Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments
Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя - Усилители на лампах - Звуковоспроизведение
h2 align="center">Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя.

Часть первая.

Каждый радиолюбитель, пожелавший собрать ламповый усилитель, сталкивается с вопросом, а какой же ТВЗ ему применить для своей конструкции?
Как рассчитать, как намотать или заказать трансформатор по расчётным данным?
Ведь в интернете он наверняка вычитал, что ТВЗ – это чуть ли не самый главный элемент всего устройства. И от его качества и параметров зависит в целом качество звука всего усилителя.

Так какие же параметры важнее всего в выходном трансформаторе? Как их рассчитать?
Этому и будет посвящена данная статья.
В ней нет ничего нового. Все данные для расчётов взяты из учебников 50 х годов прошлого столетия. А я лишь постараюсь «простым , доступным языком», изложить их здесь с учётом того, что современные носители звука используют полный звуковой диапазон от 20 Гц до 20 кГц, а наш усилитель и ТВЗ в том числе должен с запасом как вниз, так и вверх перекрывать этот диапазон.

Итак, Его величество – выходной трансформатор.

Какие же параметры выходного трансформатора главней всего?
Да практически все. Это:

- КПД - η

- Активные сопротивления первичной и вторичной обмоток r1 и r2,

- Ra = R~ = Ra~ - полное сопротивление анодной нагрузки, т.е. нагрузка, на которую будет нагружена лампа во время работы с вашим ТВЗ и подключенной к нему акустикой.

- а - коэффициент «альфа», отношение Ra/ Ri, сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению лампы в рабочей точке.

- L - индуктивность первичной обмотки,

- Ls - индуктивность рассеяния,

- n - коэффициент трансформации

- Rвых – выходное сопротивление усилителя, определяется внутренним сопротивлением выбранной лампы и параметрами выходного трансформатора.

- Кд – коэффициент демпфирования. Отношение Rн / R вых. Сопротивления нагрузки (динамика) к выходному сопротивлению усилителя.Чем он больше, тем лучше, и при определённых значениях и более, ваш усилитель будет одинаково хорошо звучать с любой по сложности импеданса акустикой.

Итак, для примера я выбираю лампу 300В одного из производителей. Её предельно допустимые электрические параметры следующие:

Ua = 450 вольт,
Ia = 100 ma.
На её ВАХах с помощью программы «TubeCurve» строю нагрузочную линию (обозначена красным).

Согласно своим желаниям. Определяю режим работы лампы.

Ua = 400,53 V,

Ia = 91,78 ma,

Ug1 = – 80 V

Pa = 36,76 watt,

Ra = 5,99 kOm,

Ri = 0,67 kOm,

Pout = 6,304 watt,

КНИ = 2,586%.
Не превышает предельно допустимых.

Это можно проделать и вручную, распечатав ВАХи принтером на листе бумаги.
Определяем коэффициент «Альфа» = а – коэффициент нагрузки.
а = Ra / Ri = 5,99 kOm / 0,67 = 8,94

Многие могут возразить: Ведь коэффициент «Альфа» выбирается 3 – 5 Ri.
Отвечу: альфа = 3 - не "хайэнд", альфа = 5-7 - неплохо, альфа = 9-10 - для особых гурманов.
Не причисляю себя к особым гурманам, поэтому выбрал режим неплохой, но очень близкий к последним.
Если вы заметили, я ещё данным режимом потерял немного выходной мощности.

Лампа 300В обычно без труда выдаёт 8 ватт при анодной нагрузке 2,5 – 3 кОм.
Хочу заверить, что потеря мощности ввиду увеличения анодной нагрузки, практически не заметна по слуховым ощущениям. Да и на 6 ватт мне вряд ли когда доведётся эту лампу слушать.

Далее: определяем коэффициент трансформации .

Сопротивление моей нагрузки (динамика) Rn = R2 = 8 Ом.
Отсюда n = √ 8 / 5990 = 0,0365, или Ктр = 27,36.

Расчёт целесообразней всего начинать от КПД – коэффициента полезного действия.
Многие именитые могут заявить: «Да плевать нам на этот КПД, подумаешь, потеряем немного выходной мощности, мы в "хайэнде" за мощностью не гоняемся!»
При этом забывают, что КПД зависит напрямую от активных сопротивлений r1 и r2, это во-первых, а во-вторых - от этих же сопротивлений зависит R вых оконечного каскада усилителя.
Чему же равен КПД? (η)

Вычисляем:  КПД =  27,36 * 27,36 * 8 Om / 5990 Om =0,99.
Пусть вас не пугает эта цифра. Она говорит только о том, что мы на правильном пути.
Пугать должна цифра 0,85 или даже 0,8. А мы, от идеального трансформатора перейдём к более реальному и зададимся

КПД = 0,95. Можно взять и больше, но габариты такого трансформаторы будут неимоверно увеличиваться в размерах. О чём каждый может потом посчитать...

Леонид Пермяк с «Хаенд – борды» составил и любезно предложил график определения R вых. % выходного сопротивления усилителя от КПД трансформатора и выбранного коэффициента «Альфа».

Тогда, при КПД = 0,95 и «Альфа» = 0,89 R вых = 17% от нагрузки 8 Ом.
R вых = 1,36 Ом. И это очень хорошее значение для нагрузки 8 Ом.
Хочу отметить, что этот результат не точный. Он прикидочный, чего нам ожидать.
После вычисления активных сопротивлений первичной и вторичной обмоток, получим более точный результат выходного сопротивления.
Кд (коэффициент демпфирования) при этом будет = 8 / 1,36 = 5,88.

Для нагрузки 4 Ом, R вых. Должно быть меньше 1 ома.
А как же нам получить эти 1, 36 Ом ??? Для этого вычислим максимально допустимое сопротивлений первичной r1 и вторичной r2 обмоток.

r1 = 0,5 * 5990 * (1 – 0,95) = 149, 75 Ом. Вполне выполнимая задача. И она благодаря высокому выбранному

Ra - сопротивлению анодной нагрузки.

r2 = 0,5 * 8 * (1 – 0,95) / 0,95 = 0,21 Ом.

Итак, максимально допустимые активные сопротивления первичной и вторичной обмоток равны 149,75 Ом и 0,21 Ом соответственно. Меньше эти значения могут быть. Это приведёт к улучшению параметров всего ТВЗ. А увеличение этих значений – к ухудшению.

Теперь можно вычислить, какое будет R вых. усилителя.

R вых. = 0,21 + (670 Ом + 149,75 Ом)/ 27,36 ² = 1,17 Ом. Замечательный результат.
Выходное сопротивление уменьшилось, значит увеличится коэффициент демпфирования.
Далее вычисляем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки L1 для нижней частоты. Для этого воспользуемся формулой сопротивления эквивалентного генератора для нижней частоты.

r1 – активное сопротивление первичной обмотки;

r2 - активное сопротивление вторичной обмотки;

r’2 = r2 * Ктр² - активное сопротивление вторичной обмотки, приведённое к первичной цепи;
R’2 = R2 * Ктр² – сопротивление нагрузки, приведённое к первичной цепи.
R2 – сопротивление нагрузки (динамика). Вычисляем Rэн.

(Ri + r1) = 670 + 149,75 = 819,75
r'2 = 0,2 * 27,362 = 149,71
R'2 = 8 * 27,362 = 5988,56
(r'2 + R'2) = 6138,27
тогда,
Rэн = 819,75 * 6138,27 / 819,75 + 6138,27 = 723,17 Ом.

Вычисляем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки L1.

Приняв Fн=10Гц и спад на этой частоте -3 дБ (выражение под квадратным корнем при спаде – 3 дБ = 1, Мн – коэффициент частотных искажений ), вычисляем минимально допустимую индуктивность первички:

L1 = 723,17 / 6,28 * 10 = 11,52 Гн. Округлю до 12 Гн.

Кто-то может возразить, что уж больно мала получилась индуктивность первичной обмотки. Она должна быть как минимум раза в 3 больше. Но, параллельно первичке (и приведённой к ней нагрузке) у нас прежде всего подключено Ri лампы, равное в данном случае 670 Ом. И оно хорошо демпфирует первичку, от которой теперь уже не требуется большой L1.

Потому-то я и старался применить лампу с маленьким Ri - чтобы не потребовалось большой индуктивности и многих витков первички.
Применённая мной формула Rэн есть выражение для двух параллельно соединённых сопротивлений - Ri и Ra c учётом паразитных активных сопротивлений.

Однако, в этой бочке мёда есть и ложка дёгтя. И выражается она в том, что норма на спад величиной -3 дБ слишком слабая. Дело в том, что если на какой-то НЧ-частоте такой спад, то ощутимый спад начинается где-то на декаду выше этой частоты, т.е., если такая норма заложена на частоте 10 Гц, то начало спада - где-то на 100 Гц.
Вот картинка, только из очень древней книги:

Именно поэтому, для того, что бы получить «полноценную» частоту 40 Гц, многие ГУРУ, рассчитывают ТВЗ для нижней частоты Fн = 5 – 6 Гц.
Не буду пересчитывать на Fн = 5 Гц и продолжу расчёт как задумал. А каждый желающий может это проделать самостоятельно, и посмотреть что из этого вышло.

Продолжение следует.

