Введение
Тип электрического трансформатора
Гибридный трансформатор (также известный как мостовой трансформатор, гибридная катушка или просто гибрид) — это тип направленного согласующего устройства, предназначенный для реализации в виде схемы с четырьмя портами, соединенными попарно, с использованием одного или нескольких трансформаторов. Он является частным случаем более общей концепции гибридного согласующего устройства. Сигнал, поступающий на один порт, разделяется поровну между двумя смежными портами, но не появляется на противоположном порту. На схеме сигнал, поступающий на порт W, разделяется между портами X и Z, и сигнал не передается на порт Y. Аналогично, сигналы, поступающие на порт X, разделяются между портами W и Y, без передачи на порт Z, и так далее. Для правильной работы требуется согласование характеристических импедансов на всех четырех портах. Помимо трансформаторных катушек, существуют и другие формы гибридных устройств; любое согласующее устройство направленного типа может быть сконструировано как гибрид. К таким устройствам относятся линии передачи и волноводы.
Мотивация
Основное применение гибридного трансформатора голосовой полосы – преобразование между двухпроводной и четырехпроводной связью на последовательных участках коммуникационной цепи, например, в четырехпроводном оконечном устройстве. Такое преобразование было необходимо при введении репитеров в двухпроводную цепь, что часто практиковалось в телефонии начала XX века. Без гибридов выход одного усилителя напрямую поступает на вход другого, вызывая неконтролируемую обратную связь и автоколебания (верхняя схема). Использование гибридов обеспечивает изоляцию выходов и входов, что позволяет корректно организовать работу двухпроводного репитера. К концу века эта практика стала редкой, однако гибриды продолжали применяться в линейных платах.
Реализация
Гибриды реализуются с использованием трансформаторов. Было использовано две версии гибридов на трансформаторах: версия с одним трансформатором обеспечивала несбалансированные выходы с заземленным одним концом, а версия с двумя трансформаторами – сбалансированные порты.
Однотрансформатор
Для использования в двухпроводных ретрансляторах достаточно однотрансформаторной версии, так как усилители в ретрансляторах имеют заземленные входы и выходы. X, Y и Z имеют общее заземление. Как показано слева, сигнал, поступающий на W, двухпроводный порт, появится на X и Z. Однако, поскольку Y подключен между серединой обмотки и серединой X и Z, сигнала на нем не будет. Сигнал, поступающий на X, появится на W и Y. Но сигнал на Z является разностью между тем, что появляется на Y и, через обмотку трансформатора, на W, что равно нулю. Аналогичные рассуждения доказывают, что обе пары, W & Y и X & Z, являются сопряженными.
Двойной трансформатор
Когда требуется балансировка как двухпроводных, так и четырехпроводных цепей, используются двойные гибридные трансформаторы, как показано на рисунке справа. Сигнал, поступающий в порт W, разделяется между X и Z, но из-за обратной полярности подключения к обмоткам, он подавляется в порту Y. Сигнал, поступающий в порт X, идет в W и Y. Однако из-за обратной полярности подключения к портам W и Y, порт Z не получает сигнала. Таким образом, пары W & Y, X & Z являются сопряженными.
Приложения
Телефонные гибриды используются на телефонных станциях для преобразования 4-проводной схемы в 2-проводное соединение с телефонным аппаратом абонента. Другой тип гибрида применяется в телефонных трубках для преобразования четырех проводов передатчика (наушника) и приемника (микрофона) в двухпроводную линию. Этот тип гибрида чаще называют "индукционной катушкой" из-за его происхождения от высоковольтных индукционных катушек. Он не генерирует высокое напряжение, но, как и высоковольтный аналог, является повышающим трансформатором, предназначенным для согласования импеданса низкоимпедансного угольного микрофона с более высокоимпедансными частями системы. Простая индукционная катушка впоследствии эволюционировала в гибридную схему для уменьшения эффекта обратной связи (сидетона), то есть громкости сигнала с микрофона, поступающего в наушник. Без этого собственный голос пользователя был бы слышен в наушнике громче, чем голос собеседника. В настоящее время трансформаторные гибриды заменяются резистивными сетями и компактными интегральными схемами, которые используют электронные компоненты для выполнения функции гибридной катушки. Радиочастотные гибриды используются для разделения радиосигналов, в том числе телевизионных. Разделитель разделяет антенный сигнал для подключения нескольких приемников.