabilitu zesilovaèe. Transformátory T3 a T4 mají 2x 12 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,3 mm a jsou navinuty na toroidních jádrech Amidon FT-37-43. Vinu- Nejznámìjí bude pravdìpodobnì tzv. Brueneho mùstek (obr. 53). Princip jeho funkce je jednoduchý - z prùchozího signálu jsou odebrány vzorek napìtí a vzorek proudu. Ty jsou pak fázovì porovnávány takovým zpùsobem, e výstupní napìtí z portu POSTUPNÝ VÝKON je (po usmìrnìní vnìjím detektorem) úmìrné postupujícímu výkonu a výstupní napìtí z portu ODRAENÝ VÝKON je úmìrné odraenému výkonu. Vzorek napìtí je odebrán kompenzovaným kapacitním dìlièem napìtí se souèástkami C1, C2 a R1, vzorek proudu je snímán irokopásmovým transformátorem T1. Jeho primární vinutí má jeden závit a symetrické sekundární vinutí má poèet závitù odpovídající odporu zatìovacího rezistoru R2. Volbou odporu R2 a poètem závitù sekundárního vinutí je urèena citlivost reflektometru. Protoe transformátor T1 je ji zatíen rezistorem R2, mohou být porty POSTUPNÝ VÝKON a ODRAENÝ VÝKON zatíeny pouze velkou impedancí detektorù vf napìtí. V praxi je primární vinutí transformátoru tvoøeno vnitøní ilou krátkého koaxiálního kabelu, který prochází otvorem toroidního jádra. Primární vinutí je elektrostaticky stínìno opletením kabelu, které je spojeno se zemí pouze na jednom konci (u výstupního konektoru). Pøíklad realizace Brueneho mùstku je na obr. 55 a obr. 56. Uvedená konstrukce bez problémù snese výkon a 4 kW v kmitoètovém rozsahu 1,8 a 54 MHz pøi maximálním ÈSV = 5. Celek je umístìn v krabièce z mìdìného (v nouzi ze elezného pocínovaného) plechu tlouky 0,5 mm, která má vnitøní rozmìry 55 x 111 x 50 mm ( x V x H). Vìtina souèástek je pøipájena na desce s jednostrannými plonými spoji o rozmìrech 111 x 55 mm. Obrazec spojù je na obr. 54. Transformátor T1 je navinut na dvou jádrech pøiloených bokem k sobì, jedno je typu T94-2 a druhé typu T94-6. Sekundární vinutí je bifilární a má 2x 8 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 1,0 mm. Primární vinutí je tvoøeno koaxiálním kabelem procházejícím obìma jádry. Stínìní kabelu je uzemnìno pouze u anténního konektoru. Primární vinutí má indukènost 43,5 nH, která je fakticky v sérii se zátìí. S ohledem na uvaovaný kmitoètový rozsah ji vak mùeme zanedbat. Brueneho mùstek s takto navreným transformátorem má èinitel vazby 47 dB. Kondenzátor C1 kapacitního dìlièe má kapacitu 0,5 pF/4 kV a lze jej jednodue vyrobit ze dvou kouskù kabelu RG-402 délky 1 cm, u nich je dohromady spájeno stínicí opletení. Vnitøní vodièe obou kouskù kabelu tvoøí vývody (viz obr. 56), z nich jeden je pøipojen ke støednímu vodièi koaxiálního kabelu, procházejícího reflektometrem, a druhý k pájecímu bodu na desce s plonými spoji. Kondenzátor C2, doplòující kapacitní dìliè, je rozdìlen do nìkolika meních, paralelnì spojených kondenzátorù. Je tvoøen dvìma kondenzátory SMD, pøipájenými ze strany spojù, a trimrem, slouícím k nastavení dìlicího pomìru. Vechny kondenzátory paralelnì by mìly mít celkovou kapacitu C2 = 113 pF. Je tedy moné pouít dva kondenzátory SMD o kapacitì 47 pF a trimr o kapacitì 2 a 33 pF (vhodný je napø. slídový typ z produkce Tronser). Rezistor R1 by mìl mít odpor 7603 Ω/1 W (lze jej sloit napø. z rezistorù 4,3 kΩ/0,6 W a 3,3 kΩ/0,6 W zapojených do série), rezistor R2 by mìl mít odpor 10 Ω/10 W. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 N >> 1 Obr. 53. Brueneho mùstek pouitý jako reflektometr 37 7,53 V, na vývodu ODR. (z portu odraeného výkonu) má velikost max. 4,85 V. Obr. 54. Obrazec spojù Brueneho mùstku z pohledu na stranu pájení (mìø.: pøiblinì 1 : 1) Obr. 55. Rozmístìní souèástek na desce s plonými spoji a celková konstrukce Brueneho mùstku Obr. 56. Uspoøádání souèástek Brueneho mùstku v krabièce - pohled zboku Jetì je nutné zmínit se o dimenzování souèástek. V uvedeném pøíkladu mùstku pro výkon a 4 kW by C1 mìl mít provozní napìtí 4 kV, u kondenzátorù, tvoøících C2, postaèí provozní napìtí 200 V. Kritickou souèástkou je rezistor R2, který by mìl být bezindukèní a mìl by snést 10 W. Sekundárním vinutím transformátoru protéká vf proud a 2,1 A, proto jsou pouita dvì relativnì velká jádra. Uvnitø krabièky jsou rovnì umístìny detekèní diody D1 a D2. Velmi vhodné jsou Schottkyho diody (libovolný vf usmìròovací typ na napìtí asi 40 V). Detekované napìtí je filtrováno kondenzátory C3 a C4 o kapacitì napø. 100 nF. Tyto kondenzátory jsou v provedení SMD a jsou pøipájeny ze strany spojù. Detekované napìtí je vyvedeno na vývody POST. a ODR. pøes odporové trimry R3 a R4, které slouí jako pøedøadné odpory pro vnìjí ruèkové mìøidlo. Odpory trimrù nejsou uvedeny, protoe závisí na citlivosti mìøidla. Výstupní napìtí na vývodu POST. (z portu postupného výkonu) má velikost max. Podobným mùstkem je i Tandem Match na obr. 57. Jedná se o novìjí zapojení, propagované zejména v posledních deseti letech. Princip funkce je podobný s tím rozdílem, e i napìový vzorek je snímán irokopásmovým transformátorem. Tandem Match se jednodueji nastavuje - zatímco u Brueneho mùstku je nutné nastavit dìliè C1, C2 a R1, zde se nenastavuje nic. Konstrukce mùstku je velmi jednoduchá (obr. 58), dùraz je kladen na stínìní mezi proudovým a napìovým senzorem. irokopásmové transformátory T1 a T2 mají toroidní jádra T-50-3 a jsou konstruovány podobnì jako u Brueneho mùstku. Primární vinutí je vytvoøeno prùchodem koaxiálního kabelu otvorem jádra. Primární vinutí (vnitøní vodiè kabelu) je elektrostaticky stínìno opletením kabelu, které je uzemnìno vdy pouze na jednom konci (viz obr. 58). Sekundární vinutí má 31 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,5 mm a je rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu jádra. Výstupní porty POSTUPNÝ VÝKON a ODRAENÝ VÝKON musí být zatíeny pøizpùsobovacími odpory rovnými charakteristické impedanci Z0 vedení mezi konektory VSTUP a VÝSTUP, která je 50 Ω. Proto mají rezistory R1 a R2 odpor 74 Ω/0,5 W a mìly by být bezindukèní. Detekèní diody jsou vf Schottkyho napø. typu 1N5711, lze pouít rovnì GA201 nebo podobné germaniové. Blokovací kondenzátory nejsou kritické, vhodné jsou keramické s kapacitou napø. 10 nF/40 V. Dùleitým kvalitativním parametrem tìchto mùstkù je útlum mezi porty POSTUPNÝ VÝKON a ODRAENÝ VÝKON. Tento útlum by mìl být co nejvìtí a konstantní v celém pásmu pracovních kmitoètù, aby se zmìny jedné velièiny nepromítaly na velièinu druhou. Zajímavé je porovnat útlum mezi porty Brueneho mùstku a mùstku Tandem Match. Porovnání jednoznaènì vy- Obr. 57. Mùstek Tandem Match, pouitý jako reflektometr N >> 1 Obr. 58. Konstrukèní návrh reflektometru s mùstkem Tandem Match 38 Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Obr. 59. Kmitoètová závislost útlumu mezi porty a dalích parametrù u Brueneho mùstku znívá ve prospìch Brueneho mùstku (obr. 59, obr. 60). Dalím, ménì