 
Некоторые приемы намотки трансформаторов для аудио
Предыдущей статье я рассказал о изготовлениии простого намоточного станочка.
Пришло время показать изготовленные трансформаторы для ламповой техники. Первым был выходной трансформатор для гитарного комбоусилителя JCM800. Попалось хорошее железо 0,35 мм на развале. Хорошее сечение 12,5 см.кв. Мотать стал на своём станке. Особо не спешил, за 2-3 часа одна обмотка в день. Каждый слой при помощи строительного фена и свечи пропитывал воском, чтобы потом не варить в парафине весь трансформатор.
Получилась вот такая катушка, схема намотки: 1/4 - I, II - с отводами на 4, 8, 16 Ом, 1/2 - I с выводом от середины обмотки, II - с отводами на 4, 8, 16 Ом, 1/4 - I.

Симметричность плеч первичной обмотки по сопротивлению получилась хорошая.


И вот он первенец установлен на шасси. Получился отличный трансформатор, дает хороший плотный бас и хорошую резкость на высоких тонах.

Процесс намотки еще двух трансформаторов для fender 5E3, к сожалению, не заснял, но полуфабрикаты уже намотанных на фото. Уже намотанный силовой и выходной трансформаторы.

Здесь я решил пойти дальше в плане эстетики. Видел, что на всех фирменных усилителях обмотки закрыты металлическими крышками. Если брать "наши" трансы в перемотку, то там не только крышек нет, но и железо не всегда без коррозии. Это обстоятельство, конечно, не очень мешает, а дает дополнительную изоляцию пластин. Так вот крышки я стал делать самостоятельно из оцинкованной жести с полиэстровым покрытием. Из этой жести гнут отливы на окна. Она бывает с одной стороны белой или коричневой, а с другой стороны серой. Рисуем на отрезке жести выкройку.

Процесс изготовления и очередность реза расписаны на картинке. Заштрихованные части, обозначенные цифрой 3 при сгибе, заправляются под часть 4. После того как крышка будет согнута по всем линиям, одеваем на трансформатор, отмечаем что нужно отрезать и отрезаем. Придаем с помощью струбцин нужную форму и сверлим отверстия для стягивающих болтов. Если есть длинное сверло, сверлим прямо по месту через отверстия в железе собранного трансформатора. Края крышки, которые размечали по ширине железа можно отмерить на 2-3 мм больше, чтобы после стяжки трансформатора эти края с помощью киянки загнуть по периметру. Так будет эстетичнее. Следующая стадия - покраска крышки и железа с торцов. Получаем примерно такой вид.

Следующие два трансформатора выходной и силовой опять же для другого JMC800 я мотал уже на моей трансомоталке.


Выходной пропитывал парафином, описанным выше способом. Силовой этой процедуре подвергать не обязательно. В результате получились такие вот братья.


Средний дроссель не в счет. Отличный дроссель из светильников дневного света, не требующий доработки.

На новой трансомоталке процесс намотки стал гораздо веселее.
В общем, для меня миф об ужасах намотки трансформаторов развеян.


:hi:

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Владимир (mrduk)

Москва

В школе активно паял, делал ламповики, но в самостоятельгой жизни стало нехватать времени. В настоящее время достижений нет. Искал схемы усилителей и попал на Ваш сайт, очень захватило и решил возобновить давние пристрастия к конструированию.

 

Выходной траснформатор для 6П14П своими руками: инструкция

Собрать выходной трансформатор для 6П14П своими руками – заветная мечта большинства радиолюбителей, желающих получить на выходе лампового усилителя высококачественный звук.

Требования к трансформаторному изделию

Для того чтобы собрать выходной трансформатор своими руками – в первую очередь потребуется разобраться в следующих вопросах технического характера:

  • По какой схеме будет включаться данный трансформатор.
  • Какую звуковую мощность планируется получить на выходе усилителя с его помощью.
  • Какими должны быть намоточные характеристики этого устройства.

Важно! Лишь при условии правильного выбора всех перечисленных выше параметров удастся сконструировать высококлассный усилитель с прекрасными характеристиками звучания во всем диапазоне частот.

Рассмотрим каждое из условий получения качественного усиления более подробно.

Выходной трансформатор

Схема включения

Для самостоятельного изготовления усилителя на пентодах 6П14П сначала следует подобрать подходящую схему, что при наличии Интернета сделать очень просто. Для этого достаточно набрать в поисковой строке соответствующий запрос и выбрать наиболее понравившееся схемное решение. При этом важно определиться с тем, по какому варианту предполагается делать выходной узел усилителя: на одной или на двух лампах (одно- или двухтактный режим).

Дополнительная информация: Для получения качественного и неискаженного звучания предпочтение следует отдать второму варианту (так называемому «двухтакту»).

При этом исполнении подойдет размещенная слева схема (в нее для удобства включены предварительный каскад на двойном триоде 6Н2П и блок питания с силовым трансформатором Т2).

Схема включения выходного трансформатора

Выходная мощность

Выходная мощность для рассматриваемой схемы может колебаться в диапазоне от 12-ти до 25-ти Ватт (при сопротивлении нагрузки 4 Ома).

Обратите внимание! В режиме максимальной мощности коэффициент искажений в этом случае составит не более 5%, а выходное напряжение на обмотке звукового преобразователя – порядка одного вольта.

Вторичную обмотку двухтактного устройства для получения оптимальной мощности удобнее рассчитывать на то количество витков, которое соответствует комплексному сопротивлению подключаемого динамика (4 или 8 Ом).

Выходной трансформатор

Основные характеристики

Перед тем как намотать выходной трансформатор для 6П14П следует более подробно ознакомиться с его конструкцией, имеющей следующие характеристики:

  • В состав преобразователя входят две обмотки, представляющие его первичную и вторичную многосекционные катушки.
  • Трансформатор для лампового устройства наматывается на сердечнике Ш30.
  • Толщина набора его пластин составлять 36 мм.

Для размещения обеих катушек выходного трансформатора под двухтакт на 6П14П размеры его рабочего окна необходимо выбрать не менее чем 60 на 30мм.

При таких конструктивных данных преобразователя его намоточные параметры принимают вполне конкретные значения, которые рассматриваются в следующем разделе.

Выходной трансформатор

Намоточные характеристики выходного трансформатора

Для того чтобы намотать выходной трансформатор для двухтактного усилителя на 6П14П потребуется изготовить двойной каркас, искусственно разделенный специальной перегородкой.

Расположение намоточных секций на каркасе трансформатора для ламп 6П14П, а также схема подключения первичной и вторичной обмоток изображены на фото.

Каркас первичной обмотки имеет шесть одинаковых по размеру секций, каждая из которых содержит по 300 витков. Вторичная катушка поделена на 4 отделения, содержащие по 44 витка.

Последовательность намотки

Последовательность их намотки своими руками выглядит так:

  • В первую очередь наматываются витки в секциях каркаса, обозначенных на фото номерами 1,8,2,7,3.
  • После этого частично намотанная конструкция снимается со станка и разворачивается на 180 градусов.
  • На следующем этапе работ продолжается намотка оставшихся секций, пронумерованных цифрами 4,9,5,10,6.

Выходной трансформатор

Все отделения первичной обмотки выходного трансформатора для лампового усилителя на 6П14П соединяются между собой по последовательной схеме. В отличие от нее вторичная катушка состоит из двух половинок, включенных последовательно, каждая из которых содержит в своем составе две параллельно подсоединенные секции.

Дополнительная информация: Благодаря такому способу формирования катушек трансформаторное устройство обеспечивает оптимальные передаточные характеристики каскада.

Последнее означает, что при секционном построении вторичной обмотки упрощается ее согласование с нагрузками различной величины.

Кроме того, данный подход к намотке катушек своими руками позволяет получить симметричную схему с малым коэффициентом индуктивного рассеяния. Благодаря этому собранный каскад отличается прекрасными АЧХ и ФЧХ характеристиками.

Выходной трансформатор

Параметры трансформатора питания

Для того чтобы изготовить трансформатор питания для лампового усилителя 6П14П потребуется воспользоваться магнитопроводом на основе электротехнической стали Ш-40, имеющей толщину набора в 50 мм. Намоточные параметры преобразовательного устройства выглядят следующим образом:

  • В первичной (сетевой) обмотке должно иметься 430 витков медного провода в изоляции ПЭЛ 0,8.
  • Его вторичную катушку следует наматывать проводом ПЭЛ-0,31, число витков которого должно быть не менее 400 (от нее питается выпрямитель, обеспечивающий получение анодных напряжений для ламп).
  • В обмотке накальной цепи двойного триода 6Н2П (б-б) необходимо намотать 11 витков провода ПЭЛ-1.0.

Питающие обмотки, работающие на цепи накала ламп L4 и L5 (в-в), имеют по 13,5 витков провода ПЭЛ 1,0. По завершении сборки силового блока полный комплект электротехнических устройств будет готов к установке в рабочую схему.

При выполнении всех обозначенных в статье требований удается получить качественный выходной трансформатор для ламп 6П14П, гарантирующий надежную работу двухтактного усилительного каскада.

