Что такое трансформатор обратной связи

Электронные трансформаторы. Устройство и работа. Особенности

Рассмотрим основные преимущества, достоинства и недостатки электронных трансформаторов. Рассмотрим схему их работы. Электронные трансформаторы появились на рынке совсем недавно, но успели завоевать широкую популярность не только в радиолюбительских кругах.

В последнее время в интернете часто наблюдаются статьи на основе электронных трансформаторов: самодельные блоки питания, зарядные устройства и многое другое. На самом деле электронные трансформаторы являются простым сетевым импульсным блоком питания. Это самый дешевый блок питания. Зарядное устройство для телефона стоит дороже. Электронный трансформатор работает от сети 220 вольт.

Устройство и принцип действия

Схема работы

Генератором в этой схеме является диодный тиристор или динистор. Сетевое напряжение 220 В выпрямляется диодным выпрямителем. На входе питания присутствует ограничительный резистор. Он одновременно служит и предохранителем, и защитой от бросков сетевого напряжения при включении. Рабочую частоту динистора можно определить от номиналов R-С цепочки.

Таким образом можно увеличить рабочую частоту генератора всей схемы или уменьшить. Рабочая частота в электронных трансформаторах от 15 до 35 кГц, ее можно регулировать.

Трансформатор обратной связи намотан на маленьком колечке сердечника. В нем присутствуют три обмотки. Обмотка обратной связи состоит из одного витка. Две независимые обмотки задающих цепей. Это базовые обмотки транзисторов по три витка.

Это равноценные обмотки. Ограничительные резисторы предназначены для предотвращения ложных срабатываний транзисторов и одновременно ограничения тока. Транзисторы применяются высоковольтного типа, биполярные. Часто используют транзисторы MGE 13001-13009. Это зависит от мощности электронного трансформатора.

От конденсаторов полумоста тоже многое зависит, в частности мощность трансформатора. Они применяются с напряжением 400 В. От габаритных размеров сердечника основного импульсного трансформатора также зависит мощность. У него две независимые обмотки: сетевая и вторичная. Вторичная обмотка с расчетным напряжением 12 вольт. Наматывается она, исходя из требуемой мощности на выходе.

Первичная или сетевая обмотка состоит из 85 витков провода диаметром 0,5-0,6 мм. Используются маломощные выпрямительные диоды с обратным напряжением в 1 кВ и током в 1 ампер. Это самый дешевый выпрямительный диод, который можно найти серии 1N4007.

На схеме детально виден конденсатор, частотно задающий цепи динистора. Резистор на входе предохраняет от бросков напряжения. Динистор серии DB3, его отечественный аналог КН102. Также имеется ограничивающий резистор на входе. Когда напряжение на частотно задающем конденсаторе достигает максимального уровня, происходит пробой динистора. Динистор – это полупроводниковый искровой разрядник, который срабатывает при определенном напряжении пробоя. Тогда он подает импульс на базу одного из транзисторов. Начинается генерация схемы.

Транзисторы работают по противофазе. Образуется переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора заданной частоты срабатывания динистора. На вторичной обмотке мы получаем нужное напряжение. В данном случае все трансформаторы рассчитаны на 12 вольт.

Электронные трансформаторы китайского производителя Taschibra

Он предназначен для питания галогенных ламп на 12 вольт.

Со стабильной нагрузкой, как галогенные лампы, такие электронные трансформаторы могут работать бесконечно долго. Во время работы схема перегревается, но не выходит из строя.

Принцип действия

Подается напряжение 220 вольт, выпрямляется диодным мостом VDS1. Через резисторы R2 и R3 начинает заряжаться конденсатор С3. Заряд продолжается то тех пор, пока не пробьется динистор DB3.

Напряжение открытия этого динистора составляет 32 вольта. После его открытия на базу нижнего транзистора поступает напряжение. Транзистор открывается, вызывая автоколебания этих двух транзисторов VT1 и VT2. Как работают эти автоколебания?

Ток начинает поступать через С6, трансформатор Т3, трансформатор управления базами JDT, транзистор VT1. При прохождении через JDT он вызывает закрытие VT1 и происходит открытие VT2. После этого ток течет через VT2, через трансформатор баз, Т3, С7. Транзисторы постоянно открывают и закрывают друг друга, работают в противофазе. В средней точке появляются прямоугольные импульсы.

Частота преобразования зависит от индуктивности обмотки обратной связи, емкости баз транзисторов, индуктивности трансформатора Т3 и емкостей С6, С7. Поэтому частотой преобразования управлять очень сложно. Еще частота зависит от нагрузки. Для форсирования открытия транзисторов используются ускоряющие конденсаторы на 100 вольт.

Для надежного закрытия динистора VD3 после возникновения генерации прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD1, и он надежно запирает динистор.

Кроме этого, есть устройства, которые используют для осветительных приборов, питают мощные галогенные лампы в течение двух лет, работают верой и правдой.

