Основы электронной техники (стр. 10 )

Следовательно, 6 В/36 В = 30/ TAD, отсюда TAD = 30 · 36/6 = 180 витков.

Рис. 7.14. Трансформатор с отводом от средней точки вторичной об­мотки.

Рис. 7.15. VAD = 36 В, VAB = б В,

VCD = 12 В.

Магнитная цепь

Принято говорить, что в магнитной цепи магнитный поток (или магнитное поле), измеряемый в теслах, создается силой, называемой магнитодвижу­щей силой (МДС). Магнитная цепь обычно сравнивается с электрической цепью, причем магнитный поток сопоставляется с током, а магнитодвижущая сила с электродвижущей силой. Точно так же, как говорят о сопротивлении R электрической цепи, можно говорить о магнитном со­противлении S магнитной цени; эти понятия имеют аналогичный смысл. Например, такой магнитомягкий материал, как ковкое железо, облада­ет низким магнитным сопротивлением, т. е. низким сопротивлением для магнитного потока.

Магнитная проницаемость

Магнитная проницаемость материала это мера легкости его намагничи­вания. Например, ковкое железо и другие электромагнитные материалы, такие, как ферриты, обладают высокой магнитной проницаемостью. Эти материалы применяются в трансформаторах, катушках индуктивности, реле и ферритовых антеннах. В отличие от них немагнитные материалы имеют очень низкую магнитную проницаемость. Магнитные сплавы, та­кие, как кремнистая сталь, обладают способностью сохранять состояние намагниченности в отсутствие магнитного поля и поэтому применяют­ся в качестве постоянных магнитов в громкоговорителях (динамических головках), магнитоэлектрических измерительных приборах с подвижной катушкой и т. д.

Экранирование

Рассмотрим полый цилиндр, помещенный в магнитное поле (рис. 7.16). Если этот цилиндр изготовлен из материала с низким магнитным сопро­тивлением (магнитомягкого материала), то магнитное поле будет концентрироваться в стенках цилиндра, как показано на рисунке, не попадая в его внутреннюю область.

Рис. 7.16. Магнитное экранирование.

Рис. 7.17. Электростатическое экранирование в трансформаторе.

Следовательно, если в эту область поместить какой-либо предмет, он будет защищен (экранирован) от влияния маг­нитного поля в окружающем пространстве. Такое экранирование, на­зываемое магнитным экранированием, применяется для защиты от внеш­них магнитных полей электронно-лучевых трубок, магнитоэлектрических измерительных приборов с подвижной катушкой, динамических головок громкоговорителей и т. п.

В трансформаторах иногда применяется другой тип экранирования, называемый электростатическим или электрическим экранированием. Между первичной и вторичной обмотками трансформатора размещается экран из тонкой медной фольги, как показано на рис. 7.17. При зазе­млении такого экрана сильно уменьшается влияние емкости между об­мотками, которая возникает из-за разности потенциалов этих обмоток. Электростатическое экранирование применяется также в коаксиальных кабелях и всюду, где проводники имеют разные потенциалы и находятся в непосредственной близости друг от друга.

8

Согласование

Полное входное и полное выходное сопротивления

Любой прибор, будь то простой усилитель или сложный телевизор, может быть представлен в виде «черного ящика» с двумя входными и двумя выходными выводами (рис. 8.1), имеющего полное входное сопротивлении Zвх и полное выходное сопротивление Zвых. Здесь Zвх — полное сопротивление прибора, если смотреть со стороны входных зажимов АВ, a Zвых – полное сопротивление прибора, если смотреть со стороны его выходных зажимов CD. Поскольку входной сигнал подается с какого-то источника, то наш прибор является для него нагрузочным сопротивлением Zвх. С другой стороны, прибор сам имеет нагрузку в виде следующей схемы и является по отношению к ней генератором с внутренним сопротивлением Zвых.

Во многих случаях, например в усилителях мощности или при работе телевизора или радиоприемника от антенны, нужно передать энергию одного каскада на другой. При этом необходимо передать как можно большую часть энергии. В связи с этим встает вопрос о согласовании сопротивлений и максимальной передаче энергии.

Согласование, или максимальная передача энергии, достигается в том случае, когда выходное сопротивление одного каскада равно входном сопротивлению следующего (рис. 8.2).