obvyklým pouitím feromagnetických materiálù, mùe být fázovací jednotka, která potlaèuje lokální ruení pøíjmu, zpùsobené rùzným srením a jiskøením nebo silnými lokálními signály. Jednotka se pøedøazuje pøed pøijímaè a zpracovává dva signály. Prvním je ádaný signál z hlavní antény pøijímaèe, který rovnì obsahuje neádoucí ruivé sloky. Druhý signál je dodáván z pomocné antény, která by mìla být konstruována a umístìna tak, aby byla citlivá pøedevím na lokální ruení, co zejména u místního srení a jiskøení nebývá problém. Signály z obou antén jsou pøivedeny do fázovací jednotky, ve které je nejdøíve upravena jejich amplituda. Pak je pootoèena fáze signálu z pomocné antény tak, aby po seètení signálù z obou antén se ruící sloky z hlavní a pomocné antény navzájem odeèetly a na výstupu jednotky se tak zcela potlaèily. Pøitom ádaný signál by teoreticky nemìl být nijak ovlivnìn. Dalí moností je pouít dvou pøijímacích pevnì smìrovaných antén a manipulací s amplitudou a fází signálù, pøicházejících z tìchto antén, dosáhnout efektu podobného otáèení smìrovou anténou. Podobným postupem lze i lokalizovat zdroj ruení apod. - monosti pouití fázovací jednotky jsou opravdu iroké. Princip fázovací jednotky vak má i svá omezení. Ruivý signál lze dokonale potlaèit jen v pøípadì, e nevykazuje únik a e obì antény dodávají ruivý signál s konstatní amplitudou a fází. Takový pøípad vak bývá v praxi velmi vzácný a nastává prakticky jen tehdy, Obr. 61. Pasivní fázovací jednotka. Obr. 60. Kmitoètová závislost útlumu mezi porty mùstku Tandem Match je-li lokální zdroj velmi blízko místa pøíjmu. Pøi zmìnách ruivého signálu ho bývá moné potlaèit jen èásteènì a toto potlaèení se navíc mìní s èasem. Fázovací jednotku lze øeit jako èistì pasivní obvod (obr. 61). K jeho nesporným výhodám patøí skuteènost, e nijak nezhoruje intermodulaèní parametry pøijímaèe. Signály z obou antén se ve fázovací jednotce podle obr. 61 sèítají irokopásmovým transformátorem Tr1, na kterém tedy nastává vlastní fázové vyruení neádoucího signálu. Amplituda signálù se nastavuje potenciometry o odporu 500 Ω, které jsou zaøazeny v obou signálových cestách. Ke zmìnám fáze signálu z pomocné antény je pouit èlánek T se souèástkami C1, C2 a L1. Rozsah dosaitelných zmìn fáze je dán hodnotami pouitých kondenzátorù a cívky a je kmitoètovì závislý. Vìtinou není moné dosáhnout zmìny fáze v rozsahu od 0 do 360 °, proto je vhodné v pøípadì potøeby zamìnit vstupy ádaného (J1) a ruivého (J3) signálu. Pøijímaè, pøipojený ke konektoru J2, je od fázovací jednotky oddìlen balunem 1:1. Dále jsou uvedeny hodnoty souèástek, které byly vyzkoueny v praxi: Cívka L1 má 45 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,65 mm, který je navinut na tìlísko o prùmìru 25 mm v délce 58 mm. Tato cívka by mìla být konstruována jako promìnná (napø. s jezdcem) s indukèností 0 a 18,3 µH. C1 a C2 jsou samostatné otoèné kondenzátory o maximální kapacitì 370 pF. C2 nesmí mít rotor ani stator spojen se zemí ani s ladicí høídelí. Transformátor Tr1 ma 3x 16 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 1 mm CuL a je navinut na toroidním jádru Amidon FT-82-61. Vinutí je trifilární (tøemi zkroucenými vodièi) a je rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu jádra. Pro ulehèení práce je moné pouít i tenèí vodiè. Transformátor Tr2 je balun 1 : 1. Má 2x 18 závitù stejného drátu jako u Tr1 a je navinut na