литература / Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей, 2004

Следовательно, условием непропускания от полюсов 4-4 к полюсам 2-2, или уравновешенности - сбалансированности ТДС, является равенство

противления для токов 11 и 13. На пути этих токов находятся только

Из схемы (см. рис. 2), с учетом (2), очевидны следующие равенства:

Из последнего уравнения следует основное условие непропус-

кания или бесконечно большого затухания в направлении 4-2, т.е. А42 = 00.

Так как трансформаторная дифференциальная система (дифсистема) относится к линейным пассивным развязывающим устройствам, то при выполнении условий (4) затухание (ослабление) от

полюсов 2-2 к полюсам 4-4 также будет равно бесконечности, т.е. А42 = А24 = 00

Определение входных сопротивлений ТДС

Со стороны полюсов 4-4. При выполнении условий (4) энергия от полюсов 4-4 к полюсам 2-2 не передается и из эквивалентной схемы (см. рис. 2) следует, что входное сопротивление со стороны полюсов 4-4 равно

Для согласованного включения нагрузок должно выполняться условие

Со стороны полюсов 2-2. Эквивалентная схема ТДС при выполнении условий (4) со стороны полюсов 2-2 имеет вид (рис. 3).

! ? Щ ^22

1 циииииии 1

Рис. 3. К определению ВХОДНОГО сопротивления ТДС со стороны полюсов 2-2

Сопротивления 7.\ и 7.3 со стороны полюсов 2-2 включены последовательно и потому, с учетом коэффициента трансформации ДТ п = \л/-|/\л/2, входное сопротивление дифсистемы со стороны полюсов 2-2 будет равно

Из условия согласованного подключения нагрузок следует, что

(8)

Л"

Если известно сопротивление нагрузки Т2 и коэффициент неравноплечности ТДС то коэффициент трансформации ДТ определится по формуле

Со стороны полюсов 3-3. Если со стороны полюсов 1-1, 2-2 и 4-4 нагрузки подключены согласованно, то входное сопротивле-

Со стороны полюсов 1-1. Если нагрузки на полюсах 2-2, 3-3 и 4-4 равны Ъ3 и определенных по формулам (8), (10) и (6) соответственно, то входное сопротивление со стороны полюсов 1-1 будет равно

(11)

Направление передачи от полюсов 1-1 (3-3) к полюсам 3-3 (1-1) является также направлением непропускания. Условие уравновешенности (сбалансированности) ТДС для этих направлений передачи может быть получено следующим образом: из (8) очевидно, Z1 = И-И— % подставив это значение 2^ в (6), получим

1 + 7]

(1 + 7 7 /

При выполнении условия (12) затухание в направлении передачи

от полюсов 1-1 (3-3) к полюсам 3-3 (1-1) А13(31) будет равно бесконечности.

Дифсистема, для которой нагрузочные сопротивления, при заданных сопротивлении Ъ^ и параметрах дифференциального трансформатора (ТД) определяются формулами (6), (8) и (10), называется полностью уравновешенной (сбалансированной) и характеризуется тем, что при подключении генератора к паре полюсов (1-1 и 3-3 или 4-4 и 2-2)... уравновешивающих плеч ТДС, ток в

Определение затуханий уравновешенной ТДС в направлениях передачи

Направление передачи от полюсов 2-2 к полюсам 1-1, 3-3 и обратно. Эквивалентная схема ТДС при передаче от полюсов 2-2 к полюсам 1-1 и 3-3 имеет вид (рис. 4), где приняты следующие обозначения: \Л/2 - мощность, отдаваемая генератором Гс в нагрузки Ту и 23, на которых выделяются мощности \Л/! и \Л/3 соответственно; I - ток, протекающий через нагрузки , 23.

Для принятых ранее условий идеальности ТДС мощность, подведенная к полюсам 2-2, распределяется между сопротивлениями

и 7.3л т.е.

\ Л / 2 = \л/, + \л/ 3 .

Из рассмотрения рис. 4 следует

Затухание (ослабление) сигнала при передаче от полюсов 2-2 (1-1) к полюсам 1-1 (2-2) будет равно

Затухание сигнала при передаче от полюсов 2-2 (3-3) к полюсам

Направление передачи от полюсов 4-4 к полюсам 2-2 и 3-3 и обратно. Эквивалентная схема ТДС для этого случая приведена на рис. 5.

