Балун

Чтобы узнать о других значениях, см. Балун (значения) .

AC&E 120 Ом с витой парой (Krone IDC ) на   75 Ом коаксиальный кабель Пара трансформаторов . Реальная длина около 3   см.

A balun / ˈ b æ l ʌ n / (от «сбалансированного к несимметричному», первоначально, но теперь происходит от « балансирующего устройства ») представляет собой электрическое устройство, которое позволяет симметричные и несимметричные линии , не нарушая импеданса любой из линий. соединять Балун может принимать разные формы и может включать в себя устройства, которые также преобразуют импедансы , но не обязательно делать это. Иногда, в случае симметрирующих трансформаторов, используется магнитная связь , но в этом нет необходимости. Синфазные дроссели также используются в качестве симметрирующих устройств и работают путем устранения, а не отклонения синфазных сигналов.

Виды балуна

Классический трансформаторный тип

Изолирующий трансформатор

имеются две электрически отдельные обмотки из проволочных катушек В классических трансформаторах вокруг сердечника трансформатора . Преимущество трансформаторного типа перед другими типами симметрирующих устройств заключается в том, что электрически отдельные обмотки для входа и выхода позволяют этим симметрирующим устройствам подключать цепи, напряжения на уровне земли которых подвержены воздействию контуров заземления или иным образом электрически несовместимы; по этой причине их часто называют изолирующими трансформаторами .

Этот тип иногда называют «балуном напряжения». Первичная обмотка принимает входной сигнал, а вторичная обмотка выдает преобразованный сигнал. Сердечник, на который они наматываются, может быть либо пустым (воздушный сердечник), либо, что то же самое, из магнитно-нейтрального материала, такого как фарфоровая опора, или это может быть материал, который является хорошим магнитным проводником , например феррит в современных высокочастотных (ВЧ) балунах. или мягкое железо , как на заре телеграфии.

Электрический сигнал в первичной обмотке преобразуется в магнитное поле в сердечнике трансформатора. Когда электрический ток через первичную обмотку меняет направление, это приводит к коллапсу установленного магнитного поля. Коллапсирующее магнитное поле затем индуцирует электрическое поле во вторичной обмотке.

Соотношение петель в каждой обмотке и эффективность магнитной связи катушек определяют соотношение электрического потенциала ( напряжения ) к электрическому току и общей выходной мощности. Для идеализированных трансформаторов, хотя отношение напряжения к току будет меняться точно пропорционально квадрату соотношения обмоток, мощность (измеренная в ваттах ) остается идентичной. В реальных трансформаторах некоторая энергия теряется внутри на нагрев металлического сердечника трансформатора, на сопротивление переменному и постоянному току проводников обмоток, а также теряется снаружи в окружающую среду из-за несовершенной магнитной связи между двумя катушками.

Тип автотрансформатора

Принципиальная схема симметрирующего автотрансформатора с тремя отводами на одной обмотке на ферритовом стержне.

Идеальный балун состоит из двух проводов (первичного и вторичного) и сердечника: ток в первичном проводе создает магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует электрическое поле во вторичном проводе. Балун автотрансформатора или состоит из двух или более катушек, имеющих имеет только одну катушку электрическое соединение, намотанных вокруг сердечника. Также можно сделать автотрансформатор из обычного трансформатора, перекрестив первичную и вторичную обмотки. Симметрирующие устройства, изготовленные из обмоток автотрансформатора, также называются симметрирующими устройствами напряжения , поскольку они производят сбалансированное выходное напряжение, но не обязательно сбалансированный ток.

Представьте себе балун такой же конструкции, намотанный на ферритовый тороид. Обратите внимание, что черный и красный провода обмотки соединены в резьбовом разъеме.

Во всех автотрансформаторах одиночная обмотка должна иметь хотя бы одно дополнительное электрическое соединение, называемое отводом или точкой отвода , между двумя концами обмотки. Ток, подаваемый в балун через одну пару соединений, действует так, как будто это первичная катушка, и намагничивает весь сердечник. Когда электрический ток во входном сегменте катушки изменяется, индуцированное магнитное поле схлопывается, а коллапс магнитного поля в сердечнике индуцирует электрический ток во всей катушке. Электрические соединения с частями катушки, отличными от входных, имеют более высокое или более низкое напряжение в зависимости от длины катушки, от которой отходит выход.

В отличие от балунов трансформаторного типа, балун автотрансформатора обеспечивает путь постоянного тока к земле от каждой клеммы. Поскольку наружные антенны склонны к накоплению статического электрического заряда, путь отвода статического заряда на землю через балун автотрансформатора может быть явным преимуществом.

