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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA BALUN ou não BALUN? Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas. Teoria O objetivo do dispositivo é impedir o fluxo de correntes de alta frequência ao longo da superfície externa da trança para reduzir o efeito alimentador de antena [2]. O dispositivo cativa pela simplicidade e facilidade de fabricação, mas atende bem aos requisitos? Vamos considerá-los. O balun deve ter uma resistência tão alta quanto possível às correntes HF na trança sem quebrar o contato DC, ou seja, ser um sufoco. Os indutores utilizados como bobinas são fabricados de acordo com regras bem conhecidas: o desejo de obter a máxima resistência indutiva com um mínimo de autocapacitância força o uso de um enrolamento seccionado e/ou cilíndrico com um determinado passo. Freqüentemente, os indutores de banda larga fazem isso: desde o início (saída "quente"), o enrolamento é feito com um passo grande, depois com um menor, depois vira para virar e, às vezes, a última seção é enrolada no "universal " caminho. A capacitância intrínseca do indutor C0 com a indutância de seu enrolamento L forma um circuito oscilatório paralelo (Fig. 1), cuja frequência de ressonância f0 é maior, menor a capacitância. Em frequências acima de f0, o indutor tem uma capacitância que cai rapidamente com o aumento da frequência, ou seja, deixa de realizar suas funções.
A linha contínua no gráfico (Fig. 1) mostra a dependência da reatância do indutor com a frequência para uma bobina ideal com fator de qualidade infinito. As perdas na bobina reduzem o fator de qualidade, os ramos da curva não vão mais ao infinito (linha tracejada no gráfico), e a componente ativa R aparece na resistência total, é máxima na frequência de ressonância e é igual a pQ, onde ð = (L/C0)1/2 é a resistência característica. A partir disso, fica claro que, para aumentar a impedância do indutor, é necessário aumentar sua indutância de todas as maneiras possíveis e reduzir sua própria capacitância. Mas voltando aos nossos Valuns. Um cabo enrolado deve ter uma capacitância intrínseca perceptível (até várias dezenas de pF/m!). Isso significa que o compartimento de cabos não se tornará um estrangulamento, mas um circuito oscilatório com uma certa frequência de ressonância. O desejo natural de enrolar mais voltas no compartimento (para aumentar a indutância) pode levar ao resultado oposto: a frequência ressonante será menor que a frequência operacional e o balun se comportará como uma capacitância e com um aumento no número de voltas, a capacitância cairá. Para testar essa suposição, uma configuração de medição simples foi montada (Fig. 2), consistindo em um gerador de sinal padrão (SGS) e um osciloscópio. Balun estava localizado diretamente em uma mesa de madeira e foi conectado com uma saída da trança de cabo (o núcleo não foi usado) ao gabinete GSS, um diodo detector VD1 e um cabo de entrada de um osciloscópio de baixa frequência foram conectados à outra saída . O sinal AM do GSS foi alimentado ao balun através de uma capacitância de acoplamento muito pequena formada por um segmento de um condutor isolado de cerca de 10 cm de comprimento. Assim, a instalação não acrescentou praticamente nada à própria capacitância da bobina do cabo (capacitância do diodo - frações de um picofarad).
A ressonância foi detectada imediatamente por um aumento acentuado no componente constante e na amplitude do sinal de modulação na entrada do osciloscópio. O fator Q do circuito (compartimento de cabos) acabou não sendo nada pequeno - de 30 (cabo de TV "Shirpo-Trebovsky") a 60 (cabo com isolamento externo de polietileno rígido). A frequência de ressonância f0, como esperado, depende do número de voltas N e do diâmetro da bobina D. Os dados de várias medições para o cabo amplamente utilizado PK-75-4-11 (diâmetro externo sobre isolamento 7,3 mm, sobre trança 5 mm, núcleo 0,72, XNUMX mm) são tabulados.
Obviamente, esses dados são indicativos, pois a frequência de ressonância depende da densidade das bobinas, da proximidade dos objetos circundantes e de outros fatores. De acordo com a tabela, foram plotados gráficos da dependência da frequência de ressonância com o número de voltas (Fig. 3). Eles lhe dirão o número máximo de voltas em que o balun ainda é um acelerador.
Para comparação, em um dos experimentos, em vez de uma bobina (D = 20 cm, N = 11), o mesmo cabo de 7 m de comprimento foi enrolado em um tubo plástico de 10 cm de diâmetro. Foi obtida uma bobina cilíndrica contendo 20 voltas com um comprimento de enrolamento de 15 cm A frequência de ressonância aumentou de 4 para 7 MHz e o fator de qualidade - de 30 para 65. A vantagem do design tradicional da bobina é óbvia! Então o que fazer? A maneira mais fácil é fazer um balun de uma bobina de cabo para uma antena de banda única - deve ser sintonizado para ressonância na frequência operacional, escolhendo o diâmetro e o número de voltas. Então sua impedância será a máxima possível e, consequentemente, o efeito de enfraquecimento das correntes na trança também será máximo. Para baluns de banda larga, a frequência ressonante deve ser escolhida de modo que esteja próxima da borda superior da faixa de operação. Para frequências abaixo da reatância indutiva ressonante balun'a pode ser encontrada conhecendo a indutância L: Xl = 27πfL, ou por fórmulas mais precisas para a impedância de um circuito ressonante paralelo dado em [3]. Com a diminuição da frequência, o balun deixará de funcionar aproximadamente na frequência em que sua reatância indutiva será da mesma ordem da resistência de onda do cabo, considerada como um fio com diâmetro igual ao diâmetro da trança, em livre espaço (400 ... 600 Ohm). Em conclusão, apresentamos várias técnicas e fórmulas úteis de [3]. Eles podem ser úteis para aqueles que irão experimentar ou calcular tais dispositivos. O comprimento do cabo no compartimento é fácil de determinar pela fórmula πDN. A indutância pode ser calculada da seguinte forma: L = 2πN2D[lp(8D/d) -2]. Os diâmetros da bobina D e da bainha externa do cabo d são medidos em centímetros e a indutância é obtida em nanohenries. O fator de qualidade é medido pela largura da curva de ressonância 2Δf em um nível de 0,7 do máximo: Q = f0/2Δf. A capacitância intrínseca C0 de um balun é difícil de calcular, mas pode ser encontrada experimentalmente. Se você conectar um capacitor adicional de capacitância conhecida C1 aos terminais, a frequência ressonante diminuirá e se tornará igual a f1. Então C0 = C1/[(f0/f1)2-1]. Usando esta técnica e fórmulas, verificou-se, por exemplo, que a indutância da bobina D = 10 cm, N = 4 é de 3,2 μH e sua própria capacitância é de 10 pF, o que dá uma frequência de ressonância de 28 MHz, coincidindo com a medida um. Literatura
Autor: V.Polyakov
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