Разное / Кое-что о трансформаторах и модемах
Кое-что о трансформаторах и модемах.
Вначале следует оговориться. что трансформаторы стоят не во всех модемах. Но так как безтрансформаторных моделей около 2 процентов, то говорить о них мы пока не будем. Итак.
Для чего они нужны?
В телефонной линии кроме полезного сигнала переменной частоты присутствует постоянное напряжение, подаваемое с телевонной станции. Его величина обычно колеблется от 5 до 15 вольт. Преобразователь модема аналог-цифра имеет значительно меньший диапазон входного напряжения и к тому же было бы глупо обрабатывать менее 5 процентов входного сигнала. Исходя из этих предпосылок трансформатор является разделительным звеном, отсекающим постоянную составляющую сигнала.
Какие они должны быть?
Разделительное звено не должно вносить в полезный сигнал никаких искажений.
Какие они есть?
На примере наиболее популярного в модемах "ACORP" трансорматора SPEC LIN 6133002 рассмотрим типичные недостатки дешевых моделей.
Схема включения (схема 1) представляет из себя последовательный колебательный контур. Эквивалентная электрическая схема (схема 2) учитывает параметры реальных трансформатора и конденсатора.
Активное сопротивление обмоток составляет примерно 100 - 120 Ом. Комплексное - около 2 кОм на частоте 1000 Герц (при стандарте 600 Ом). Материал сердечника - мягкое железо, представляет из себя короткозамкнутый виток. Угадайте сами - какие потери в этой модели ? А попробуйте подсчитать - сколько колебательных контуров в этой схеме?
По сути, схема под номером 1 является входной цепью большинства недорогих модемов (долларов до 70). Рабочий диапазон частот модема 300 - 3400 Гц. Если принимать во внимание только один (самый влияющий) резонансный контур, образованный разделительным конденсатором и первичной обмоткой трансформатора, то частотная картина волнового сопротивления модема выглядит примерно вот так:
Схема эта примерная и относится только к дешевым трансформаторам. В дорогих моделях резонансная частота выше и угол наклона АЧХ меньше. К тому же в модемах предусмотрена частотная коррекция падения верхних частот рабочего диапазона. Проблема состоит в том, что коррекция составляет около 10 Дб, а падение АЧХ может значительно превышать эту величину. И главное, входное сопротивление модема рассогласовано с линией (сопротивление линии все таки при всем старинном кабельном хозяйстве редко превышает 1000 Ом), что дает эффекты типа ближнего эха. Все попадавшие нам в руки модели Акорпа имели входное сопротивление не менее 1500 Ом.
Есть еще два неприятных момента. Первый заключается во влиянии близости верхней рабочей частоты модема к частоте резонанса. В области от 2600 до 3400 наблючается заметный фазовый сдвиг сигнала, что учитывая амплитудно - фазовую модуляцию не есть хорошо. Второй заключается в малой емкости проходного конденсатора, обычно от 1 до 2.2 мкФ. Получается частотно - зависимый делитель, не пропускающий на трансформатор низкие частоты рабочего диапазона. А увеличивать емкость нельзя - резонас сползет вниз, и больше чем 2400 из модема не выжмешь (и то сомнительно, что вообще заработает).
Суммируем недостатки модели трансформатора SPEC LIN 6133002 : высокая индуктивность, большое сопротивление обмоток, высокие потери и искажения в сердечнике.
Из такой ситуации выход все таки имеется. Достаточно поставить в модем трансформатор с индуктивностью раз в 4 - 6 поменьше и более качественным сердечником и большинство проблем решится: резонанс уползет вверх, угол наклона АЧХ уменьшится, малая емкость конденсатора уменьшит свое влияние на низкие частоты, снизятся потери и искажения сигнала при прохождении через трансформатор, волновое сопротивление примерно согласуется с линией. Только где его взять ? Ведь даже в Москве хороший Мотороловский трансформатор стоит от 10 долларов. Сколько он может стоить на периферии боюсь себе даже представить. Ситуация решается просто: для модемов "Acorp" можно самостоятельно изготовить трансформатор, идентичный по характеристикам с дорогими моделями от хороших производителей.
Описываемый ниже трансформатор ( одна из первых удачных разработок ), до сих пор стоит у меня в моем рабоче - экспериментальном модеме, несмотря на то, что мы давно научились делать менее габаритные модели (правда чуть более сложные по конструкции).