jádru Amidon FT-82-61. Vinutí je bifilární (dvìma zkroucenými vodièi) a je opìt rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu toroidního jádra. Pøedchozí fázovací jednotka se stala inspirací komerènì vyrábìné jednotky MFJ-1026, její schéma je na obr. 62. Tato jednotka ji není pasivní, ale pouívá v signálových cestách zesilovaèe s tranzistory FET J310 s malým umem. Výsledky dosahované s touto jednotkou jsou opravdu vynikající, i kdy výrobce pouil zapojení, které mùe výraznìji zhorit intermodulaèní vlastnosti pøijímaèe. Proto se doporuèuje provést nìkolik úprav, pøedevím odstranit antiparalalelnì zapojené diody D12 + D13, D10 + D11, D6 + D9 a D1 + D5. Jednotka se dodává s vestavìnou prutovou anténou, která je vyuita jako sbìraè ruivého signálu. Je vak rovnì moné pouít externí umovou anténu (zapojenou do konektoru AUX. ANTENNA), v tomto pøípadì se doporuèuje upravit zisk zesilovaèe neádoucího signálu s tranzistorem Q10 (J310) nastavením zkratovacích spojek JMP1 a JMP2 podle uivatelského manuálu. V praxi se vestavìná prutová anténa pøíli neosvìdèila a vìtina uivatelù jednotku pouívá s vnìjí umovou anténou, jako vhodná anténa se ukázala napø. drátová HB9CV, namíøená vzhùru. Pro pouití v rozhlasovém pásmu støedních vln není tato jednotka pøíli úèinná díky filtru L5, L6 a C16. Proto je vhodné tento filtr buï zcela vypustit nebo zmìnit hodnoty cívek a kondenzátoru tak, aby filtr nepotlaèoval kmitoèty pod 1,8 MHz. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 39 Obr. 62. Aktivní fázovací jednotka MFJ-1026 Obvod, který je tvoøen tranzistory Q1, Q2, Q3, relé RE1 a pøíslunými souèástkami slouí k vyøazení jednotky pøi vysílání, je-li pouita spolu s transceiverem. Vzhledem k tomu, e se tím komplikuje pøepínání pøíjem/vysílání a zavádí se nutnost dalího nastavování èasové prodlevy pøi tomto pøepínání, je vhodné uvedený obvod vypustit a pouívat výhradnì oddìlený vstup pøijímaèe transceiveru, pokud má být jednotka pouívána v radioamatérském provozu. Zmìny fáze, dosaitelné jednotkou MFJ-1026, jsou omezeny pomìrem odporu rezistoru R16 k reaktanci kondenzátoru C12 nebo C13. Bìnì lze fázi otáèet o 130 °, co je ovem málo. Pøepínaèem SW3B lze fázi obrátit o 180 °. Celková zmìna fáze, dosaitelná jednotkou MFJ-1026, je tedy pøiblinì 280 °. K dosaení nutného minima 360 ° je tedy vhodné zamìnit hlavní a umovou anténu, napø. pomocí pøídavného relé, pøepínajícího pøísluné vstupy. Transformátory T1 a T2 mají 2x 12 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,3 mm a jsou navinuty na to- 40 roidních jádrech Amidon FT-37-43. Vinutí je bifilární (dvìma zkroucenými vodièi) a je rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu jádra. Transformátor T3 má 3x 16 závitù mìdìného lakovaného drátu o prùmìru 0,5 mm a je navinut na toroidním jádru Amidon FT-82-61. Vinutí je trifilární (tøemi zkroucenými vodièi) a je rozprostøeno rovnomìrnì po celém obvodu jádra. Jetì malý dodatek k navíjecímu pøedpisu transformátoru T3 ve fázovací jednotce MFJ-1026: transformátor je zapojen zdánlivì jinak ne v pasivní jednotce z pøedelého pøíkladu. Trifilární vinutí bude zapojeno tak, e odboèka ke kondenzátoru C14 vznikne spojením konce jednoho vinutí se zaèátkem druhého a toto spojení slouí jako odboèka. Zbývající zaèátek a konec vinutí jsou pøipojeny ke drainu Q8 (J310), resp. k blokovacímu kondenzátoru C15. Tøetí vinutí je pøipojeno k source Q8 a k paralelní