Тип трансформатора линии электропередачи

Балуны линии передачи или дроссельные заслонки можно рассматривать как простые формы трансформаторов линии передачи . Этот тип иногда называют токовым балуном , поскольку он обеспечивает равный ток на обеих сторонах своего выхода, но не обязательно одинаковое напряжение. Обычно их называют унунами, потому что они переходят от неуравновешенных к неуравновешенным или неунам. Балуны бывают сбалансированными и несимметричными или балуном.

Самодельный балун 1:1 с тороидальным сердечником и коаксиальным кабелем. Этот простой радиочастотный дроссель работает как балун, предотвращая прохождение сигналов по внешней стороне оплетки. Такое устройство можно использовать для устранения телевизионных помех , действуя как прерыватель оплетки .

Более тонкий тип получается, когда тип трансформатора (магнитная связь) сочетается с типом линии передачи (электромагнитная связь). Чаще всего для обмоток используются те же провода линии передачи, которые передают сигнал от радиоприемника к антенне, хотя эти симметрирующие устройства могут быть изготовлены с использованием любого типа провода. Полученные устройства имеют очень широкополосную работу. Трансформаторы линий электропередачи обычно используют небольшие ферритовые сердечники в тороидальных кольцах или бинокулярной форме с двумя отверстиями.

Трансформатор линии передачи Guanella ( Guanella 1944 ) часто комбинируется с балуном, который действует как трансформатор согласования импеданса . Если оставить в стороне балансировку, то трансформатор этого типа состоит из линии передачи сопротивлением 75 Ом, разделенной параллельно на два кабеля сопротивлением 150 Ом, которые затем объединяются последовательно для получения сопротивления 300 Ом. Он реализован в виде специальной разводки вокруг ферритового сердечника балуна.

Саморезонанс

Хотя балуны сконструированы как магнитные устройства (каждая обмотка в балуне является индуктором ) , все трансформаторы, изготовленные из реальных материалов, также имеют небольшую емкость между первичной и вторичной обмотками, а также между отдельными контурами в любой отдельной обмотке, образуя нежелательное самовозгорание. емкость .

Электрическое соединение емкости и индуктивности приводит к частоте, на которой электрическое реактивное сопротивление самоиндукции в и собственной емкости симметрирующем устройстве равно по величине, но противоположно по знаку: то есть к резонансу . Балун любой конструкции плохо работает на собственной резонансной частоте или выше, и некоторые соображения по поводу конструкции симметрирующих устройств направлены на то, чтобы сделать резонансную частоту как можно выше рабочей частоты.

Альтернативы балуна

радиочастотный дроссель Вместо балуна можно использовать . Если катушка изготовлена ​​из коаксиального кабеля рядом с точкой питания симметричной антенны, то радиочастотный ток, протекающий по внешней поверхности коаксиального кабеля, может быть ослаблен. Один из способов сделать это — пропустить кабель через ферритовый тороид. Конечный результат точно такой же, как у балуна тока 1:1 (или балуна типа Guanella). ( Солома 2005 , 25-26)

Приложения

Функция симметрирующего устройства обычно заключается в обеспечении совместимости между системами, и поэтому он находит широкое применение в современных средствах связи, особенно при создании смесителей с преобразованием частоты, позволяющих создавать сети сотовой связи и передачи данных. Они также используются для отправки несущего сигнала E1 от коаксиального кабеля ( разъем BNC , разъем 1,0/2,3, разъем 1,6/5,6, разъемы типа 43) на кабель UTP CAT-5 или разъем IDC.

Радио и телевидение

Балун сопротивлением 75–300 Ом , встроенный в антенный разъем.

В телевидении , любительском радио и других антенных установках и соединениях симметрирующие устройства преобразуют импедансы и симметрию фидерных линий и антенн.

Например, преобразование двухпроводной 450 Ом линии с сопротивлением 300 Ом или лестничной линии с сопротивлением (симметричной) в коаксиальный кабель с сопротивлением 75 Ом (несбалансированный) или прямое подключение симметричной антенны к несимметричному коаксиальному кабелю. Чтобы избежать излучения в питающей линии, балуны обычно используются в виде синфазного дросселя, прикрепленного к точке питания антенны, чтобы коаксиальный кабель не действовал как антенна и не излучал мощность. Обычно это необходимо, когда симметричная антенна (например, диполь ) питается по коаксиальному кабелю; без балуна экран коаксиального кабеля может соединиться с одной стороной диполя, индуцируя синфазный ток и становясь частью антенны и непреднамеренно излучая.

