Самодельный балун по току 1:4

26 августа 2019

В самодельном антенном тюнере, о котором я не так давно рассказывал, отсутствует один компонент, который есть во многих тюнерах промышленного производства. Этот компонент — встроенный балун по току 1:4. Пришло время наконец-то сделать такой балун. Ну и, само собой разумеется, понять принцип его работы.

Теория

Примечание: Хотелось бы выразить благодарность Phil Frost, W8II за то, что он объяснил непонятные мне моменты в работе приведенной далее схемы.

Рассмотрим схему балуна (источник [PDF]):

Схема балуна по току 1:4

T1 и T2 представляют собой трансформаторы 1:1 на ферритовых кольцах с бифилярной намоткой. То есть, намотка выполненна двумя параллельными проводами. По отдельности T1 и T2 представляют собой балуны 1:1 с тем же принципом действия, что и у балуна, выполненного намоткой коаксиальным кабелем на ферритовом кольце. Последний был подробно рассмотрен в статье Самодельный диполь: теория и практика.

Хорошо, значит есть два балуна. Теперь обратим внимание на источник переменного тока в левой части схемы. Источник имеет какое-то напряжение V и из него вытекает 2*I тока. Если проследить за стрелочками, обозначающими движение тока, нетрудно убедиться, что по нагрузке будет течь ток I, то есть, в два раза меньше исходного.

Теперь попробуем понять, какое напряжение будет на нагрузке. Обратим внимание на центральную часть схемы, где ток от источника протекает через T2, затем через T1 и возвращается на источник, так и не побывав на нагрузке. На T2 и T1 должно быть какое-то падение напряжения, чтобы напряжение от источника V пройдя через них в итоге упало до нуля. С точки зрения тока, T2 и T1 неотличимы, поэтому падение напряжения на них будет равным, V/2.

Зная это, определим напряжение на нагрузке. В нижней части схемы имеем точно такой же трансформатор T2, что и в предыдущем параграфе, поэтому падение напряжения также будет V/2. Исходное напряжение было 0 отнять V/2, получаем -V/2. В верхней части имеем T1, но полярность трансформатора на этот раз изменена. Поэтому напряжение не вычитается, а прибавляется. Исходное V прибавить V/2, в сумме имеем (3/2)*V. Каким же получилось напряжение на нагрузке? Оно равно (3/2)*V вычесть -V/2, то есть, 2*V.

Итак, на источнике имеем напряжение V и ток 2*I, а на нагрузке напряжение 2*V и ток I. Если исходный импеданс (вспоминаем закон Ома) был Z = V/(2*I), то на нагрузке имеем (2*V)/I, то есть, в четыре раза больше. Таким образом, свойство трансформатора 1:4 доказано.

Осталось понять, почему схема работает как балун, то есть, почему она предотвращает возникновение синфазного тока. Здесь все аналогично тому, как работает балун 1:1. В случае возникновения синфазного тока баланс в схеме нарушится. Магнитные поля, создаваемые токами в трансформаторах, не будут друг друга компенсировать. Вместо того, чтобы свободно пропускать через себя ток, трансформаторы превращаются в катушки индуктивности, препятствующие протеканию переменного тока.

Практика

Из подходящих ферритовых колец в запасах была найдена лишь пара FT114-43. Это достаточно небольшие кольца, и я не был уверен, выдержат ли они 100 Вт. Но поскольку других колец все равно не было, я решил попробовать и посмотреть, что будет.

Балун получился таким:

Самодельный балун по току 1:4

Кольца были закреплены при помощи нейлоновых стяжек на куске текстолита, с которого предварительно была вытравлена вся медь. Я использовал намотку имени W1JR, уже знакомую нам по балуну 1:1. Число витков — 12, как рекомендует Charlie, MØPZT. Для намотки был использован сдвоенный провод 22 AWG. Вскоре после того, как было сделано это фото, соединение с коаксиальным кабелем было залито эпоксидным клеем.

График КСВ на самодельном эквиваленте нагрузки 200 Ом:

График КСВ балуна по току 1:4

Учитывая, что сам эквивалент нагрузки далеко не идеальный, считаю полученный результат неплохим.

На том же эквиваленте нагрузки балун был протестирован путем передачи FM-сигнала мощностью 100 Вт. Нигде ничего не перегревается и не искрит. Похоже, что на такой мощности балун можно использовать.

Дополнение: Позже я выяснил, что при длительной работе на общий вызов в телеграфе балун заметно греется при использовании 100 Вт. Если снизить мощность до 50 Вт, то этого не происходит.

Заключение

Вы можете помнить, что при настройке антенны «длинный провод» мой тюнер испытывал некоторые сложности в диапазонах 160, 30, 12 и 10 метров. С балуном он испытывает сложности только в диапазоне 10 мертов (КСВ 3, как и без балуна). Также с балуном мне удалось подобрать такое положение ручек у тюнера, при котором антенна работает одновременно в диапазонах 20 и 40 метров, без перестройки.

Таким образом, балун по току 1:4 оказался не самым бесполезным компонентом в антенном тюнере. Также я собираюсь применить его в кое-каких будущих проектах. Следите за обновлениями!

Дополнение: Примеры использования балуна 1:4 вы найдете в постах Согласование импеданса с помощью LC-схем и Антенна Windom на диапазоны 40, 20 и 10 метров. На УКВ вместо балуна 1:4 на ферритовых кольцах обычно применяют U-колено.

Метки: , .

Поддержи автора, чтобы в блоге было больше полезных статей!

Также подпишись на RSS, ВКонтакте, Twitter или Telegram.