Voir aussi : électromagnétisme - Le tore ferrite - le ferrite - caractéristiques de quelques tores Amidon - Self HF sur tore en poudre de fer - le transformateur - Les inductances HF - Les bobinages HF sur tore ferrite - Ligne bifilaire torsadée - Les baluns -

Les transformateurs à large bande sont utilisés dans beaucoup de domaines de la radio d'amateur, par exemple pour relier entre eux deux étages dont l'impédance de sortie du premier ne correspond pas à la fréquence d'entrée du suivant. Dans l'amplificateur FI (moyenne fréquence) d'un récepteur superhétérodyne la bande de fréquences est étroite, donc on a intérêt à utiliser des circuits sélectifs, les transfos FI ou MF, par exemple sur 455kHz ou 10,7MHz. Par contre, dans la chaîne d'amplification de puissance (le PA) d'un émetteur multi-bandes couvrant de 3,5 à 29,7 MHz, l'utilisation de circuits sélectifs imposerait une multitude de composants et surtout de commutateurs : c'est là que les transfos à large bande s'imposent. On ne retrouve alors les circuits sélectifs (filtres de bande ou passe-bas) qu'en sortie de l'émetteur.
Il existe plusieurs méthodes pour réaliser un transfo large bande. On verra ici seulement ceux qui sont bobinés sur un tore ferrite.

Avantages du tore

En tant que circuit magnétique d'un transformateur à large bande, le tore :
- permet d'utiliser moins de spires pour la même inductance grâce à sa grande perméabilité.
- présente très peu de fuites, donc peu de rayonnement parasites et pas de couplage avec les autres circuits.
On choisit généralement un ferrite dont la perméabilité diminue lorsque la fréquence augmente. Cette caractéristique permet de contrer l'augmentation de XL lorsque la fréquence augmente, puisque XL est proportionnelle à la fréquence :

et que L est proportionnelle à la perméabilité magnétique du noyau :

Aux fréquences les plus basses, l'influence du noyau est maximum, tandis qu'aux fréquences les plus hautes on se trouve en présence d'une self pratiquement sans noyau puisque µr a fortement diminué.
Un des inconvénients des ferrites est leur faculté à se saturer, c'est pourquoi on peut leur préférer les noyaux à poudre de fer dans les applications de puissance en HF. Par contre, à faible puissance, leur perméabilité élevée permet de réaliser des selfs avec un très petit nombre de spires, donc avec une résistance plus faibles et moins de pertes.
Les dimensions du tores sont déterminés par la puissance à transmettre et par le nombre de spires. Voir Les bobinages HF sur tore ferrite.

Différents types de transformateurs à large bande

On distingue deux type de transfo à large bande :
- conventionnel, avec enroulement primaire et secondaire séparés comme dans un transformateur d'alimentation
- à lignes, bifilaire (ou à 3, 4 fils)
Chacun d'eux a ses avantages et ses domaines d'application.

Transformateur conventionnel

Il permet de réaliser théoriquement n'importe quel rapport de transformation et permet de séparer les composantes continue et alternative du signal. Le calcul du nombre de spires s'effectue de la façon suivante :
- prendre l'impédance de charge de l'enroulement le plus petit et la multiplier par 4 (au minimum) pour obtenir XL, la réactance de cet enroulement.
- calculer l'inductance correspondant à cette réactance pour la fréquence d'utilisation la plus basse
- déterminer le nombre de spires Np en fonction de celle inductance et du facteur AL du tore
- calculer k le rapport du nombre de spires en prenant la racine carrée du rapport de transformation d'impédance.
- calculer le nombre de spires de l'autre enroulement en multipliant k par Np
Bobinage
Deux méthodes sont possibles pour le couplage des enroulements primaires et secondaires :
- figure (1) les enroulements sont superposés. Au couplage magnétique, qui est au maximum, s'ajoute un couplage capacitif pas toujours souhaitable.
- figure (2) les enroulements sont franchement séparés. Cette façon de faire est possible si le nombre de spires de chaque enroulement n'est pas excessif. Dans un transformateur conventionnel, les capacités entre spires et l'inductance de chaque enroulement forment un circuit oscillant dont la fréquence de résonance doit être située au-dessus de la bande de fréquence utile.
Les transformateurs de puissance sont généralement réalisés en groupant des tores ou en utilisant des ferrites à deux trous.


Couplage par transformateur conventionnel

Les trois câblages classiques de transformateurs à large bande :
- (a) abaisseur d'impédance
- (b) élévateur d'impédance
- (c) déphaseur de 180°

On pourrait y ajouter l'autotransformateur qui est une self à prise intermédiaire.

Transformateur à ligne de transmission (TLT)

Ce type de transformateur est le plus répandu pour la réalisation de baluns et dans tous les cas d'adaptation d'impédance entre deux lignes. Un de ses inconvénients est qu'il ne permet qu'un nombre limité de rapport de transformation représentés généralement par des nombres entiers : 4, 9, 16 mais la combinaison de plusieurs enroulements et transformateurs peut permettre d'obtenir des rapport fractionnaires (4/9..). Par rapport au transfomateur conventionnel, le TLT a généralement une bande passante plus large et ses pertes d'insertion sont plus faibles.
Dans les mélangeurs équilibrés à diodes schottky, les tores utilisés sont très petits, les puissances mises en jeu ne dépassant pas quelques dizaines de milliwatts en général. A l'opposé, les baluns ou les transformateurs des amplificateurs à large bande peuvent supporter plusieurs centaines de watts.
La ligne utilisée peut être un câble coaxial de faible diamètre ou, plus couramment, une ligne constituée de 2,3 ou 4 fils isolés et torsadés entre eux (voir Ligne bifilaire torsadée). Son impédance caractéristique est proche de l'impédance la plus faible (par ex. 50 ohms). On utilise généralement des ferrites Zinc-Nickel dont la perméabilité initiale est comprise entre 500 et 1500.
Le bobinage de la ligne sur le tore est relativement facile car le nombre de spires est généralement faible et la longueur de ligne est de l'ordre de quelques dizaines de cm. C'est la manière de câbler les enroulements qui détermine le fonctionnement du transformateur.

Transformateur à ligne de rapport 1:1

Ce type de transfo n'est pas un balun, puisque sortie et entrée sont asymétriques, raccordées à un câble coaxial. C'est un bon point de départ pour réaliser un balun ou un transfor déphaseur. Il laisse passer le courant continu, ce qui peut être un avantage dans le cas d'alimentation d'un préamplificateur par l'intermédiaire d'un câble coaxial.



Transformateur à ligne de rapport 4:1

Ce transformateur est évidemment abaisseur d'impédance dans un sens et élevateur dans l'autre. On peut en comprendre sommairement le fonctionnement si on considère les deux enroulements en série et comportant le même nombre de spires. La tension aux bornes de 4 et 1 est le double de celle aux bornes de 3 et 1.
Les points noirs près de 3 et de 1 symbolisent le début de l'enroulement.

Transformateur à ligne de rapport 9:1

Ici 4 fils sont torsadés ensemble pour réaliser une ligne quadrifilaire. Pour un rapport de 16:1 on utiliserait une ligne de 6 fils torsadés bobinée sur un seul tore (ou encore 2 transfos 4:1 en série).
Le fil utilisé doit être bien sûr plus fin que celui utilisé pour une ligne bifilaire, ce qui limite l'intensité du courant.

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