При измерении импеданса или диаграммы направленности симметричной антенны с использованием коаксиального кабеля важно поместить симметрирующий преобразователь между кабелем и фидером антенны. Несимметричные токи, которые в противном случае могут течь по кабелю, сделают измеренный импеданс антенны чувствительным к конфигурации питающего кабеля, а диаграмма направленности небольших антенн может быть искажена излучением кабеля.

Балуны присутствуют в радарах , передатчиках, спутниках, в каждой телефонной сети и, вероятно, в большинстве модемов/маршрутизаторов беспроводной сети, используемых в домах. Его можно комбинировать с трансимпедансными усилителями для составления усилителей высокого напряжения из низковольтных компонентов.

Видео

Базовое видео использует частоты до нескольких мегагерц . Балун можно использовать для передачи видеосигналов по витой паре вместо использования коаксиального кабеля. Многие камеры видеонаблюдения теперь имеют как симметричный выход на неэкранированной витой паре (UTP), так и несбалансированный коаксиальный выход через внутренний балун. также используется балун На стороне видеорегистратора для обратного преобразования симметричного сигнала с сопротивлением 100 Ом в несимметричное сопротивление 75 Ом. Балун этого типа имеет разъем BNC с двумя винтовыми клеммами .Балуны VGA/DVI — это симметрирующие устройства с электронной схемой, используемые для подключения источников VGA/DVI (ноутбук, DVD и т. д.) к устройствам отображения VGA/DVI по длинным кабелям CAT-5/CAT-6. При длине более 130 м (400 футов) качество может ухудшиться из-за затухания и изменений времени прибытия каждого сигнала. Для трасс длиной более 130 м (400 футов) используются устройство контроля перекоса и специальный кабель с малым перекосом или без перекоса.

Аудио

Три аудиотрансформатора ; два из них балуны.

В аудиоприложениях симметрирующие устройства служат нескольким целям: они могут преобразовывать между несимметричными линиями с высоким импедансом и симметричными линиями с низким импедансом . Другое применение — развязка устройств (избежание контуров заземления).

Третье применение балунов в аудиосистемах — обеспечение сбалансированного сетевого питания оборудования. Подавление синфазных помех, характерное для сбалансированного сетевого питания, устраняет широкий спектр помех, исходящих от сетевой вилки, например, сетевые помехи от двигателей кондиционера/печи/холодильника, шум переключения, создаваемый люминесцентным освещением и диммерными переключателями, цифровыми шум от персональных компьютеров и радиочастотные сигналы, улавливаемые линиями электропередачи/шнурами, действующими как антенны. Этот шум проникает в аудио/видео систему через источники питания и повышает уровень шума всей системы.

За исключением соединений, три устройства на изображении электрически идентичны, но только два крайних левых можно использовать в качестве балунов. Устройство слева обычно используется для подключения источника с высоким импедансом, например гитары, к балансному микрофонному входу, служащему пассивным цифровым входом . Тот, что в центре, предназначен для подключения симметричного источника с низким импедансом, например микрофона , к гитарному усилителю . Тот, что справа, не является балуном, поскольку он обеспечивает только согласование импеданса.

Другие приложения

• В линиях электропередачи балуны используются для передачи сигналов в линию электропередачи.
• В электронной связи симметрирующие устройства преобразуют Twinax кабели в кабели категории 5 и обратно.

См. также

• Антенный тюнер § балун
• Электромагнитные помехи
• Ферритовый шарик
• Согласование импеданса
• Магнитный сердечник
• Тороидальные индукторы и трансформаторы
• Непреднамеренный радиатор

Ссылки

Общие ссылки

• Гуанелла, Г. «Новый метод согласования импедансов в радиочастотных цепях». Обзор Брауна Бовери , сентябрь 1944 г.: 329–329.
• Севик, Джерри (W2FMI). Трансформатор линии электропередачи , Американская лига радиорелейной связи , 1990 г., ISBN   0-87259-296-0 .
• Севик, Джерри (W2FMI). Изготовление и использование балунов и унунов: практические разработки для экспериментатора . 1994.
• Справочник по радиосвязи , 5-е изд. ( Радиосообщество Великобритании , 1976) 12.41, 13.5.
• Стро, Р. Дин. Книга антенн ARRL . 20-е изд. (Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи , 2005 г.) ISBN   0-87259-904-3 .