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

Карта намотки выходного трансформатора: Расчет и намотка выходного трансформатора для лампового усилителя

0 Comments

Выходной траснформатор для 6П14П своими руками: инструкция

Автор Andrey Ku На чтение 4 мин Опубликовано

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

Содержание

  1. Требования к трансформаторному изделию
  2. Схема включения
  3. Выходная мощность
  4. Основные характеристики
  5. Намоточные характеристики выходного трансформатора
  6. Последовательность намотки
  7. Параметры трансформатора питания

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.

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).

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).

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.

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.

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.

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.

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

14.4: Трансформеры – Инженерные тексты LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    53027
    • Джеймс М. Фиоре
    • Муниципальный колледж Mohawk Valley

    Трансформаторы широко используются в электротехнической промышленности уже более века. К концу 1800-х годов, начиная с Майкла Фарадея и через ряд ученых и изобретателей, были заложены основы конструкции современного трансформатора.

    Трансформатор имеет три основных применения:

    • Масштабирование напряжения.
    • Изоляция.
    • Согласование импеданса.

    Трансформаторы варьируются от очень маленьких блоков, используемых в системах связи, до крупных блоков распределения энергии, во много раз превышающих размеры взрослого человека. Пара трансформаторов, типичных для устройств бытовой электроники, показана на рис. 10.4.1. . Эти устройства предназначены для работы со стандартными входными напряжениями переменного тока в жилых помещениях (120 вольт в Северной Америке, от 220 до 240 вольт на большей части остальной части планеты) и питающими цепями, которые требуют мощности от 10 до 30 ватт. Блок слева предназначен для установки непосредственно на печатную плату, а блок справа предназначен для монтажа на шасси.

    Рисунок 10.4.1 : Трансформаторы, подходящие для устройств бытовой электроники. Устройство слева оснащено четырьмя отдельными катушками для повышения гибкости.

    Напротив, рис. 10.4.2 показаны трансформаторы, установленные на столбах, используемые для снижения типичного для Северной Америки бытового распределительного напряжения (около 15 кВ) до домашнего напряжения (120 вольт). Эти трансформаторы способны отдавать в 1000 и более раз большую мощность, чем трансформаторы на рис. 10.4.1. . Трансформаторы на этих рисунках ни в коем случае не являются крайностями. Доступны трансформаторы значительно меньшего или большего размера, чем изображенные здесь.

    Трансформаторы используют теорию магнитной цепи для своей работы, как показано ранее в примере 10.3.6. В своей самой простой форме устройство имеет две катушки или обмотки; один для входной стороны (называемой первичной обмоткой) и один для выходной стороны (вторичная обмотка).

    Возможно иметь несколько входных и/или выходных обмоток. Так обстоит дело с трансформатором на левой стороне рисунка 10.4.1. ; он имеет две входные первичные катушки и две вторичные катушки. Как мы увидим, это позволяет использовать различные варианты взаимосвязи. Типичный схематический символ показан на рисунке 10.4.3. . Этот символ подходит для магнитной системы, показанной на рис. 10.3.15, которая имеет две катушки. Вертикальные линии в символе представляют магнитопровод.

    Рисунок 10.4.2 : Группа из трех бытовых силовых трансформаторов.

    Рисунок 10.4.3 : Схематическое обозначение простого трансформатора.

    Масштабирование и изоляция напряжения

    Особенно важным параметром трансформатора является отношение числа витков первичной обмотки \((N_P)\) к числу витков вторичной обмотки \((N_S)\). Это обозначается \(N\) и называется отношением оборотов.

    \[N = \frac{N_P}{N_S} \label{10.13} \]

    Поскольку две обмотки находятся на одном сердечнике и в идеале видят один и тот же поток, отношение напряжения первичной обмотки к вторичной будет равно \(N\) для идеального трансформатора без потерь. Таким образом, если \(N=10\) и первичное напряжение \((V_P)\) равно 60 вольт, вторичное напряжение \((V_S)\) будет равно 6 вольт. Таким образом:

    \[V_S = \frac{V_P}{N} \label{10.14} \]

    Первичный и вторичный появляются как «\(NI\)» потенциалы в магнитопроводе, следовательно, ток изменится обратно с \(N\). Например, если \(N=10\) и первичный ток равен 1 ампер, вторичный ток будет равен 10 ампер. Таким образом:

    \[I_S = N I_P \label{10.15} \]