В качестве примера рассмотрим схему, изображенную на рис. 8.3. Генератор, имеющий внутреннее сопротивление r = 10 Ом и ЭДС e = 3 Е, нагружен сопротивлением R. Максимальная энергия передается на нагрузку R тогда, когда сопротивление R равно внутреннему (или выходному) сопротивлению генератора.

Рис. 8.1. Полное входное и полное выходное сопротивления Zвх и Zвых.

Рис. 8.2. Для согласования необходимо, чтобы Zвых = Zвх.

Рис. 8.3.

Рис. 8.4. Согласующий трансфор­матор.

Коэффициент трансформа­ции T1/ T2 = 10 : 1

Для случая R = 10 Ом падение напряжения на сопротивлении R равно VR = 3/2 = 1,5 В. Следовательно, мощность на выходе, или мощность, передаваемая нагрузке, равна

V2/R = 0,225 Вт = 225 мВт.

Следует заметить, что при точном согласовании нагрузки мощность, рас­сеиваемая на нагрузке, равна мощности, рассеиваемой на внутреннем со­противлении r.

Для любой другой величины нагрузки R выходная мощность всегда будет меньше, чем 225 мВт. Так, если R = 20 Ом, VR = 2 B,

откуда выходная мощность равна

V2/R =200 мВт.

Аналогично если сопротивление R уменьшится до 10/2 = 5 Ом, то выходная мощность также уменьшится до 200 мВт.

Согласование с помощью трансформатора

Иногда для обеспечения согласования между двумя каскадами схемы или между выходным каскадом схемы и нагрузкой в качестве связую­щего звена применяется трансформатор. На рис. 8.4 показан усилитель мощности звуковой частоты, подсоединенный к громкоговорителю через трансформатор. Предположим, что громкоговоритель имеет сопротивле­ние r2 = 10 Ом, а используемый усилитель имеет выходное сопротивле­ние r1 = 1000 Ом. Для обеспечения согласования необходимо выбрать трансформатор с таким коэффициентом трансформации T1/ T2 = n, что­бы сопротивление громкоговорителя, приведенное к первичной обмотке, равнялось выходному сопротивлению усилителя.

Из гл. 7 мы уже знаем, что

n2 = r1/r2 = 1000/10 =100, а следовательно, n = 10

Таким образом, нужен понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации, равным 10 : 1.

Заметим, что во всех случаях, когда усилитель нагружен на низкоомную нагрузку (а в большинстве случаев именно так и бывает), необходимо использовать понижающий трансформатор.

Примеры

Пример 1

На рис. 8.5 изображена схема, в которой усилитель подключен к 8-Ом громко­говорителю через резистор с сопротивлением 7 Ом,

а) Объясните назначение резистора R.

б) Каков основной недостаток используемого метода?

Решение

а) Сопротивление R используется для обеспечения максимальной выходной мощности усилителя.

б) Недостатком данной схемы является то, что почти половина выходной мощности теряется на резисторе.

Пример 2

На рис. 8.6 показан способ упрощения подключения головных телефонов. Рас­считать величину сопротивления Я, если наушники имеют сопротивление 8 Ом.

Решение R = 30 – 8 = 22 Ом.

Рис. 8.5. Рис. 8.6.

Рис. 8.7.

Рис. 8.8.

Пример 3

Обратимся к схеме на рис. 8.7. Как следует подсоединить два громкоговорителя с внутренним сопротивлением каждого по 15 Ом к выходному трансформатору, оказанному на рисунке?

Решение

Для обеспечения согласования необходимо, чтобы выходное сопротивление трансформатора было равно сопротивлению нагрузки. Этого можно достигнуть, ели громкоговорители, соединенные параллельно и дающие в результате общее сопротивление нагрузки 7,5 Ом, подключить между общей точкой и клеммой с маркировкой «7,5 Ом».

Пример 4

На рис. 8.8 изображена схема расщепителя сигнала, в котором внешняя нагрузка согласована с внешним источником сигнала. Вычислить величину сопротивления R.

Решение

Для согласования общее сопротивление схемы RAE, если смотреть со стороны AE, должно быть равно 75 Ом. Общее сопротивление RBE между точками В и E (обеих нагрузочных ветвей) равно

Таким образом, общее сопротивление между точками А и Е равно

Однако для согласования необходимо, чтобы RAE = 75 Ом. Следовательно,

Откуда

,