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

Содержание

Трансформаторы сигнальные – БЭК

Согласующие трансформаторы предназначены для передачи сигнала с минимальным искажением и минимальными потерями, работают при частотах от единиц герц до единиц гигагерц. Применяются для подключения и согласования низкоомного источника сигнала или нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление и наоборот. Согласующий трансформатор может быть выполнен по схеме автотрансформатора без гальванической развязки и трансформатора, который вместе с тем обеспечивает гальваническую развязку между участками схемы.

Согласующий трансформатор – широкое понятие, включающее в себя:

  • низкочастотные согласующие трансформаторы,
  • звуковые трансформаторы,
  • высокочастотные согласующие трансформаторы,
  • широкополосные трансформаторы,
  • развязывающие трансформаторы

Низкочастотные согласующие трансформаторы предназначены для работы в усилителях низкой частоты (УНЧ) промышленного и бытового назначения, в системах автоматики и охранных системах, собранных на электронных лампах, полупроводниковых приборах или микросхемах.

Звуковые трансформаторы предназначены для работы в цепях переменного тока звуковой частоты от 10 до 20000 Гц и выше и имеют линейную передаточную характеристику в широком частотном диапазоне. Сигнальные (звуковые) трансформаторы могут применяться в трансляционных линиях оповещения систем ОПС, гражданской обороны и пр., коммуникационных системах для обеспечения перехода с более высокого напряжения в низкое или в качестве согласующих выходных трансформаторов для абонентских громкоговорителей и для ламповых звуковых усилителей класса ”High End”, а также для согласования низкоомных микрофонов с высокоомным входом УНЧ.

Высокочастотные согласующие трансформаторы предназначены для работы на радиочастотах, например, для согласования выхода радиопередатчика с передающей антенной или приемной антенны со входом радиоприёмника.

Широкополосные трансформаторы предназначены для согласования источника сигнала и нагрузки в широкой полосе частот, например от 100кГц до 50 МГц, или от 20Гц до 7 МГц для видеосигнала. Разных вариантов может быть множество. Применяются в аналоговой и цифровой аппаратуре и системах связи, передачи данных, в усилительной, радиоприемной и радиопередающей технике для согласования источника сигнала с линией или линии с приёмником сигнала.

Подробно о применении широкополосных трансформаторов читайте в наше статье Применение широкополосных трансформаторов

Развязывающие трансформаторы предназначены для обеспечения гальванической развязки в цепи сигнала.

Если вы не нашли необходимый трансформатор в нашем магазине, отправьте запрос в свободной форме, мы принимаем заказы на производство и поставку продукции любого количества от 1 и более.

Чтобы оформить заказ на изготовление и поставку согласующих трансформаторов отправьте заявку:

по электронной почте: [email protected]

по факсу: (812) 449- 02-70, 718-82-04

трансформатор звуковой частоты – это… Что такое трансформатор звуковой частоты?

трансформатор звуковой частоты
audio-frequency transformer

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • трансформатор ежовый
  • трансформатор искажающий

Смотреть что такое “трансформатор звуковой частоты” в других словарях:

  • трансформатор звуковой частоты — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN audio frequency transformer …   Справочник технического переводчика

  • Согласующий сигнальный трансформатор звуковой частоты — 22 Согласующий сигнальный трансформатор звуковой частоты Трансформатор звуковой частоты D. Anpassungssignaltransformator der Tonfrequenz E. Matching audio frequency transformer F. Transformateur d’adaptation de fréquence audible Источник: ГОСТ… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Трансформатор — У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения). Трансформатор силовой ОСМ 0,16 Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт …   Википедия

  • Согласующий сигнальный трансформатор — 16. Согласующий сигнальный трансформатор Согласующий трансформатор D. Anpassungssignaltransformator E. Matching transformer F. Transformateur d’adaptation Сигнальный трансформатор, предназначенный для согласования различных полных сопротивлений… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 20938-75: Трансформаторы малой мощности. Термины и определения

    — Терминология ГОСТ 20938 75: Трансформаторы малой мощности. Термины и определения оригинал документа: 73. Асимметрия обмоток трансформатора малой мощности Асимметрия обмоток D. Wicklungsunsymmetrie des Kleintransformators E. Winding asymmetry F.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Усилитель электрических колебаний —         устройство, предназначенное для усиления электрических (электромагнитных) колебаний в системах многоканальной связи, радиоприёмной, радиопередающей, измерительной и др. аппаратуре. Такое усиление представляет собой процесс управления… …   Большая советская энциклопедия

  • Электродинамический громкоговоритель — Низкочастотные электродинамические громкоговорители Электродинамический громкоговоритель это громкоговоритель, в котором преобразование электрического сигнала в звуковой прои …   Википедия

  • Динамики — Громкоговоритель  устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько излучающих головок и, при необходимости, акустическое оформление, электрические устройства (фильтры,… …   Википедия

  • Динамическая головка — Громкоговоритель  устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько излучающих головок и, при необходимости, акустическое оформление, электрические устройства (фильтры,… …   Википедия