Материалы.
Вам потребуется 2 броневые чашки из феррита марки М2000НМ1, М2000НМ2, М2000НМ3 (самый лучший вариант), внешним диаметром 32 мм, пластиковая катушка - сердечник под них и провод ПЭЛ 0.16 (можно 0.15, но получается чуть похуже) и изолента синего цвета.
Изготовление.
Внимание! Все моточные параметры даются из расчета габаритных размеров сердечника!
На сердечник наматывается первичная обмотка - 450 витков провода (внавал), затем 2 раза обматывается изолентой (чтобы расстояние между обмотками составляло ~0.8 мм. Затем мотается 500 витков вторичной обмотки, также внавал. Сверху опять заматывается изолентой, чтобы провод не разматывался. Катушка - сердечник вставляется в броневые чашки - продукт готов. Способ соединения половинок и платы выбирается исходя из особенностей платы модема. Если есть возможность просверлить плату - сверлите и прикручивайте винтом. Только не забудте картонные прокладки между трансформатором и платой, чтоб чашки не треснули. Если просверлить нельзя, склеивайте чашки супермоментом, а метод крепления к плате придумывайте сами. Подключение очень простое - первичной обмоткой к линии, вторичной к АЦП.
Далее статья составлена из писем Константина Лопачака, радиоинженера, проживающего в Нижнем Тагиле.
Письмо первое.
Прочитал Вашу заметку о трансах для модема. Исследовал свой ACORP 56PIM, измерял входной импеданс в области звуковых частот. Импеданс действительно оказался существенно выше положенных 600 Ом, а именно 1100 Ом, и ровный в полосе частот. Дальше снял с платы имеющийся транс (ATS-255 Atech CR0061) и исследовал его. Заметных фазовых искажений не обнаружил, АЧХ ровная, коэффициент трансформации равен единице. В принципе, если поднять значение коэффициента трансформации до 1,3, то импеданс модема станет нормальным. Несколько возрастёт чувствительность, и снизится выходной уровень на пару дБ, что можно будет компенсировать программно.
Индуктивность первичной обмотки этого трансформатора столь велика (9 Генри), что резонансная частота, образуемая контуром из входного конденсатора и обмотки, лежит существенно ниже области рабочих частот, а именно 10 Гц. Этим и объясняется ровный характер АФЧХ. Снижение индуктивности увеличивает резонансную частоту и приводит к искажениям амплитудно-частотной характеристики (см. рисунок).
Попробую изготовить новый трансформатор для снижения локального эха.
Константин, Нижний Тагил.
Письмо второе.
Расскажу о том, что у меня получилось после изготовления своего транса. Я использовал в качестве сердечника железо Ш4х6, обмотки 1000 и 1350 витков. Правда, под руками был только провод 0.09мм, поэтому омические сопротивления обмоток получились высоковаты - 200 и 300 Ом против 150 и 200 в фирменном трансе. Индуктивность первой обмотки - 3,5 Генри. Искажений в сердечнике не было - определил по отсутствию гармоник в сигнале. Импеданс модема на звуковой частоте составил 650 Ом. Коннектиться модем стал устойчивее, чем с фирменным трансом.
Все эти работы я начал после того, как убедился во влиянии отражённого модемом сигнала на качество связи.
На рисунке показана схема линии, которой мне приходится пользоваться. Красным указан участок, вносящий значительное затухание в сигнал. По словам телефонистов, это 4 Непера(!). Разумеется, частично затухание скорректировано аппаратурой АТС (правда, АЧХ никто не выравнивал). Я пользуюсь уплотнителем АВУ, который позволяет усиливать сигналы в оба направления. Однако эхо, образуемое несогласованным модемом, приводило к возникновению "звона" в линии и даже возбуждению, накладывая серьёзные ограничения на коэффициент усиления. Поскольку нет возможности улучшать ячейку на АТС, то оставался один путь - настроить модем. Что я и сделал.
Вообще же моя телефонная линия такова, что с "курьером" или "спортсером" здесь нечего делать - они не могут установить соединение. В то же время Роквелл (Конексант) работает и здесь. И даже дешёвый винмодем АКОРП 56 PIM работает со скоростями 12000 - 14400.
Разработка и оформление Андрея Александровича Борисенко aka ICE.
По всем вопросам просьба писать мне на icenet (at) narod.ru