Блок питания на основе электронного трансформатора

Сетевое напряжение через ограничительный резистор поступает на диодный выпрямитель. Сам диодный выпрямитель состоит из 4-х маломощных выпрямителей с обратным напряжением в 1 кВ и током 1 ампер. Такой же выпрямитель стоит на блоке трансформатора. После выпрямителя постоянное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором. От резистора R2 зависит время заряда конденсатора С2. При максимальном заряде срабатывает динистор, возникает пробой. На первичной обмотке трансформатора образуется переменное напряжение частоты срабатывания динистора.

Основное достоинство этой схемы – это наличие гальванической развязки с сетью 220 вольт. Основным недостатком является малый выходной ток. Схема предназначена для питания малых нагрузок.

Электронные трансформаторы DM-150T06A

Потребление тока 0,63 ампера, частота 50-60 герц, рабочая частота 30 килогерц. Такие электронные трансформаторы предназначены для питания более мощных галогенных ламп.

Достоинства и преимущества

Если использовать приборы по прямому назначению, то имеется хорошая функция. Трансформатор не включается без входной нагрузки. Если вы просто включили в сеть трансформатор, то он не активен. Нужно подключить на выход мощную нагрузку, чтобы началась работа. Эта функция экономит электроэнергию. Для радиолюбителей, которые переделывают трансформаторы в регулируемый блок питания, это является недостатком.

Можно реализовать систему автовключения и систему защиты от короткого замыкания. Несмотря на имеющиеся недостатки, электронный трансформатор всегда будет самой дешевой разновидностью блоков питания полумостового типа.

В продаже можно найти более качественные недорогие блоки питания с отдельным генератором, но все они реализуются на основе полумостовых схем с применением самотактируемых полумостовых драйверов, таких как IR2153 и ему подобные. Такие электронные трансформаторы гораздо лучше работают, более стабильны, реализована защита от короткого замыкания, на входе сетевой фильтр. Но старая Taschibra остается незаменимой.

Недостатки электронных трансформаторов

Они имеют ряд недостатков, несмотря на то, что они сделаны по хорошим схемам. Это отсутствие каких-либо защит в дешевых моделях. У нас простейшая схема электронного трансформатора, но она работает. Именно эта схема реализована в нашем примере.

На входе питания отсутствует сетевой фильтр. На выходе после дросселя должен стоять хотя бы сглаживающий электролитический конденсатор на несколько микрофарад. Но он тоже отсутствует. Поэтому на выходе диодного моста мы можем наблюдать нечистое напряжение, то есть, все сетевые и другие помехи передаются на схему. На выходе мы получаем минимальное количество помех, так как реализована гальваническая развязка.

Рабочая частота динистора крайне неустойчива, зависит от выходной нагрузки. Если без выходной нагрузки частота составляет 30 кГц, то с нагрузкой может наблюдаться довольно большой спад до 20 кГц, зависит от конкретной нагруженности трансформатора.

Еще одним недостатком можно назвать то, что на выходе этих устройств переменная частота и ток. Чтобы использовать электронные трансформаторы в качестве блока питания, нужно выпрямить ток. Выпрямлять нужно импульсными диодами. Обычные диоды тут не подходят из-за повышенной рабочей частоты. Поскольку в таких блоках питания не реализованы никакие защиты, то стоит лишь замкнуть выходные провода, блок не просто выйдет из строя, а взорвется.

Одновременно при коротком замыкании ток в трансформаторе увеличивается до максимума, поэтому выходные ключи (силовые транзисторы) просто лопнут. Выходит из строя и диодный мост, поскольку они рассчитаны на рабочий ток в 1 ампер, а при коротком замыкании рабочий ток резко увеличивается. Выходят также из строя ограничительные резисторы транзисторов, сами транзисторы, диодный выпрямитель, предохранитель, который должен предохранять схему, но не делает этого.

Еще несколько компонентов могут выйти из строя. Если у вас имеется такой блок электронного трансформатора, и он случайно выходит по каким-то причинам из строя, то ремонтировать его нецелесообразно, так как это не выгодно. Только один транзистор стоит 1 доллар. А готовый блок питания также можно купить за 1 доллар, совсем новый.

Мощности электронных трансформаторов

Сегодня в продаже можно найти разные модели трансформаторов, начиная от 25 ватт и заканчивая несколькими сотнями ватт. Трансформатор на 60 ватт выглядит следующим образом.

Источник

Применение трансформаторных обратных связей в широкополосных усилителях

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 23.12.2019 2019-12-23

Статья просмотрена: 283 раза

Библиографическое описание:

Вольский, А. В. Применение трансформаторных обратных связей в широкополосных усилителях / А. В. Вольский. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 51 (289). — С. 232-234. — URL: https://moluch.ru/archive/289/65580/ (дата обращения: 14.12.2021).

В статье представлены и описаны основные схемы усилителей, в которых применяются трансформаторные обратные связь без потерь, для повышения линейности усилителя.