  • ГОСТ Р МЭК 60065-2002: Аудио-, видео- и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности — Терминология ГОСТ Р МЭК 60065 2002: Аудио , видео и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности оригинал документа: 2.6 Защита от поражения электрическим током, изоля ция 2.6.1 КЛАСС I Конструкция аппарата, в которой защита от… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • УЛПЦТ(И) — серия унифицированных лампово полупроводниковых цветных телевизоров (с блоком цветности на интегральных микросхемах), выпускавшаяся в СССР с 1972 по 1989 год. Содержание 1 Архитектура 1.1 Блок радиоканала …   Википедия

Как проверить аудио трансформатор

Внутри усилителей, а также многих других электронных устройств, работают аудио трансформаторы и творят волшебство. В то время как многие люди не имеют ни малейшего представления о том, как важен правильный усилитель в музыке, любой музыкальный меломан знает, что усилитель, который функционирует должным образом имеет решающее значение для достижения идеального звучания.
Аудио трансформатор имеет первостепенное значение для правильной работы усилителя. Если звуковой трансформатор не функционирует должным образом, сам усилитель не функционирует должным образом. Хорошая идея состоит в том, чтобы проверять функцию звукового трансформатора довольно часто. Хотя, это может показаться утомительным, но с правильной инструкцией, это просто.

Что такое аудио трансформатор?

У большинства людей есть более чем вероятно, какие-то знания или они просто слышали о трансформаторах. Но, большинство людей сразу представляют себе большие неуклюжие канистры на электрических столбах, думая о трансформаторах. Несмотря на то, что это не совсем то, что аудио трансформатор, все трансформаторы работают одинаково. Трансформатор принимает входной сигнал переменного тока, и у него есть способность превратить его в соответствующий выходной сигнал переменного тока. Процесс происходит без физического соединения. Это возможно, при наличие двух или более витков изолированной ранее проволоки вокруг сердечника из магнитного металла, которые иногда называют обмотками.

С помощью аудио трансформатора, устройство увеличивает или уменьшает напряжение сигнала, а также полное сопротивление цепи. Кроме того, он преобразует схему из сбалансированной в несбалансированную, и наоборот.
 
Типы аудио Трансформаторов

Есть два типа аудио трансформаторов: Тип 1: 1 трансформатор и повышающий / понижающий. Тип 1: 1 трансформатор, который иногда называют разделительным трансформатором, имеет то же количество обмоток на каждой катушке. При этом типе трансформатора импеданс является одинаковым для первичной и вторичной обмотки, и уровень сигнала не изменяется. Тип 1: 1 трансформатор, как правило, помогает решать проблемы звука, которые возникают с использованием нескольких микрофонов путем “подъема” земель от всех устройств. В качестве альтернативы, повышающий / понижающий трансформатор имеет различное число витков на каждой катушке, придавая ему различные импедансы, когда сигнал проходит через него.

 
Перед устранением неисправности

 Когда звуковой трансформатор работает должным образом, видно большую разницу в качестве музыки, которая играет. Тем не менее, если он не работает должным образом, он обеспечивает нерегулярности звука. В то время как не существует проверенный и верный способ найти проблему в оснастке, есть способы, чтобы устранять неполадки, или узнать в чем проблема. Поиск и устранение неисправностей аудио трансформатора являются довольно утомительным занятием. Принимая во внимание все симптомы неисправного звукового трансформатора, следует сделать несколько шагов для тестирования.

Безопасность прежде всего

 Важно, чтобы надлежащие меры безопасности были соблюдены, прежде чем пытаться работать со звуковым трансформатором. Планирование известных опасностей является хорошей идеей; Тем не менее, также важно защитить его от неизвестных опасностей. Лучший способ сделать это с использованием надлежащих мер предосторожности, надев защитные очки, и только с помощью прибора для тестирования напряжения в сети. ( Следует отключить для ремонта).

Необходимое оборудование для тестирования аудио трансформатора

Для эффективного тестирования оборудования такого, как аудио трансформатор, есть определенное оборудование, которое необходимо иметь, в том числе некоторое количество дополнительных кабелей, паяльная станция с контролируемой температурой, цифровой вольтметр с функцией обратного диода, осциллограф с зондом, индуктивности, емкости и сопротивления (LCR-метр.

Тестирование аудио трансформатора

 Аудио трансформаторы сильно различаются в зависимости от марки. Хорошие бренды остаются прохладными даже при значительной нагрузке на них; Тем не менее, дешевый бренд может сильно нагреваться и сделать звук жужжащим даже при минимальной нагрузке. Поэтому выбор в пользу известного бренда является идеальным. Как правило, жужжание указывает на короткое замыкание в обмотке. Если нет выходного сигнала, обмотка обычно вскрывают, чтобы проверить сопротивление. Другие вопросы, которые следует проверить – паяные соединения, предохранители, термисторы, биполярные транзисторы, диоды, провода, переключатели и аппаратное обеспечение. Кроме того, не редкость случается так, что вопросы возникают сразу в нескольких местах. Лучший способ борьбы с этим разочарованием, поглядеть на него, как на  головоломку и исследовать каждый кусок по одному за раз.