Выходной трансформатор

Об изготовлении выходных трансформаторов для ламповых УМЗЧ

Наблюдается интересная тенденция: чем дальше мы отходим от «ламповой» эпохи, тем больше мифов и тумана создается вокруг выходного трансформатора лампового усилителя. Причем не только в вопросах расчета, но и его изготовления. Производителей понять можно, расхваливание своей продукции — закон рекламы, но и во множестве статей независимых авторов процесс намотки трансформатора смахивает на описание тайного обряда.

Давайте разберемся, насколько это сложно и как много времени на это требуется. Разговор пойдет о выходных трансформаторах для однотактных каскадов, а также о других трансформаторах, где не требуются высокая симметрия полуобмоток и выполнение жестких требований по условиям эксплуатации. Предполагается, что у вас есть достаточного сечения магнитолровод, намоточные провода и хотя бы примитивное приспособление для намотки катушек, снабженное счетчиком витков. Имеется в виду любая конструкция — от электрической или ручной дрели, зажатой в тисках, до согнутой резьбовой шпильки, укрепленной в двух деревянных брусках.

Изготовление катушки — дело кропотливое, но не сложное. Чертеж деталей каркаса сборной катушки из гетинак-са или текстолита с защелками показан на рисунке. На чертеже в позиции 1 — щечки; 2, 3 — пластины. Размеры h, b, у, y1и толщина деталей каркаса связаны с размерами и формой магнитопровода. Лучшим материалом для его изготовления можно считать стеклотекстолит (без фольги) толщиной 1,5…2 мм.

При изготовлении деталей оставляйте припуск на окончательную доводку при сборке. Если попытаться сразу выпилить деталь по размеру, то велика вероятность, что ничего защелкиваться не будет, а катушка развалится. У собранной катушки опилите острые углы надфилем и оберните одним-двумя слоями бумаги толщиной 0,1…0,15 мм. На изготовление катушки потребуется два-три часа.

Технологию изготовления трансформатора галетной конструкции затрагивать вообще не будем, поскольку при относительно малом числе галет она проигрывает классической конструкции с неглубоким секционированием и по коэффициенту заполнения, и по индуктивности рассеяния.
Далее начинается более интересное — намотка. Большинство любителей используют рядовую намотку, т. е. провод мотают виток к витку, и через каждый слой укладывают прокладку. Намотать таким образом без станка с укладчиком 3000-4000 витков тонким проводом — титанический труд. Возникает вопрос: а почему не намотать внавал?

Если отбросить благородное возмущение истинных аудиофилов и обратиться к первоисточникам [1, 2], то выяснится, что с коэффициентом заполнения для тонкого провода (0,15-0,4 мм) не так плохо: Г. Цыкин приводит значения 0,7…0,75, у меня получалось 0,5…0,53, что для единичных экземпляров трансформатора с секционированными обмотками вполне допустимо.
Индуктивность рассеяния практически не зависит от способа и плотности намотки. Собственная емкость обмотки (при намотке внавал) получается на 5…10 % меньше. Основной проблемой представляется пониженная электрическая прочность.

Кстати, высокие значения коэффициента заполнения позволяют сделать трансформатор меньше или в тех же габаритах получить большую индуктивность намагничивания. Это важно, так как для высококачественных устройств следует стремиться реализовать трансформатор с минимальными габаритами при заданной индуктивности первичной обмотки. Чем меньше размеры магнито-провода трансформатора, тем лучше — меньше индуктивность рассеяния при заданном секционировании.
Вернемся к обеспечению электрической прочности. В книгах все написано правильно, но большинство рекомендаций относится к серийному производству трансформаторов и соответствию их определенным стандартам. Выполнить трансформатор в соответствии с ними в домашних условиях нереально: нет ни соответствующих материалов, ни технологий. Поэтому будем исходить из двух критериев: первое — реальные условия эксплуатации, второе — неприемлемое в производстве вполне подходит при самостоятельном изготовлении единичных образцов.

Так какое же напряжение может быть на первичной обмотке трансформатора? Допустим, выходная мощность Р усилителя — 5 Вт (это немало для однотактного каскада на распространенных лампах), приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки R — 2 кОм, напряжение питания Ua — 300 В и КПД трансформатора КПД- 0,85. Чтобы получить такую мощность, действующее напряжение на первичной обмотке должно быть равно:

Urms= √PR/КПД= 117B.

Соответственно его амплитуда будет равна: U rms= √2 Urms = 166 В.
С учетом напряжения питания максимальное напряжение на первичной обмотке относительно корпуса усилителя будет равно:

Uw — U + Ua — 466 В.

Это и определяет требования к межобмоточной изоляции (как правило, один конец вторичной обмотки заземлен) и изоляционным свойствам каркаса. Кабельной бумаги толщиной 0,12 мм достаточно два слоя, можно использовать конденсаторную бумагу в 4-5 слоев либо комбинацию из слоя сантехнической фторопластовой ленты и слоя писчей бумаги. Стеклотекстолитовый каркас с лихвой обеспечивает необходимую электрическую прочность.

Высококачественные выходные трансформаторы всегда выполняют секционированными, иначе не удается получить приемлемые значения индуктивности рассеяния. В простейшем случае первичную обмотку делят на две части, но лучше — на три, между которыми располагают вторичную обмотку. Возможно и более глубокое секционирование, но при этом значительно снижается коэффициент заполнения окна магнитопровода и возрастает емкость между обмотками. Из-за усложнения намотки глубокое секционирование используется довольно редко.

Остановимся на трех секциях первичной обмотки.

Минимум индуктивности рассеяния достигается при неравномерном разделении числа витков — в крайних секциях их число в два раза меньше, чем в средней. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки, то в отсутствие сигнала все витки первичной обмотки эквипотенциальны; при максимальной мощности напряжение на частях обмотки будет пропорционально их индуктивности. Следовательно, максимальное переменное напряжение возникает на средней секции обмотки; его амплитуда равна 83 В. Пробивное напряжение изоляции обмоточного провода диаметром более 0,15 мм (ПЭТВ, ПЭВ, ПВТЛ и др.) — не менее 600 В, а число микродефектов допустимо не более 5-7 на 15 м. Для провода диаметром более 0,35 мм микродефекты вообще недопустимы. Поэтому обмотку можно мотать внавал вообще без всяких прокладок; вероятность появления короткозамкнутых витков очень мала.

Для лучшей укладки витков и повышения надежности трансформатора целесообразно через каждые 300-500 витков обмотки укладывать прокладку из конденсаторной бумаги толщиной 0,022 мм в два слоя (такую бумажную ленту можно добыть из старых бумажных конденсаторов — например, группы КБГ). Поэтому основная задача при намотке трансформатора — исключить западание витков.
Межобмоточная изоляция достигается стандартным способом — прокладку делают шире каркаса на 4-5 мм и по ее краям нарезают насечку. Это можно сделать быстро, свернув прокладку в трубку: ее край по контуру прокусывают острыми кусачками. Так как в этом случае используется более толстая и жесткая изоляция (как из условий электрической прочности, так и для возможности нормальной укладки следующей обмотки), западание витков исключено, если вы достаточно внимательны. Желательно исключить западание витков и при укладке межслоевой изоляции. Тут возникают сложности. Так как поверхность обмотки имеет неровности, то даже при наличии насечки на краях прокладки исключить западания витков не удается — провод ее стягивает. Решается этот вопрос следующим образом. На края прокладки накладывается бандаж из узкой полоски тонкой липкой бумаги (можно использовать «малярную ленту») с насечкой по краю, она удерживает прокладку от сползания (или закрывает витки, с которых прокладка уже сползла).

Итак, порядок намотки трансформатора следующий — секции первичной обмотки наматывают внавал с межслоевыми прокладками через каждые 300- 500 витков, секции вторичной обмотки — виток к витку без прокладок (при диаметре провода более 0,6 мм этот процесс сложности не вызывает). Напоминаю еще раз, что межобмоточная изоляция должна быть достаточно жесткой — витки вторичной обмотки должны ложиться ровно. При намотке секций первичной обмотки следует обеспечивать достаточное натяжение провода и стараться, чтобы поверхность обмотки была как можно ровнее. Кстати, при намотке желательно не касаться провода руками, а удерживать его кусочком тонкого фетра или мягкой замши. Намотка ведется от края до края катушки. Выводы обмоток выполняются непосредственно обмоточным проводом с надетой на него фторопластовой трубкой (тонкая трубка прекрасно тянется; растягивая миллиметровую трубочку, можно получить трубку меньшего диаметра). Если провод слишком тонкий, то для повышения механической прочности вывода провод складывают в три-четыре раза и плотно свивают. Эта косичка используется как вывод обмотки, естественно, ее начало должно быть изолировано и надежно закреплено на обмотке. Выводы из цветных проводов, конечно, красивее, но такой вариант практичнее. Конечная изоляция обмоток выполняется из двух слоев кабельной бумаги (можно и писчей).