kombinaci R19//C28. Je tøeba dát pozor na smysl vinuti, pokud jednotka nefunguje dobøe, bude nutné prohodit zaèátek s koncem tøetího vinutí. Pokud by se nepodaøilo ani pak dosáhnout vyhovujícího potlaèení neádoucích signálù, bude tøeba upravit transformátor - a sice navinout ho kvadrofilárnì ètyømi zkroucenými vodièi (4x 16 závitù). Jako tøetí vinutí se pak pouijí dvì vinutí, u kterých se zaèátek jednoho spojí s koncem druhého (tento spoj se nikam nepøipojuje) a zbývající zaèátek, resp. konec tohoto dvouvinutí se pøipojí k source Q8 a k paralelní kombinaci R19//C28. Vtip je v tom, e pak budou reaktance v drainu i source Q8 stejné. Jednotka MFJ-1026 je tovární výrobek a detaily provedení transformátoru pochopitelnì nejsou v dokumentaci uvedeny. Tyto údaje jsem získal po konzultacích a vyèetl v mailing listech, bude tedy nutné experimentovat. Parametry jednotky by se výraznì zlepily i pouitím odolnìjích zesilovaèù na místì pùvodních zesilovaèù s tranzistory J310. Vhodné by mohly být napø. popisovaný Rohdeho zesilovaè s tranzistory 2N5109 nebo modifikovaný Nortonùv zesilovaè s MRF586. Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 Krátký pøehled nejdùleitìjích letopoètù, které ovlivnily vývoj v oblasti výpoèetní techniky 1623. Wilhelm Schickard (1592 a 1635) ve mìstì Tübingen (Nìmecko) sestrojil estimístné kalkulaèní hodiny - stroj, který umìl seèítat a odeèítat, pøièem pøi pøekroèení desítky vdy zaznìl zvonek oznamující operátorovi, e má ruènì posunout sousední ukazatel. Byl pøítelem Keplera. Plány tohoto stroje byly znièeny, ale dvakrát zrekonstruovány tým èlovìkem (ve 2. svìt. válce byly rovnì ztraceny). Nakonec se podaøilo v roce 1960 sestavit fungující repliku tohoto zajímavého stroje. 1644 a 1665. Blaise Pascal (1623 a 1662) v Paøíi sestavil svùj prvý pìtimístný stroj Pascaline. Na rozdíl od Schickarda vyrobil strojù nìkolik, pravdìpodobnì 10 a 15, z nich jeden byl dokonce osmimístný, a seznámil s nimi tehdejí spoleènost. Zmìnu desítek ji nebylo tøeba nastavovat ruènì. Podle jeho patentu i jiní pak tyto výpoèetní stroje vyrábìli. Více viz KE 6/2002. 1674. Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646 a 1716) v Lipsku navrhl svùj výpoèetní stroj, který byl sice teoreticky v poøádku a umìl i násobit, ovem po mechanické stránce byl velice sloitý, take se nerozíøil (viz KE 6/2002). Jetì pøedtím, asi v letech 1668 a 1670, pøiel Samuel Morland na zajímavý stroj k poèítání anglické mìny, která, jak víme, neuívala desítkovou soustavu. 1820. Francouz Charles Xavier Thomas de Colmar (1785 a 1870), sestrojil Arithmometer - stroj, který byl posléze vyrábìn ve velkém. Umìl násobit a s pomocí operátora dokonce i dìlit. Vyrábìl se a do zaèátku 20. století. Zuseho poèítaèe Z1 (nahoøe) a Z2 (dole) Wilhelm Schickard Hermann Hollerith 1822. Anglièan Charles Babbage (1792 a 1871) vymyslel stroj na øeení diferenciálních rovnic, pozdìji s J. Clementem dokonce i stroj na øeení diferenciálních rovnic 2. a 3. øádu. Jeho stroje nakonec byly schopny pracovat a se 40místnými èísly, mìly pamì atd. Více viz KE 5/2002. 1843. véd George Scheutz se svým synem Edvardem Scheutzem zaèali vyrábìt stroj k øeení diferenciálních rovnic 3. øádu, který byl schopen ovládat tiskárnu. 1890. V USA pøili na systém výpoèetní techniky, vyuívající dìrných títkù. Jeho otcem byl Herman Hollerith (1860 a 1929), který pracoval ve známém institutu MIT v Cambridge. Holleritovy stroje se hojnì pouívaly i u nás jetì v 60. letech minulého století. 