Ключевые слова: динамический диапазон, отрицательная обратная связь, трансформатор, автотрансформатор, коэффициент усиления.

Важной характеристикой усилителя является динамический диапазон (ДД), который определяется порогом чувствительности, определяемый собственными шумами, а также линейностью.

Значительно расширить ДД устройств широкополосного усиления возможно за счет увеличения мощности силовых СВЧ-транзисторов и трансформаторными схемами усилителей с обратной связи.

Существует следующий метод повышения линейности усилителя — это применение линейной обратной отрицательной связи (ЛООС). Специальные схемы ЛООС чаще всего называемые «бесшумной” ЛООС представлены на рисунке 1. Такой тип обратной связи иногда называют обратной связью без потерь, которая была разработана Нортоном [1].

Рис. 1. Схемы усилителей с «бесшумной» ЛООС:

а) Усилитель с трансформаторной обратной связью;

б) Усилитель с автотрансформаторной обратной связью.

Введением в цепь ООС позволяет получить вещественное устойчивое и высококачественное усиление. Могут быть значительно уменьшены такие параметры как, частотные и фазовые искажения, фон, нелинейные искажения и др.

Введением в трансформатор ООС достигается противофазность токов в первичной и вторичной обмотке. В результате чего происходит линейное перемещение электрической энергии из первичной обмотки во вторичную, при этом потери в трансформаторе минимальные [2].

Усилитель странсформаторной обратной связью

На рисунке 1 (а) была представлена схема усилителя с трансформаторной обратной связью (УТОС).

Схема, предложенная Нортоном, содержит только два компонента — транзистор и трансформатор, соединенные таким образом, чтобы обеспечить согласование на входе и на выходе при помощи трансформаторной отрицательной обратной связи. В прямом направлении схема дает коэффициент усиления по мощности:

,

где K_i — коэффициент передачи по току;

К_t — коэффициент трансформации.

При обратном направлении — уменьшается:

Усилитель собратной связью автотрансформатора

Схема усилителя, показанная на рисунке 1(б), получается из схемы, показанной на рисунке 1(а), путем повторного подключения заземленной клеммы вторичной обмотки к входу усилителя. В этом случае первичные и вторичные обмотки соединены. Несмотря на такие небольшие изменения, некоторые свойства усилителя резко меняются.

Эта замена необходима, поскольку она учитывает (n+1)/n–кратный ток на входе усилителя, сохраняет мощность источника сигнала неизменной и не влияет на какие-либо параметры усилителя. Однако формальная идентичность схем вещественна только на промежуточных частотах. В действительности выходная обмотка трансформатора обратной связи в цепи Нортона подключается параллельно нагрузке. Поэтому индуктивность намагниченности и потери в феррите и собственная емкость учитываются адмиттансом (комплексная проводимость). В схеме, показанной на рисунке 1 (б), те же самые импедансы соединены параллельно с эмиттерно-коллекторным соединением. Их влияние учитывается допуском и, уменьшается на (1–α) раз. Это приводит к резкому увеличению пропускной способности схемы.

Следовательно, обратная связь автотрансформатора по сравнению с обратной связью трансформатора дополнительно уменьшает влияние потерь и нелинейных искажений в магнитном сердечнике в (1-К_I).

Таким образом, неоспоримыми преимуществами схемы Нортона являются его предельная простота, двунаправленное согласование, чрезвычайно низкий уровень шума, широкий полосовой диапазон и высокая линейность.

Основными его недостатками являются относительно низкий коэффициент усиления, трудности реализации трансформатора при увеличении f_max и К_т>>1, а также невозможность компенсации потерь и нелинейных искажений в ферритовом сердечнике. Эти недостатки стимулируют поиск других схем с обратной связью без потерь и их исследованием [1], [3].

Уникальное сочетание полезных свойств и простоты этих схем свидетельствует о том, что их разработка и широкое применение будут столь же полезны, как и в свое время появление широкополосных трансформаторов с распределенными параметрами. Естественно, это мешает пониманию специфических особенностей их работы, определению их возможностей и оптимизации схем, а также синтезу новых схем. Их широкое применение ограничено возможной нестабильностью широкополосных усилителей с большим количеством отрицательных обратных связей [4].

1. Abranin E. P., Bruck YU. M. Highly linear broadband amplifiers with lossless feedback Part 1 // INT. J. ELECTRONICS. Сер. 68. — 1990. — № 5. С. 743–756.
2. Косточкин М. Л., Аржаков В. А. Анализ методов повышения линейности усилителей // Омский научный вестник. Сер. 100. — 2011. — № 2. С. 205–209.
3. Abranin E. P., Bruck YU. M. Highly linear broadband amplifiers with lossless feedback Part 2 // INT. J. ELECTRONICS. Сер. 69. — 1990. — № 3. С. 345–357.
4. Цыкин Г. С. Отрицательная обратная связь и ее применение: учебник для вузов — М.: Радио и связь, 1970. — 138 с.

Источник