Коэффициент заполнения окна маг-нитопровода при двух секциях первичной обмотки находится около 0,45, при трех секциях первичной обмотки — около 0,4. Это усредненные данные по результатам намотки нескольких десятков трансформаторов разной мощности.
Управиться с такой работой, в зависимости от имеющегося опыта, вполне можно за пару вечеров.
Для чего пропитывают катушку трансформатора? Основная цель — повышение электрической прочности при неблагоприятных внешних условиях, также пропитка улучшает отвод тепла из внутренних слоев катушки и повышает ее механическую прочность. Конечно, есть и обратная сторона медали, любая пропитка увеличивает собственную емкость трансформатора.
В 99,9 % случаев любительский усилитель стоит на почетном месте в комнате при практически нормальных условиях. Тепловая нагрузка на выходной трансформатор высококачественного усилителя тоже не велика. Во-первых, проектируются такие трансформаторы по несколько иным критериям, чем сетевые, во-вторых, при прослушивании музыки, даже если усилитель имеет значительную выходную мощность, средняя мощность на выходе составляет всего несколько ватт. Поэтому я не советую использовать какую-либо пропитку и тем самым ухудшать, даже незначительно, электрические параметры трансформатора. Конечно, если вы намерены слушать музыку в условиях тропического климата, планируете установить усилитель в автомобиле или предложить его рок-группе, тогда надо задуматься над пропиточным составом и способом пропитки.
Другое дело — магнитопровод трансформатора. В любительской практике часто используют витые магнитопроводы от серийных трансформаторов, которые гри разборке имеют тенденцию расслаиваться. Это не опасно, но отслоившиеся пластинки будут создавать призвуки. По возможности, их следует подклеить, но это мало что даст. Эффективный способ утихомирить трансформатор (клеить все равно надо) — перед окончательной сборкой окунуть подковы магнитопро-вода в масляный лак. Шихтованный магнитопровод тоже целесообразно прокрасить лаком.

При окончательной сборке трансформатора таким же лаком промазывают и формирующую немагнитный зазор прокладку (для ШЛ и ПЛ их соответственно три и две), толщина которой задана при расчете. Ее можно изготовить из тонкого листа электрокартона, текстолита, гети-накса или иного жесткого термостойкого материала. Очень важно обеспечить фиксацию зазора в магнитолроводе надежной стяжкой: стабильность зазора способствует минимизации нелинейных искажений самого трансформатора на низких частотах.
Изготовленный таким образом трансформатор будет иметь электрические параметры не хуже, а возможно, и лучше, чем изготовленный в заводском цехе. В условиях, близких к нормальным, такие трансформаторы работают безотказно.

Итак, сложность самостоятельного изготовления выходного трансформатора сильно преувеличена. Основные хлопоты связаны с поиском магнитопровода, намоточных проводов и сопутствуюших материалов, а не с намоткой. Залогом хороших результатов является обычная аккуратность и внимательность. Даже не имея опыта, вполне реально за неделю изготовить комплект выходных трансформаторов для стереоусилителя. Конечно, не все может получиться сразу, но под лежачий камень вода не течет, поэтому смело беритесь за работу и собирайте свой лучший ламповый усилитель.
Замечу, что теперь появилось много современных изоляционных материалов, так что применять бумагу совсем не обязательно. Использование полиэти-лентерефталатной, лавсановой пленки, армированного фторопласта, стеклоткани приветствуется; применяйте, что легче достать.
У мощных усилителей возможно появление значительного перепада напряжения на выходном трансформаторе при резком сбросе нагрузки. Если при сравнительных прослушиваниях аппаратуры вы предпочитаете делать коммутацию нагрузки на ходу, то не стоит увеличивать электрическую прочность трансформатора, проще зашунтировать его первичную обмотку подходящим варистором или разрядником на 1 кВ.

Естественно, качество трансформ тора зависит и от применяемого магнитопровода, но не следует возводить это в абсолют. В трансформаторах питания бытовой аппаратуры наиболее часто использовалась электротехническая сталь 3411. Она уступает по своим магнитным свойствам современным сталям (производители часто используют сталь 3408), но эти отличия не настолько велики, чтобы их нельзя было частично компенсировать на этапе проектирования трансформатора. На витом магни-топроводе от сетевого трансформатора можно изготовить отличный выходной трансформатор. И вообще, наблюдается любопытный парадокс. Многие производители предлагают высококачественные выходные трансформаторы, но ограничиваются приведением только их основных параметров — чистый «кот в мешке». А трансформаторы с магнито-проводами из стали 3408 и аморфного сплава — «две большие разницы»!

Об изготовлении выходных трансформаторов для ламповых УМЗЧ

Наблюдается интересная тенденция: чем дальше мы отходим от "ламповой" эпохи, тем больше мифов и тумана создается вокруг выходного трансформатора лампового усилителя. Причем не только в вопросах расчета, но и его изготовления. Производителей понять можно, расхваливание своей продукции - закон рекламы, но и во множестве статей независимых авторов процесс намотки трансформатора смахивает на описание тайного обряда.


Давайте разберемся, насколько это сложно и как много времени на это требуется. Разговор пойдет о выходных трансформаторах для однотактных каскадов, а также о других трансформаторах, где не требуются высокая симметрия полуобмоток и выполнение жестких требований по условиям эксплуатации. Предполагается, что у вас есть достаточного сечения магнитолровод, намоточные провода и хотя бы примитивное приспособление для намотки катушек, снабженное счетчиком витков. Имеется в виду любая конструкция - от электрической или ручной дрели, зажатой в тисках, до согнутой резьбовой шпильки, укрепленной в двух деревянных брусках.


Изготовление катушки - дело кропотливое, но не сложное. Чертеж деталей каркаса сборной катушки из гетинак-са или текстолита с защелками показан на рисунке. На чертеже в позиции 1 - щечки; 2, 3 - пластины. Размеры h, b, у, y1и толщина деталей каркаса связаны с размерами и формой магнитопровода. Лучшим материалом для его изготовления можно считать стеклотекстолит (без фольги) толщиной 1,5...2 мм.


При изготовлении деталей оставляйте припуск на окончательную доводку при сборке. Если попытаться сразу выпилить деталь по размеру, то велика вероятность, что ничего защелкиваться не будет, а катушка развалится. У собранной катушки опилите острые углы надфилем и оберните одним-двумя слоями бумаги толщиной 0,1...0,15 мм. На изготовление катушки потребуется два-три часа.


Технологию изготовления трансформатора галетной конструкции затрагивать вообще не будем, поскольку при относительно малом числе галет она проигрывает классической конструкции с неглубоким секционированием и по коэффициенту заполнения, и по индуктивности рассеяния.
Далее начинается более интересное - намотка. Большинство любителей используют рядовую намотку, т. е. провод мотают виток к витку, и через каждый слой укладывают прокладку. Намотать таким образом без станка с укладчиком 3000-4000 витков тонким проводом - титанический труд. Возникает вопрос: а почему не намотать внавал?


Если отбросить благородное возмущение истинных аудиофилов и обратиться к первоисточникам [1, 2], то выяснится, что с коэффициентом заполнения для тонкого провода (0,15-0,4 мм) не так плохо: Г. Цыкин приводит значения 0,7...0,75, у меня получалось 0,5...0,53, что для единичных экземпляров трансформатора с секционированными обмотками вполне допустимо.
Индуктивность рассеяния практически не зависит от способа и плотности намотки. Собственная емкость обмотки (при намотке внавал) получается на 5...10 % меньше. Основной проблемой представляется пониженная электрическая прочность.


Кстати, высокие значения коэффициента заполнения позволяют сделать трансформатор меньше или в тех же габаритах получить большую индуктивность намагничивания. Это важно, так как для высококачественных устройств следует стремиться реализовать трансформатор с минимальными габаритами при заданной индуктивности первичной обмотки. Чем меньше размеры магнито-провода трансформатора, тем лучше - меньше индуктивность рассеяния при заданном секционировании.
Вернемся к обеспечению электрической прочности. В книгах все написано правильно, но большинство рекомендаций относится к серийному производству трансформаторов и соответствию их определенным стандартам. Выполнить трансформатор в соответствии с ними в домашних условиях нереально: нет ни соответствующих материалов, ни технологий. Поэтому будем исходить из двух критериев: первое - реальные условия эксплуатации, второе - неприемлемое в производстве вполне подходит при самостоятельном изготовлении единичных образцов.


Так какое же напряжение может быть на первичной обмотке трансформатора? Допустим, выходная мощность Р усилителя - 5 Вт (это немало для однотактного каскада на распространенных лампах), приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки R - 2 кОм, напряжение питания Ua - 300 В и КПД трансформатора КПД- 0,85. Чтобы получить такую мощность, действующее напряжение на первичной обмотке должно быть равно:

Urms= √PR/КПД= 117B.


Соответственно его амплитуда будет равна: U rms= √2 Urms = 166 В.
С учетом напряжения питания максимальное напряжение на первичной обмотке относительно корпуса усилителя будет равно:


Uw - U + Ua - 466 В.


Это и определяет требования к межобмоточной изоляции (как правило, один конец вторичной обмотки заземлен) и изоляционным свойствам каркаса. Кабельной бумаги толщиной 0,12 мм достаточно два слоя, можно использовать конденсаторную бумагу в 4-5 слоев либо комбинацию из слоя сантехнической фторопластовой ленты и слоя писчей бумаги. Стеклотекстолитовый каркас с лихвой обеспечивает необходимую электрическую прочность.

Высококачественные выходные трансформаторы всегда выполняют секционированными, иначе не удается получить приемлемые значения индуктивности рассеяния. В простейшем случае первичную обмотку делят на две части, но лучше - на три, между которыми располагают вторичную обмотку. Возможно и более глубокое секционирование, но при этом значительно снижается коэффициент заполнения окна магнитопровода и возрастает емкость между обмотками. Из-за усложнения намотки глубокое секционирование используется довольно редко.