1919. W. H. Eccles a F. W. Jordan publikovali klopný obvod (flip-flop), jeho princip byl základem budoucích strojù pracujících v binární soustavì. 1935. Továrna International Business Machines pøila s pøevratnou novinkou - strojem IBM 601 na dìrnotítkovém základì, jeho aritmetická jednotka byla øeena soustavou relé a byla schopna vynásobit dvì èísla bìhem jedné sekundy. Stroj byl okamitì vyuíván k vìdeckým i obchodním výpoètùm a vyrobilo se ho pøes 1 500 kusù. 1938. Claude E. Shannon (1916 a 2001) publikoval práci zabývající se aplikací Booleovy algebry na reléovou techniku. V tomté roce Nìmec Helmut Schreyer navrhl logické obvody s vyuitím elektronek a plynem plnìných výbojek a pracoval také na prototypu pamìové jednotky vyuívající tuto technologii. Ve stejném roce Konrad Zuse (1910 a 1995), nìmecký vynálezce, sestrojil výpoèetní stroj pracující zprvu na mechanickém principu (Z1), pozdìji v roce 1941 s reléovou logikou, jeho program byl zadáván pomocí dìrné pásky. Pak ji následoval Atanasoff se svým výpoèetním strojem a Mauchly s Eniacem. 1943. Howard H. Aiken (1900 a 1973) s týmem Harvardské univerzity sestrojil plnì programovatelný poèítaè na elektromechanickém principu s pevnou desetinnou èárkou. Stroj váil 5 tun (!), obsahoval pamìti, mechanický registr a aritmetickou jednotku. Právì proto bývá i tento vynálezce oznaèován za otce poèítaèù. Mohli bychom pokraèovat - pøily polovodièe, magnetické pamìti, integrované obvody a mikroprocesory, mení a mení poèítaèe, z nich ty dnení, které má dnes vìtina lidí pracující témìø ve vech oborech lidské èinnosti hlavou na pracovním stole, dokáí mnohem více a rychleji, ne ty, o kterých byla øeè. Literatura [1] Williams, M. R.: A History of Computing Technology, Prentice-Hall, USA 1985. [2] Internetové stránky: Virtual Museum od Computing a øada dalích èlánkù o výpoèetní technice. QX
Podobné dokumenty
elektronika A Radio
èlánek v modré øadì - Konstrukèní elektronika A Radio, E èlánek v roèence ELECTUS. Není-li èíselný údaj doplnìn písmenem, jedná se o èlánek v základní øadì Praktická elektronika A Radio.
Bezpecnostni tabulky
VYSOKÉ NAPÌTÍ
ŽIVOTU NEBEZPEÈNO DOTÝKAT SE
ELEKTRICKÝCH ZAØÍZENÍ
NEBO DRÁTÙ I NA ZEM
SPADLÝCH !
Symetrické anténní tunery
dobøe bychom mohli pøepínat pevné kondenzátory místo jedné dvojice a cívku nechat plynule promìnnou. Pokud ale chceme
dokonale vyuívat monost zmìny provozního Q a tím optimalizovat úèinnost, tak ...
Symetrické anténní tunery
Zpùsoby napájení antény mùeme
rozdìlit na symetrické a nesymetrické, to
asi vichni znají. K nesymetrickému napájení pouíváme koaxiální kabely, symetrické lze realizovat pomocí ebøíèku s
rozpì...
Začínáme na RTTY od AA5AU
kliknutím my í na button na obrazovce. D ív
í N5JR (tato zna ka byla obnovena pro Joel
Rubensteina, který je také aktivní RTTY operátor), byl paraplegik a získal RTTY DXCC
edtím, ne zem el. On prac...
2 - Radiozurnal.sk
èlenové: Petr Voda, OK1IPV, Martin Korda, OK1FLM
Sazba: Alena Dresslerová, OK1ADA
WWW stránky: Zdenìk Šebek, OK1DSZ
Vychází periodicky, 6 èísel roènì. Toto èíslo bylo pøedáno do distribuce 20. 3. 2...
Přechodné kovy
Tento soubor učebních textů tvoří celek vzájemně propojených kapitol, které ale lze využít i
samostatně. Má za cíl rozšířit výuku přechodných kovů na střední škole. Primárně je určen pro
žáky, ovše...