    Важно отметить, что произведение первичного тока и напряжения должно равняться произведению вторичного тока и напряжения для идеального трансформатора. Такое устройство не рассеивает энергию, а преобразует ее (отсюда и название).

    \[V_S I_S = V_P I_P \label{10.16} \]

    Реальные устройства будут иметь некоторые потери из-за конечного сопротивления провода обмотки, неидеального поведения магнитной цепи и т.п. Вместо номинальной мощности рассеивания силовым трансформаторам присваивается номинальное значение ВА (вольт-ампер), которое обычно считается произведением вторичного напряжения на максимальный вторичный ток. Трансформаторы, подобные изображенным на рис. 10.4.1. имеют мощность в диапазоне от 10 до 30 ВА. Как правило, чем выше рейтинг ВА, тем больше и тяжелее трансформатор. С другой стороны, приложения, использующие сигнальные трансформаторы в системах связи, имеют тенденцию сосредотачиваться на коэффициенте трансформации, а не на номинале ВА, поскольку соответствующие напряжения и токи имеют тенденцию быть небольшими. Обычно их целью является увеличение амплитуды напряжения сигнала.

    Кроме того, поскольку между первичной и вторичной обмотками нет прямого электрического соединения, трансформатор можно использовать исключительно для изоляции. Это функция безопасности. Если \(N=1\), то в идеале напряжение, подаваемое на устройство, не меняется.

    Пример 10.4.1

    Микрофон питается от небольшого трансформатора, который используется в качестве первого каскада предусилителя. Трансформатор имеет первичную обмотку 50 витков и вторичную обмотку 250 витков. Считая трансформатор идеальным, определить выходное напряжение трансформатора, если сигнал с микрофона равен 35 мкВ.

    Поскольку это идеальный трансформатор, коэффициент трансформации показывает, насколько масштабируется входное напряжение. Сначала мы используем уравнение \ref{10.13}, чтобы определить коэффициент поворота.

    \[N = \frac{N_P}{N_S} \номер\]

    \[N = \frac{50}{250} \номер\]

    \[N = 0,2 \номер\]

    Теперь мы используем уравнение \ref{10.14} для определения вторичного напряжения.

    \[V_S = \frac{V_P}{N} \номер\]

    \[V_S = \frac{35 \mu V}{0,2} \номер\]

    \[V_S = 175 \мкВ \номер\]

    Силовые приложения будут использовать \(N\) для масштабирования напряжения, чтобы создать более подходящий или эффективный уровень. Если напряжение снижено \((N>1)\), это называется понижающим трансформатором. Если \(N<1\), он называется повышающим трансформатором. Например, для работы бытовой электроники может потребоваться умеренное напряжение постоянного тока, скажем, 15 или 20 вольт. Для этого стандартное для Северной Америки напряжение «стены» в 120 вольт можно уменьшить с помощью понижающего трансформатора с \(N=5\). 2R\)). Для некоторых приложений могут использоваться разделенные вторичные узлы или несколько вторичных узлов. Отвод по центру является относительно распространенным явлением и используется для разделения вторичной обмотки на две секции с одинаковым напряжением (например, вторичная обмотка с отводом от середины на 24 В будет вести себя как две последовательно соединенные вторичные обмотки на 12 В). Схематическое обозначение трансформатора с вторичной обмоткой с отводом от средней точки показано на рис. 10.4.4. .

    Рисунок 10.4.4 : Схематическое обозначение трансформатора со вторичной обмоткой с центральным отводом.

    Несколько вторичных цепей также распространены и являются более гибкими, чем вторичные с отводом от центра. Несколько вторичных цепей могут быть соединены последовательно для увеличения вторичного напряжения или соединены параллельно для увеличения емкости по току вторичной обмотки (т. е. тока нагрузки).

    Пример 10.4.2

    Силовой трансформатор, показанный на рис. 10.4.5 имеет коэффициент витков 10. Если первичная обмотка подключена к источнику 120 вольт, а вторичная обмотка соединена последовательно с нагрузочным резистором 32 \(\Омега\), определите ток через нагрузочный резистор. Предположим, что это идеальный трансформатор.

    Рисунок 10.4.5 : Схема для примера 10.4.2 .