Остановимся на трех секциях первичной обмотки.

Минимум индуктивности рассеяния достигается при неравномерном разделении числа витков - в крайних секциях их число в два раза меньше, чем в средней. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки, то в отсутствие сигнала все витки первичной обмотки эквипотенциальны; при максимальной мощности напряжение на частях обмотки будет пропорционально их индуктивности. Следовательно, максимальное переменное напряжение возникает на средней секции обмотки; его амплитуда равна 83 В. Пробивное напряжение изоляции обмоточного провода диаметром более 0,15 мм (ПЭТВ, ПЭВ, ПВТЛ и др.) - не менее 600 В, а число микродефектов допустимо не более 5-7 на 15 м. Для провода диаметром более 0,35 мм микродефекты вообще недопустимы. Поэтому обмотку можно мотать внавал вообще без всяких прокладок; вероятность появления короткозамкнутых витков очень мала.


Для лучшей укладки витков и повышения надежности трансформатора целесообразно через каждые 300-500 витков обмотки укладывать прокладку из конденсаторной бумаги толщиной 0,022 мм в два слоя (такую бумажную ленту можно добыть из старых бумажных конденсаторов - например, группы КБГ). Поэтому основная задача при намотке трансформатора - исключить западание витков.
Межобмоточная изоляция достигается стандартным способом - прокладку делают шире каркаса на 4-5 мм и по ее краям нарезают насечку. Это можно сделать быстро, свернув прокладку в трубку: ее край по контуру прокусывают острыми кусачками. Так как в этом случае используется более толстая и жесткая изоляция (как из условий электрической прочности, так и для возможности нормальной укладки следующей обмотки), западание витков исключено, если вы достаточно внимательны. Желательно исключить западание витков и при укладке межслоевой изоляции. Тут возникают сложности. Так как поверхность обмотки имеет неровности, то даже при наличии насечки на краях прокладки исключить западания витков не удается - провод ее стягивает. Решается этот вопрос следующим образом. На края прокладки накладывается бандаж из узкой полоски тонкой липкой бумаги (можно использовать "малярную ленту") с насечкой по краю, она удерживает прокладку от сползания (или закрывает витки, с которых прокладка уже сползла).


Итак, порядок намотки трансформатора следующий - секции первичной обмотки наматывают внавал с межслоевыми прокладками через каждые 300- 500 витков, секции вторичной обмотки - виток к витку без прокладок (при диаметре провода более 0,6 мм этот процесс сложности не вызывает). Напоминаю еще раз, что межобмоточная изоляция должна быть достаточно жесткой - витки вторичной обмотки должны ложиться ровно. При намотке секций первичной обмотки следует обеспечивать достаточное натяжение провода и стараться, чтобы поверхность обмотки была как можно ровнее. Кстати, при намотке желательно не касаться провода руками, а удерживать его кусочком тонкого фетра или мягкой замши. Намотка ведется от края до края катушки. Выводы обмоток выполняются непосредственно обмоточным проводом с надетой на него фторопластовой трубкой (тонкая трубка прекрасно тянется; растягивая миллиметровую трубочку, можно получить трубку меньшего диаметра). Если провод слишком тонкий, то для повышения механической прочности вывода провод складывают в три-четыре раза и плотно свивают. Эта косичка используется как вывод обмотки, естественно, ее начало должно быть изолировано и надежно закреплено на обмотке. Выводы из цветных проводов, конечно, красивее, но такой вариант практичнее. Конечная изоляция обмоток выполняется из двух слоев кабельной бумаги (можно и писчей).


Коэффициент заполнения окна маг-нитопровода при двух секциях первичной обмотки находится около 0,45, при трех секциях первичной обмотки - около 0,4. Это усредненные данные по результатам намотки нескольких десятков трансформаторов разной мощности.
Управиться с такой работой, в зависимости от имеющегося опыта, вполне можно за пару вечеров.
Для чего пропитывают катушку трансформатора? Основная цель - повышение электрической прочности при неблагоприятных внешних условиях, также пропитка улучшает отвод тепла из внутренних слоев катушки и повышает ее механическую прочность. Конечно, есть и обратная сторона медали, любая пропитка увеличивает собственную емкость трансформатора.
В 99,9 % случаев любительский усилитель стоит на почетном месте в комнате при практически нормальных условиях. Тепловая нагрузка на выходной трансформатор высококачественного усилителя тоже не велика. Во-первых, проектируются такие трансформаторы по несколько иным критериям, чем сетевые, во-вторых, при прослушивании музыки, даже если усилитель имеет значительную выходную мощность, средняя мощность на выходе составляет всего несколько ватт. Поэтому я не советую использовать какую-либо пропитку и тем самым ухудшать, даже незначительно, электрические параметры трансформатора. Конечно, если вы намерены слушать музыку в условиях тропического климата, планируете установить усилитель в автомобиле или предложить его рок-группе, тогда надо задуматься над пропиточным составом и способом пропитки.
Другое дело - магнитопровод трансформатора. В любительской практике часто используют витые магнитопроводы от серийных трансформаторов, которые гри разборке имеют тенденцию расслаиваться. Это не опасно, но отслоившиеся пластинки будут создавать призвуки. По возможности, их следует подклеить, но это мало что даст. Эффективный способ утихомирить трансформатор (клеить все равно надо) - перед окончательной сборкой окунуть подковы магнитопро-вода в масляный лак. Шихтованный магнитопровод тоже целесообразно прокрасить лаком.


При окончательной сборке трансформатора таким же лаком промазывают и формирующую немагнитный зазор прокладку (для ШЛ и ПЛ их соответственно три и две), толщина которой задана при расчете. Ее можно изготовить из тонкого листа электрокартона, текстолита, гети-накса или иного жесткого термостойкого материала. Очень важно обеспечить фиксацию зазора в магнитолроводе надежной стяжкой: стабильность зазора способствует минимизации нелинейных искажений самого трансформатора на низких частотах.
Изготовленный таким образом трансформатор будет иметь электрические параметры не хуже, а возможно, и лучше, чем изготовленный в заводском цехе. В условиях, близких к нормальным, такие трансформаторы работают безотказно.


Итак, сложность самостоятельного изготовления выходного трансформатора сильно преувеличена. Основные хлопоты связаны с поиском магнитопровода, намоточных проводов и сопутствуюших материалов, а не с намоткой. Залогом хороших результатов является обычная аккуратность и внимательность. Даже не имея опыта, вполне реально за неделю изготовить комплект выходных трансформаторов для стереоусилителя. Конечно, не все может получиться сразу, но под лежачий камень вода не течет, поэтому смело беритесь за работу и собирайте свой лучший ламповый усилитель.
Замечу, что теперь появилось много современных изоляционных материалов, так что применять бумагу совсем не обязательно. Использование полиэти-лентерефталатной, лавсановой пленки, армированного фторопласта, стеклоткани приветствуется; применяйте, что легче достать.
У мощных усилителей возможно появление значительного перепада напряжения на выходном трансформаторе при резком сбросе нагрузки. Если при сравнительных прослушиваниях аппаратуры вы предпочитаете делать коммутацию нагрузки на ходу, то не стоит увеличивать электрическую прочность трансформатора, проще зашунтировать его первичную обмотку подходящим варистором или разрядником на 1 кВ.


Естественно, качество трансформ тора зависит и от применяемого магнитопровода, но не следует возводить это в абсолют. В трансформаторах питания бытовой аппаратуры наиболее часто использовалась электротехническая сталь 3411. Она уступает по своим магнитным свойствам современным сталям (производители часто используют сталь 3408), но эти отличия не настолько велики, чтобы их нельзя было частично компенсировать на этапе проектирования трансформатора. На витом магни-топроводе от сетевого трансформатора можно изготовить отличный выходной трансформатор. И вообще, наблюдается любопытный парадокс. Многие производители предлагают высококачественные выходные трансформаторы, но ограничиваются приведением только их основных параметров - чистый "кот в мешке". А трансформаторы с магнито-проводами из стали 3408 и аморфного сплава - "две большие разницы"!

Литература:


1. Цыкин Г. С. Трансформаторы низкой частоты. - М.: Связьиздат, 1955.


2. Горский А. Н., Русин Ю. С. и др. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. - М.: Радио и связь. 1988.

Автор: Е. Карпов, г. Одесса, Украина

Проектируем выходной трансформатор для лампового усилителя - Усилители на лампах - Звуковоспроизведение

Часть вторая.

Далее рассчитываем ТВЗ применительно к железу.
Обычно, для лампы 300В берут сердечник от ОСМ 400 ватт. В крайнем случает от ОСМ 250 ватт.
Ввиду того, что мной выбрано Ra достаточно большое и = 5990 Ом, амплитуда тока в связи с этим уменьшилась. Выходная мощность тоже упала.
Попытаюсь использовать имеющиеся у меня стандартный сердечник ШЛ 25 х 50. из электротехнической стали 3408, толщина ленты 0,3 мм.
Такой сердечник согласно справочных данных имеет габаритную мощность при индукции В = 1,6 Тесла, 230 Ватт.
Данный сердечник имеет внушительное окно, что позволит вместить не мало провода.