Рис. 5. К определению затухания при ш и г * передаче от полюсов 4-4 к полюсам

1-1 и 3-3

Для принятых условий идеальности ТДС мощность генератора Гс, подведенная к полюсам 4-4 (см. рис. 5), распределяется между сопротивлениями 2-у и г 3 і т.е.

W4 = W 1 + W з = І12Z1 +\3213,

Зависимость затухания в направлениях передачи от коэффициента неравноплечности л изображена на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость затухания ТДС в направлениях пропускания от значения 77

В реальных ТДС, вследствие потерь в трансформаторах, затухания в направлениях пропускания превышают найденные .значения на 0,5...1 дБ.

Анализ неуравновешенной трансформаторной дифференциальной системы

Трансформаторные дифференциальные системы нашли самое широкое применение при организации двусторонних каналов и в построении развязывающих устройств различного назначения.

Если не выполняются условия уравновешивания или балансировки дифсистемы [см. (4), (12)], то изменяются затухания в направлениях непропускания. Оценим эти изменения для направления передачи от полюсов 4-4 к полюсам 2-2. Для этого

затухание в направлении пропускания от полюсов 1-1 к полюсам 2-2; 7.г - сопротивление нагрузки, подключенное к полюсам 2-2.

Для неуравновешенной ТДС входное сопротивление со стороны полюсов не будет согласованно с входным сопротивлением линии, т.е.

При передаче сигнала от полюсов 4-4 к полюсам 1-1 сигнала испытывает затухание А^ = 10 1д (1+т|). Часть энергии сигнала, поступившая к полюсам 1-1, из-за несогласованности входного сопротивления линии 2П с входным сопротивлением дифсистемы 2и отразится от полюсов 1-1 в сторону полюсов 2-2, испытав при этом затухание отражения равное

В соответствие с этим затухание сигнала от полюсов 4-4 к полюсам 2-2 будет равно

Подставив значения А^, А12, Аотр, выраженные через коэффици-

называется балансным затуханием. Для равноплечей ТДС г| = 1 и (23) приводится к виду

Выражения (23) и (25) являются приближенными, так как при их выводах учитывалась несогласованность только на полюсах 1-1. В действительности несогласованность будет иметь место на всех полюсах ТДС.

Понятие балансного затухания справедливо и для резисторной дифференциальной системы, где сопротивления 2п и включаются в плечи мостовой схемы.

Сравнение трансформаторной и резисторной дифференциальных систем

После ознакомления с принципами построения и работы развязывающих устройств на основе трансформаторных и резисторных дифференциальных систем проведем их сравнение.

Трансформаторная дифсистема обладает следующими достоинствами:

отсутствуют гальванические (по постоянному току) связи между некоторыми (а, в принципе, между всем) полюсами подключения нагрузок;

возможность согласованного подключения до четырех различных по величине сопротивлений нагрузок;

сравнительно небольшие затухания в направлениях пропускания. Трансформаторная дифсистема обладает рядом недостатков,

основными из которых являются:

нелинейные искажения, вносимые трансформаторами с ферромагнитными сердечниками, величина которых тем больше, чем меньше сечение сердечника и чем больше передаваемая мощность сигнала;

для получения равномерной частотной характеристики затухания ТДС в направлениях пропускания необходимо увеличение индуктивности обмоток дифференциального трансформатора, что достигается применением сердечников из высококачественных ферромагнитных материалов или увеличением сечения сердечника;

сравнительно большие размеры, масса и относительно высокая стоимость.

Резисторная дифференциальная система (РДС) характеризуется следующими достоинствами:

простота изготовления, малый вес, малые габариты, низкая стоимость, возможность ее миниатюризации;

равномерная частотная характеристика затухания во всех направлениях пропускания;

отсутствие нелинейных искажений; возможность согласованного включения четырех и даже шести

одинаковых сопротивлений; наличие трех направлений непропускания при соответствующей

конфигурации мостовой схемы.

Недостатки РДС сводятся к следующему:

сравнительно большое затухание в направлениях пропускания;

наличие гальванических связей между всеми сопротивлениями нагрузок;

если хотя бы одно из сопротивлений нагрузок комплексное, то и все остальные пять сопротивлений так же должны быть комплексными.

Из сказанного следует, что оба типа дифсистем имеют свои достоинства и недостатки, которые должны учитываться при выборе способов построения развязывающих устройств различного назначения.