    Коэффициент витков указывает вторичное напряжение по уравнению \ref{10.4}.

    \[V_S = \frac{V_P}{N} \номер\]

    \[V_S = \frac{120 V}{10} \номер\]

    \[V_S = 12В \номер\]

    Закон Ома можно использовать для определения вторичного тока.

    \[I_S = \frac{V_S}{R_L} \номер\]

    \[I_S = \frac{12V}{32 \Omega} \номер\]

    \[I_S = 375 мА \номер\]

    Как упоминалось ранее, трансформаторы работают с переменным напряжением и током. В отличие от постоянной полярности источников постоянного тока, переменный ток (буквально, переменный ток) меняет полярность напряжения и направление тока. Чтобы определить соотношение фаз между первичной и вторичной обмотками, трансформаторы используют «точечную запись». Точка указывает на положительную полярность напряжения. Это показано на схеме рис. 10.4.6. .

    Рисунок 10.4.6 : Соглашение о точках-трансформерах.

    На первичной стороне ток течет в точку и устанавливает положительную ссылку. В этом случае первичный рассматривается как нагрузка для источника \(E\). На вторичной стороне ток вытекает из точки, а также обозначает положительную ссылку, потому что вторичная обмотка рассматривается как источник нагрузки, \(R\).

    Согласование импеданса

    Третье применение трансформатора — согласование импеданса. Импеданс — это явление переменного тока, которое состоит как из сопротивления, так и из реактивного сопротивления (омическое значение, связанное с конденсаторами и катушками индуктивности). Символом импеданса является Z. Хотя импеданс измеряется в омах, он отличается от обычного сопротивления тем, что является векторной величиной и имеет фазовый угол. Для наших нынешних целей мы можем игнорировать это различие. 1

    Поскольку масштабируются и напряжение, и ток, «представление» источника о нагрузке изменяется. Импеданс источника можно определить по закону Ома как напряжение, которое он производит, деленное на его выходной ток.

    \[Z_P = \frac{V_P}{I_P} \label{10.17} \]

    Из уравнения \ref{10.14} мы знаем, что \(V_P = V_S \cdot N\). Подставляя это в уравнение \ref{10.17}, получаем:

    \[Z_P = \frac{V_S N}{I_P} \label{10.18} \]

    Из уравнения \ref{10.15} мы знаем, что \(I_P = I_S/N\). Подставляя это в уравнение \ref{10.18}, получаем: 92 Z_S \label{10.21} \]

    Таким образом, импеданс источника равен импедансу вторичной обмотки, умноженному на квадрат коэффициента трансформации. Это называется отраженным импедансом.

    Пример 10.4.3

    Предположим, что трансформатор, показанный на рис. 10.4.6 имеет отношение витков 5. Если первичная обмотка подключена к источнику 20 вольт, а вторичная обмотка подключена к нагрузочному резистору 8 Ом, определите первичный ток и отраженное сопротивление. Предположим, что это идеальный трансформатор. 92 \times 8 \Омега \номер\]

    \[Z_P = 200 \Омега\номер\]

    Закон Ома можно использовать для определения первичного тока.

    \[I_P = \frac{V_P}{R_P} \номер\]

    \[I_P = \frac{20V}{200\Omega} \номер \]

    \[I_P = 100 мА \номер\]

    Здесь вступает в действие согласование импеданса. В предыдущем примере, если бы источник \(E\) имел большое внутреннее сопротивление по сравнению с сопротивлением нагрузки, \(R\), и не было трансформатора, было бы значительные потери в системе. Например, если импеданс источника был 10 Ом и он был напрямую подключен к нагрузке 8 Ом без трансформатора, результирующий делитель напряжения вызвал бы большое внутреннее рассеивание мощности в источнике. приводит к неэффективности. С другой стороны, в данной схеме с трансформатором источник видит отраженное сопротивление 200 Ом. Результирующий делитель напряжения между 200 Ом и внутренним сопротивлением источника 10 Ом приводит к очень небольшим потерям, обеспечивая гораздо более эффективную передачу.

    Ссылки

    1 Концепция импеданса подробно описана в сопроводительном тексте «Анализ электрических цепей переменного тока» — еще одном бесплатном ООР.

    Эта страница под названием 14.4: Трансформеры распространяется по лицензии CC BY-NC-SA, ее автор, ремикс и/или куратор — Джеймс М. Фиоре.

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Автор
        Джеймс М. Фиоре
        Лицензия
        CC BY-NC-SA
        Показать оглавление
        да
        Включено
        да
      2. Теги
        1. источник[1]-eng-25024
        2. источник[1]-eng-52764

      Вопрос по выходному трансформатору | diyAudio

      #3