Для того, что бы продолжать расчёт, необходимо определить пригодность имеющегося железа для данного трансформатора.
Для этого необходимо знать его габаритные размеры и электрические параметры, начальную магнитную проницаемость Мю 0 или индукцию насыщения сердечника.
Чтобы это узнать, необходимо будет провести небольшую лабораторную работу и собрать небольшую схему.

На каркас трансформатора намотать пробные 100 витков. Постепенно увеличивая напряжение с ЛАТРа, отследить по осциллографу тот момент, когда синусоиду начнёт «ломать». Затем допустимое значение индукции рассчитывают по формуле:

где U1 — показания прибора, В; S — площадь сечения магнитопровода, см2 (чистого железа). Однако, не все смогут воспользоваться этим способом, ввиду отсутствия необходимых приборов. Поэтому будем рассчитывать более доступным, но уже приблизительным способом.
Зная, что железо из шихтованных пластин, «Ш» - образное, насыщается при 1,2 Т (Тесла =12000 Г (Гауссов)), а ленточных ШЛ, ПЛ при 1,6 Т = 16000 Г, для ТВЗ однотактных усилителей, примем значение максимальной индукции в сердечнике равное половине максимальной индукции насыщения.
Т.е. от 0,6 Т для Ш железа до 0,8 для ШЛ, ПЛ железа. Итак, имеется сердечник ШЛ 25 х 50 из электротехнической стали 3408, с толщиной ленты 0,3 мм.

-Площадь сечения рабочего керна - Qж = 2,5 * 5 * 0,95 = 11,875 cm2 0,95 - Кст – коэффициент заполнения сердечника сталью. Так обещает завод производитель. -Длина средней магнитной силовой линии lж = 21,3 см - взято из справочника. но можно рассчитать по формуле:

- Средняя длина витка lв = 21,00 см. Зависит от размеров каркаса и зазоров между элементами каркаса и сердечника. но можно рассчитать по формуле:

Тогда, индуктивность первичной обмотки по магнитопроводу будет равна

Где Мю 0, при неизвестном железе автор советует от 400 - до 600, возьму по минимуму 400.
Зазор в сердечнике... при токе 100ма возьму lз = 0,02cm, что будет соответствовать 0,1 мм под каждую подкову. А после всех расчётов зазор подкорректирую.
Исходя из того, что минимально допустимая индуктивность у меня 12 Гн, считаю количество витков W первичной обмотки: W1 = 2448 витков, вторичной, W2 = 2448 / (Ктр = 27,36) =89,47 витков. = 89.
Учитывая то, что средняя длина витка намотки 21 см, а максимально допустимое активное сопротивление 149,75 Ом получаем общую длину провода первичной обмотки 2448 витков * 0,21 м = 514,1 метра.
Тогда:

149,75 Ом : 514,1м = 0,291 Ом/метр.
По этому параметру, согласно таблице определяем диаметр провода. Это между 0,265 и 0,28.
Выбираем больший = 0,28 по меди и для ПЭТВ 0,33 по лаку.
Там же по таблице смотрим, что провод диаметром 0,28, при плотности тока 2 А/мм? соответствует току 124 мА. Ток покоя лампы равен 91,78 мА. Подходит.

Вторичная обмотка: W2 = 89 витков * 0,21 метр = 18,7 метра.
0,21 Ом : 18,7 м = 0,011 Ом/метр.
Соответствует проводу диаметром 1,45 мм по меди 1,56 по лаку. Сечение 1,651 мм?.
Данные по вторичной обмотке в последующем могут быть преобразованы при конструктивном расчёте.
В зависимости от желаемого секционирования, провод может быть применён значительно меньше по диаметру (сечению), но суммарное сечение всех обмоток должно остаться не меньше. 1,651 мм?.

Конструктивный расчёт. (Или, как разместить всё это на каркасе сердечника).

Хочу предупредить, что я делаю намотку очень плотной. Изоляцию между слоями не делаю. Между секциями применяю очень тонкую, 25 микрон пропиленовую изоляцию в несколько слоёв.
После намотки катушку пропитываю в лаке МЛ-92 с последующей сушкой.
Итак, габариты намотки по каркасу 59 х 23 мм. Это значит, что провода первичной обмотки, диаметром 0,28 по меди, 0,33 по лаку уместится 59 : 0,33 = 178 витков, реально
175 витков.
2448 : 175 = 13,988, округляем = 14 слоёв.
Высота намотки = 14 * 0,33 (по лаку) = 4,62 мм без учёта изоляции и вспучивания.

Для укладки вторичной обмотки выберем такой вариант, уложим все витки вторички в одном слое.
59 : 89 = 0,66 мм – мах. Диаметр провода по лаку. Реально столько витков не уложить.
Реально уложится провод диаметром 0,56 мм по меди, 0,62 по лаку.
Провод 0,56 имеет сечение 0,247 кв. мм . А нам необходимо минимальное сечение 1,651 кв.мм. Значит 1,651 : 0,247 = 6,68, округляем = 7 слоёв в параллель.
Высота намотки = 7 * 0,62 = 4,34 мм.
Общая высота намотки = 4,62 + 4, 34 = 8,96 мм. * 1,2 – 1,3 коэффициент вспучивания, зависит от того, кто как мотает = 10,76 – 11,65 мм + толщина изоляции, смотря кто сколько её кладёт.
Вот если это всё уместится на вашем трансформаторе, то можно сказать, что получился удачным, с минимальными необходимыми требованиями.
Если же про расчёте на каркасе остаётся много места, как получилось у меня. То, смело увеличивайте количество витков о одновременным увеличением диаметра провода, так, что бы активные сопротивления обмоток не превысили заданных значений. Меньшие их значения приведут только к улучшению параметров ТВЗ.

Что получилось у меня.
W1 - 3384 витка, провод 0,355 по меди, 0,385 по лаку, r1 = 128 Ом, 24 слоя, (3 - 6 - 6 - 6 - 3). Все последовательно.
W2 - 123 витка, провод 0,425 по меди, 0,47 по лаку, r2 = 0,16 Ом. 20 слоёв, по 5 слоёв между первичкой. Все параллельно. На нагрузку 8 Ом.
Итого 9 слоёв.
Изоляция только между слоями, пропилен 25 микрон, по 3 слоя. Пропитка в лаке МЛ92, с последующей сушкой.
Индуктивность первички могу посчитать пропорционально...
3384 / 2448 = 1,38 1,382 = 1,9. Ранее рассчитанные 12 Гн * 1,9 = 22,8 Гн.
За секционированием не следует сильно гнаться. В данном случае хорошие результаты получаются при общем количестве секций равном 7.
И последнее, уточняем немагнитный зазор.

8 * 3384 * 92 * 10-7 = 0,25мм.
Так как магнитный поток прерывается дважды, толщина прокладки будет вдвое меньше и = 0,125мм под каждую подкову.
Теперь, зная длину провода, можно рассчитать его вес, заодно и стоимость.
Спасибо за внимание. На этом расчёт закончен.
Хочу обратить внимание, что для пентодов, тетродов - расчёт производится точно так же, с учётом их характеристик.
Сопротивление нагрузки Ra выбирается оптимальное, по ВАХ и наименьшим нелинейным искажениям.
Если напряжение на аноде не соответствует паспортным значениям, то необходимо их сначала преобразовать под соответствующие напряжения. Задача довольно хлопотная.

И ещё, можно так же рассчитать индуктивность рассеяния Ls и вычислить частоту среза по ВЧ. Но это потом, при необходимости.

Не судите строго, может быть о чём-то забыл упомянуть.

Один маленький интересный совет.
Если есть возможность, то для уменьшения активного сопротивления обмоток, при том же количестве витков, следует выбирать сердечник квадратного сечения.
Для примера:
Сердечник 16 кв см.
Если стороны рабочего керна равны между собой и равны 4 и 4 см, то длина витка (не считая каркаса) = 16 см.
Изменим размеры сторон. 2 и 8 см = 16 кв.см. Периметр = длине витка =20 см.
4 лишних см. х 2500 витков = 100 лишних метров провода(это только по периметру сердечника).
Для провода 0,3 по меди это 24,8 Ом лишних.
 

 
Выходной трансформатор — почти просто, но не дешево

Введение

Вокруг выходных трансформаторов для ламповых усилителей в последние годы создан некий ореол мистики и таинственности, знания, доступного лишь избранным. Отчасти так и есть, однако… Методики инженерного расчета трансформаторов были разработаны более полувека назад и за эти годы претерпели несущественные изменения лишь в части использования новых магнитных материалов более высокого качества [1]. Основные же принципы и расчетные соотношения остались прежними. Законы физики не изменяются за полста лет…

Расчёт параметров выходного трансформатора

Исходные данные для расчета трансформатора определяются в процессе расчета оконечного каскада усилителя. Ими являются — выходная мощность, приведенное сопротивление нагрузки в цепи анода, индуктивность первичной обмотки и индуктивность рассеяния трансформатора [2].

Определение необходимых размеров магнитопровода

Первоначально надо определить требуемый габарит магнитопровода. Пригодность имеющегося железа можно ориентировочно оценить по условию:

Расчет активного объёма сердечника

где Vc — активный объем стали;

Расчет активного объёма сердечника

L1 — расчетная индуктивность первичной обмотки, Гн;

UA — амплитуда напряжения на зажимах первичной обмотки, В;

FH — нижняя граничная частота, Гц;

Bmax — максимальная амплитуда магнитной индукции, Гс.

