Кое-что о трансформаторах и модемах

        
         оставить комментарий

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.

Автор: Андрей Александрович Борисенко

(Andrey A. Borisenko)

aka ICE

Реклама

Комментарии

Вам будет также интересно

Синонимы к слову «модем»

Все синонимы к слову МОДЕМ вы найдёте на Карте слов.

Радиостанция диапазона 10 ГГц

Радиостанция предназначена для работы в любительском диапазоне 10-10,5 ГГц в режимах АМ и CW в полевых и стационарных условиях. Предусмотрена работа передатчика в режиме маяка. Передатчик имеет максимальную выходную мощность 20 мВт.

Читать далее...

Мой первый проект на PIC микроконтроллере (пособие для начинающих)

PIC16C84 (или PIC16F84) фирмы "Microchip" - миниатюрный, но мощный микроконтроллер. Он основан на EEPROM или "FLASH" технологии, позволяющей перепрограммировать его буквально за секунды.

Читать далее...

Стабилизатор питания для ядра процессоров. Модернизация материнской платы

Зачем это нужно: позволяет использовать на вашей материнской плате процессоры с напряжением питания ядра, которые материнская плата не поддерживает.

Читать далее...

Преобразователь напряжения 12 в 220 вольт

Схема и список компонент для преобразователя напряжения.

Читать далее...

Сотовый телефонный мост GSM-АТС-miсro

Каждый, кто пользуется мобильным телефоном, наверняка неоднократно обращал внимание на тот факт, что внутрисотовые звонки тарифицируются значительно дешевле звонков, уходящих за пределы сети сотового оператора.

Читать далее...

Добавить статью

Приглашаем вас добавить статью и стать нашим автором

Поделитесь с друзьями

Статистика

©  Интернет-журнал «Серый Волк» 2010-2016

Перепечатка материалов приветствуется при обязательном указании имени автора и активной,
индексируемой гиперссылки на страницу материала или на главную страницу журнала.