S — площадь сечения магнитопровода, см2;

lC — средняя длина магнитной силовой линии, см.

Для броневого магнитопровода средняя длина магнитной силовой линии рассчитывается, как:

Расчет длины магнитной силовой линии для броневого магнитопровода

А для стержневого:

Расчет длины магнитной силовой линии для стержневого магнитопровода

где обозначения соответствуют принятым на Рис. 1.

Расчет длины магнитной силовой линии для стержневого магнитопровода

Рис. 1 Основные размеры магнитопроводов

При оценке габаритов магнитопровода величину Вmax следует ориентировочно принять равной 7000 — 8000 Гс для пластинчатых и 10000 Гc для витых разрезных наборов железа.

Экспериментальное определени индукции трансформатора

Для дальнейших расчетов максимальное значение индукции Вmax желательно определить экспериментально на выбранном железе. С этой целью на каркас трансформатора наматывается пробная обмотка в 100 витков и включается в схему по Рис. 2. Магнитопровод при этом должен быть собран без зазора. Плавно увеличивая напряжение на обмотке с помощью ЛАТРа, наблюдают форму тока через нее. В момент появления заметных на глаз искажений формы синусоиды фиксируют напряжение на обмотке (показания прибора V1).

схема для измерения максимального значения индукции

Рис. 2 Схема для измерения максимальной индукции в магнитопроводе

Затем допустимое значение индукции рассчитывают по формуле:

Расчет максимального допустимого значения индукции

где U1 — показания прибора, В;

S — площадь сечения магнитопровода, см2 (чистого железа).

Определение коэффициента трансформации

Расчет конструктивных данных начинают с определения коэффициента трансформации, который, при заданной величине сопротивления нагрузки усилителя, обеспечит расчетную величину анодной нагрузки выходной лампы.

Расчет коэффициента трансформации

где n — коэффициент трансформации;

N1 — число витков первичной обмотки;

N2 — число витков вторичной обмотки;

RA — расчетная величина сопротивления анодной нагрузки лампы, Ом;

RH — сопротивление нагрузки усилителя, Ом;

К — КПД трансформатора.

Величина КПД однотактных трансформаторов на мощности 5 — 30 Вт обычно лежит в пределах 0,8 — 0,9. За значение сопротивления нагрузки усилителя желательно принять величину, равную:

Расчетное значение сопротивления нагрузки усилителя

где Rном — номинальное сопротивление акустической системы;

Rmin — минимальное сопротивление акустической системы в рабочем диапазоне частот.

Такая величина является компромиссной с точки зрения обеспечения как расчетного сопротивления анодной нагрузки лампы в номинальных условиях с одной стороны, так и коэффициента демпфирования с другой.

Расчёт числа витков первичной обмотки

Число витков первичной обмотки вычисляется из условия непревышения максимально допустимого значения индукции в магнитопроводе:

где U1M — максимальная амплитуда напряжения на зажимах первичной обмотки, В;

ВМП — максимально допустимая амплитуда переменной составляющей индукции, Гс.

Расчет числа витков первичной обмотки

где ВM — изморенное ранее значение максимальной индукции, Гс.

Опыт расчета и изготовления значительного количества разнообразных трансформаторов (как выходных, так и межкаскадных) позволяет сделать вывод, что значение ВМП не должно превышать 3500 — 4000 Гс для пластинчатых магнитопроводов (шихтованных) и 5000 Гс для витых разрезных (ленточных). Следует отметить, что витые сердечники, несмотря на более высокие качественные параметры в силовых трансформаторах, несколько уступают пластинчатым для применения в выходных. Искажения сигнала, вносимые трансформатором из-за нелинейности характеристики В/Н при использовании витых магнитопроводов проявляются при меньших значениях индукции, хотя, после появления, нарастают медленнее.

Это явление объясняется тем, что магнитный поток концентрируется во внутренних витках магнитопровода, где длина силовой линии короче. В результате сердечник постепенно насыщается, начиная от внутренних слоев и заканчивая внешними. Внутренние слои оказываются насыщенными гораздо раньше внешних, что проявляется в виде небольшого искривления характеристики намагничивания железа даже при средней индукции 4000 — 6000 Гс. Более высокое качество железа витых сердечников несколько смягчает этот эффект, но полностью устранить не может.

Количество витков первичной обмотки можно определить и по другой формуле, исходя из условия обеспечения расчетной индуктивности:

где L1 требуемая индуктивность обмотки, Гн;

m — магнитная проницаемость материала сердечника при заданных ампер-витках постоянного подмагничивания.

Однако, практика показывает, что расчет по формуле (10) приводит к заниженному числу витков по сравнению с (8), а это недопустимо из-за резкого роста искажений на низких частотах вследствие насыщения магнитопровода.

Только при высокой нижней граничной частоте (более 100 — 150 Гц) формула (10) дает большее значение числа витков. Кроме того, она неудобна тем, что в расчет входит величина m , зависящая от ампер-витков постоянного подмагничивания, определить которую до экспериментального изготовления трансформатора можно лишь приблизительно по графикам соответствующих зависимостей [1], [3], [4].

Расчёт числа витков вторичной обмотки

Число витков вторичной обмотки рассчитывается как:

Расчет числа витков вторичной обмотки

Расчёт диаметра провода

Диаметр провода (чистой меди) первичной обмотки:



Формула (13a) справедлива для расчета средней длины витка на броневом сердечнике (Рис. 1а), а формула (13b) — на стрежневом (Рис. Ч в), величина dk (см) — толщина материала каркаса.

Диаметр провода вторичной обмотки:

Если вторичная обмотка состоит из нескольких параллельно соединенных секций, то диаметр провода секции рассчитывают как:

Размещение обмоток трансформатора

После расчета обмотки необходимо проверить их размещение в окне магнитопровода. Наилучшим считается такое размещение, когда и первичная и вторичная обмотки укладываются в целое число слоев и полностью заполняют окно магнитопровода. Для достижения такого результата допустимо варьировать число витков и диаметр провода обмоток в небольших пределах (до _* 10%).

Заполнение окна магнитопроводаможно проверить по формулам:

где A1 , А2, Aиз — толщины первичной обмотки , вторичной обмотки и межобмоточной изоляции;

р1, р2 — число слоев первичной и вторичной обмоток;

d`1, d`2 -диаметры проводов с изоляцией первичной и вторичной обмоток;

dиз — толщина межслойной изоляции.

Индуктивность рассеяния трансформатора достаточной точностью определяется по формуле;

Расчет индуктивности рассеяния трансформатора

где l0 — средняя длина витка, см;

h' — высота намотки слоя, см;

к — количество секций.

Для получения расчетной величины индуктивности рассеяния, обмотки трансформатора в большинстве случаев необходимо секционировать. Наиболее просто и эффективно выполнить послойное

Рис. 3 Пример размещения обмоток в окне магнитопровода (цилиндрическое секционирование)

(цилиндрическое) секционирование, когда обмотки наматываются на каркас частями, а в конце соединяются последовательно или параллельно. Чаще всего применяют последовательное включение секций первичной обмотки и параллельное — вторичной. Суммарное число секций первичной и вторичной k должно быть таким, чтобы индуктивность рассеяния LS, вычисленная по (17), не превышала найденную при электрическом расчете оконечного каскада. Один из вариантов размещения секций на каркасе приведен на Рис. 3. Необходимо помнить, что общее число секций первичной и вторичной обмотки должно быть нечетным, а крайние секции (т.е. непосредственно лежащая на каркасе и внешняя) должны принадлежать одной обмотке и иметь половинное число витков по отношению к внутренним секциям той же обмотки. Только в этом случае выполняется условие компенсации полей рассеяния соседних секций и индуктивность рассеяния будет соответствовать расчетной.

Если обмотка распределена на двух катушках (стержневые трансформаторы), то секции ее должны чередоваться от одной катушки к другой.

Это условие относится и к двухтактным трансформаторам, где обмотки каждого плеча обязательно должны иметь одинаковое число секций на одном и на другом стержнях магнитопровода.

Определение величины немагнитного зазора

Неотъемлемой конструктивной особенностью трансформатора выходного однотактного каскада является немагнитный зазор между частями магнитопровода. При его отсутствии постоянная составляющая анодного тока выходной лампы, протекающая через первичную обмотку, вызывает насыщение железа и, как следствие, происходит катастрофическое падение магнитной проницаемости и возрастание искажений, вносимых трансформатором. Зазор не позволяет магнитопроводу войти в насыщение от постоянного подмагничивания (поскольку он эквивалентен многократному увеличению длины магнитной силовой линии для постоянной составляющей магнитного потока) и, в то же время, не влечет за собой драматического снижения величины m . Оптимальным является такой немагнитный зазор, при котором индукция, соответствующая постоянной составляющей магнитного потока, находилась бы примерно на середине линейной части характеристики намагничивания. Для наиболее распространенных типов электротехнической стали величина зазора может быть ориентировочно определена по формуле:

I0 — ток постоянного подмагничивания, А;

lC — длина силовой линии, см.

Более точно величину зазора подгоняют экспериментально при номинальном токе подмагничивания, исходя из условий получения наибольшей выходной мощности на нижней граничной частоте и минимальных искажении при половине номинальной выходной мощности на той же частоте сигнала.

Поскольку теоретический расчет оптимального зазора достаточно сложен и требует значительного количества экспериментальных данных о качестве применяемого железа, то представляется более целесообразным использовать практический подбор зазора в готовом трансформаторе.

Паразитные ёмкости и методы борьбы с ними

В заключение следует обратить внимание на такие неприятные и неизбежные явления, как межобмоточная и распределенная емкости трансформатора. Совместно с индуктивностями обмоток (или их частями) и индуктивностями рассеяния, они образуют паразитные колебательные контуры, резонирующие в области верхних звуковых и ультразвуковых частот. Эти резонансы искажают частотную и фазовую характеристики трансформатора (набег фазы из-за распределенной емкости плохо сконструированного трансформатора на высших частотах может достигать 400° — 7000° и, кроме того, быть немонотонным). Радикального средства борьбы с этими явлениями нет, но уменьшить их можно следующими способами:

  1. Равномерной плотной укладкой (виток к витку) обмоток трансформатора.
  2. Использованием межслойной изоляции внутри секций каждой обмотки (бумага 0,05 — 0,1 мм).
  3. Увеличение толщины межобмоточной изоляции (что несколько уменьшает коэффициент заполнения окна, зато существенно снижает междуобмоточную емкость).
  4. Использование магнитопровода расчетного размера. (Увеличение габаритов трансформатора против необходимого введет к росту указанных емкостей, а увеличение длины витка — к росту Ls).
  5. Укладка расчетного числа секций (непомерное увлечение секционированием резко увеличивает междуобмоточную емкость).

Пропитка катушки трансформатора различными компаундами имеет как достоинства, так и недостатки. К первым относится увеличение механической прочности и снижение резонансов конструкции. Ко вторым — увеличение паразитных емкостей и снижение частот паразитных электрических резонансов вплоть до звукового диапазона. Решение о пропитке трансформатора должно приниматься только после тщательного анализа всех "за" и "против".

Заключение

И, наконец, хотелось бы напомнить, что выходной трансформатор — это клубок компромиссов. Не следует гнаться за идеальными параметрами и огромной массой: в 99% случаев улучшение одного параметра ведет к ухудшению нескольких других. Излишнее количество секций увеличивает межобмоточную емкость; излишнее число витков — индуктивность рассеяния и активное сопротивление. Таких примеров множество. При расчете задавайтесь разумными исходными параметрами и не делайте из трансформатора противовес для башенного крана. Не требуйте от трансформатора невозможного, но разумно используйте то, что он может предоставить.

Литература

  1. Цыкни Г.С. Трансформаторы низкой частоты. М., Связьиздат, 1955.
  2. Андронников Д.В. "Три электрода в один такт". "Вестник А.Р.А." No. 3, 1998 г.
  3. Войшвилло Г.В. Усилители низкой частоты на электронных лампах. Изд. 2.
  4. Белопольский И.И. Электропитание радиоаппаратуры. М., Энергия, 1965.
  5. Лукачер. Расчет выходных трансформаторов, ж. Радиофронт No. 22 1935.
Почему и как заменить выходной трансформатор вашего усилителя
Меня часто спрашивают, как модернизация трансформаторов усилителя улучшит тон. Это достаточно простой вопрос, но ответ немного сложен. Прежде всего, давайте рассмотрим, что такое выходной трансформатор и почему кто-то спросит о его замене. Тогда мы перейдем к некоторым вещам, которые следует учитывать при замене трансформатора вашего усилителя.
Выходной трансформатор в двухтактном гитарном усилителе является последней ступенью звукового тракта перед попаданием в динамик - это один из больших металлических блоков, прикрепленных к корпусу усилителя (или динамику, как это иногда наблюдается в старых усилителях).Функция трансформатора заключается в преобразовании сигнала высокого напряжения / слабого тока из силовых трубок усилителя в сигнал низкого напряжения / сильного тока для питания динамиков с низким импедансом. Он отвечает за то, насколько эффективно мощность звука усилителя передается на нагрузку динамиков, и предотвращает передачу сотен вольт (DC) на динамики.

Существуют разные причины, по которым человек хотел бы изменить свой выходной трансформатор, наиболее очевидным из которых является перегоревший или поврежденный блок.Это может произойти, когда усилитель работает без надлежащей нагрузки, например, если динамик не подключен к усилителю или не подключен импеданс динамика, отличный от того, который ищет выходной трансформатор. Другая причина заменить трансформатор - улучшить качество и тон. Поскольку трансформаторы являются самым дорогим компонентом усилителя, производители усилителей обычно сокращают расходы на их размер и качество. В большом трансформаторе просто больше железа, поэтому не только стоимость материала выше, но и вес более тяжелого трансформатора повлияет на стоимость доставки производителя.

Что касается тона и того, как выходной трансформатор влияет на него, я считаю, что выходной трансформатор не меняет символа усилителя. Новый трансформатор не изменит ДНК усилителя и не сделает звук Маршалла похожим на Vox. В конце концов, тон усилителя - это сумма всех его частей - трубок, конденсаторов, проводки, колонок и т. Д. Если бы вы пропустили чистую воду через старый, грязный фильтр для воды, вы бы испортили то, что вода должна была предложить раньше. фильтруется. Это все равно будет вода, но она изменится таким образом, чтобы это не сказалось на том, что могло бы быть.Выходной трансформатор играет очень большую роль, но не все в формировании тона усилителя. Обновление требует того, что усилитель уже есть, а затем улучшает его. Физически большие выходные трансформаторы, как правило, звучат больше, поскольку у них больше окно для прохождения тона. Тон обычно яснее, полнее и правдивее.

Если в ваших планах модернизация или замена выходного трансформатора вашего усилителя, есть несколько вещей, которые следует учитывать. Во-первых, и самое главное, усилитель должен быть отключен, все трубки должны быть удалены, и все напряжения в усилителе должны быть полностью разряжены. Внутри усилителя есть смертельные напряжения, поэтому не обслуживайте свой усилитель, если вы не знаете, как правильно разрядить все напряжение.

Во-вторых, следует помнить о различных стилях монтажа трансформаторов. Существует три основных стиля монтажа: вертикальный, горизонтальный и плоский. Вертикально установленные трансформаторы стоят выше, чем они широкие, с ламинатами в вертикальном положении и концевыми колоколами, расположенными перпендикулярно шасси. Горизонтально установленные трансформаторы по-прежнему имеют вертикальное крепление, но имеют боковые наклоны и шире, чем они высокие.Плоские трансформаторы имеют ламинаты, обращенные горизонтально, а концы колпака расположены вертикально. Следует также отметить, что трансформатор представляет собой крепление с двумя или четырьмя отверстиями, и что монтажные отверстия не будут точно совмещены, если заменяемый трансформатор не является точной копией. В таких случаях необходимо тщательно разметить и просверлить новые монтажные отверстия в корпусе усилителя.

Наконец, убедитесь, что сменный трансформатор физически поместится на шасси и в шкафу, в который он входит.Легко забыть размер динамика и его влияние на пространство, оставленное в корпусе. Измерьте дважды, чтобы избежать разочарования!

Очень важно отметить разводку старого выходного трансформатора. Я часто зажимаю старые провода трансформатора и оставляю немного старого провода, чтобы видеть цвет и местоположение оригинала. Имейте в виду, что зеленый или черный не всегда шлифованный, и что производители часто используют разные цвета для земли. Новый запасной трансформатор должен быть в комплекте со схемой, поэтому обратите на него особое внимание и обратите внимание на правильную проводку.


С новым установленным трансформатором и двойной проверкой всех проводных и паяных соединений пришло время включить усилитель. Прежде чем сделать это, обязательно выключите все горшки. Если первичные выводы трансформатора поменялись местами - это простая ошибка - усилитель издаст громкий визг. И если бы громкость была выше этого визга, это испугало бы жизнь кого угодно. Простая замена выводов, идущих к пластинам силовой трубки, решит эту проблему. Рекомендуется использовать вариатор для постепенного увеличения напряжения усилителя, что облегчает первый рейс нового выходного трансформатора.Когда усилитель работает при полном напряжении, вы должны затем выключить усилитель, установить трубки на место, снова включить его и еще раз проверить смещение на лампе питания. Новый выходной трансформатор должен будет включиться через какое-то время, но все, что осталось, - это наслаждаться улучшенным звучанием вашего усилителя!

Помните, что тон усилителя является суммой всех его частей. Выходной трансформатор является одной очень важной частью, которую легко упустить из виду и которая часто страдает от создателей усилителей с ограниченным бюджетом. Так что экспериментируйте! В конце концов, ваш усилитель - это ваш голос, так почему бы не сделать его лучшим голосом, каким он может быть?


Тим Шредер - президент и главный инженер Schroeder Audio Inc.Чикаго, штат Иллинойс, где он отвечает за проектирование / конструирование нового продукта, а также за наблюдение за ремонтными работами в Schroeder Guitar and Amplifier Repair. schroederaudioinc.com ,
Лучшее качество выходного трансформатора с дешевой ценой

1,00 - 39,00 долларов США / Кусок | 1 шт. (Мин.Порядок)

Перевозка:
Служба поддержки Морские перевозки
,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о