Трансформатор – звуковая частота – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Трансформатор – звуковая частота

Cтраница 1

Трансформаторы звуковой частоты отличаются от силовых трансформаторов тем, что они должны пропускать диапазон звуковых частот. Расчет широкополосных трансформаторов звуковой частоты становится весьма трудным при больших полных сопротивлениях и больших мощностях, а также при наличии постоянной составляющей тока хотя бы в одной из обмоток. Для заданного типа трансформатора звуковой частоты относительная трудность расчета более зависит от числа охватываемых октав, чем от действительного диапазона.  [1]

Размеры трансформаторов звуковой частоты на мощность больше нескольких ватт обычно определяются числом витков и размерами сердечника. Последние выбираются с таким расчетом, чтобы не допустить нагрева сердечника и искажения из-за большой величины магнитной индукции на нижнем пределе рабочих частот.  [2]

Устройство состоит из трансформатора звуковой частоты, селенового выпрямителя и выходного фильтра. Вся конструкция монтируется в герметическом кожухе, заполненном маслом. Наружу выведены три входных зажима трансформатора и зажим высокого напряжения. Лампа и остальные элементы генератора монтируются вне кожуха и соединяются с трансформатором обычными монтажными проводами согласно монтажной схеме.  [3]

Конструкция большинства маломощных силовых трансформаторов и трансформаторов звуковой частоты – броневая. Пластины могут быть собраны вперемежку или в стык. Обычно пластины имеют на краях небольшие заусенцы, получающиеся при штамповке, и покрыты тонким слоем окисла. Это позволяет собирать их без дополнительной изоляции и получать небольшие потери.  [5]

Указанные в табл. 5.2 значения кпд и сопротивлений обмоток оптимальны для трансформаторов звуковой частоты с сердечником из трансформаторной стали и низшей рабочей частотой порядка 30 200 гц.  [6]

У сплава 50Н высокая магнитная проницаемость () 1шах 20 000 – s – – 100 000 Гс / Э) и повышенная индукция насыщения ( Bj – не менее 15 000 Гс), его применяют для витых и штампованных сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, трансформаторов звуковых частот, дросселей, реле и деталей магнитных цепей, работающих без подмагничивания или с малыми подмагничивающими полями.  [7]

В, на форму которой очень мало влияют изменения параметров нагрузки. Трансформатор звуковых частот работает уже в ином режиме. Для предотвращения нелинейных искажений величина потока в нем редко достигает значения Bs Так как диапазон изменения рабочих напряжений достаточно большой, магнитная индукция может иметь малые значения, тем самым получается семейство частных петель гистерезиса. С другой стороны, типовой магнитный усилитель при нулевом выходном сигнале имеет петлю гистерезиса силового трансформатора. При номинальном выходном сигнале в материале с хорошей прямоугольностью в течение периода имеет место незначительное изменение потока. Если известны частные петли гистерезиса сердечника, то можно достаточно точно определить вольт-амперные характеристики и другие параметры схемы.  [9]

Использование сбалансированного 200-омного микрофонного кабеля значительно ослабляет помехи благодаря его способности сильно подавлять синфазные сигналы. Хорошие трансформаторы звуковых частот, предназначенные для такого рода применений, имеют электростатический экран между обмотками, что дополнительно уменьшает чувствительность к ВЧ-наводкам. Если радиочастотные помехи недостаточно подавляются этой схемой, как может быть при наличии близко располо – енных передающих станций, можно добавить на входе предусили – еля низкочастотный фильтр.  [11]

Толщину листов магнитного материала сердечника выбирают в соответствии с низшей рабочей частотой трансформатора, сортом материала и размерами сердечника [ Л24, стр. Для трансформаторов звуковых частот с низшей рабочей частотой не выше 100 – f – 200 гц и сердечником из трансформаторной стали толщину пластин обычно берут 0 35 – f – 0 5 мм; при более высокой низшей частоте толщину пластин берут меньше. В трансформаторах звуковой частоты с сердечником из пермаллоя толщину пластин обычно берут в пределах от 0 1 до 0 35 мм, применяя тем более тонкий материал, чем выше низкая частота и магнитная проницаемость материала и чем меньше размеры сердечника.  [12]

Толщину листов магнитного материала сердечника выбирают в соответствии с низшей рабочей частотой трансформатора, сортом материала и размерами сердечника [ Л24, стр. Для трансформаторов звуковых частот с низшей рабочей частотой не выше 100 – – 2иО щ и сердечником из трансформаторной стали толщину пластин обычно берут 0 35 – – 0 5 мм, при более высокой низшей частоте толщину пластин берут меньше. В трансформаторах звуковой частоты с сердечником из пермаллоя толщину пластин обычно берут в пределах от 0 1 до 0 35 мм, применяя тем более тонкий материал, чем выше низкая частота и магнитная проницаемость материала и чем меньше размеры сердечника.  [13]

С выхода дробного детектора через цепочку предыскажений 2R19, 2С19, конденсатор 2С16, разъем 2Ш1, регулятор громкости 6R16 и конденсатор 2С22 напряжение звуковой частоты подается на вход двухкас-кадного усилителя низкой частоты. Нагружена лампа на трансформатор звуковой частоты бТрЗ, к которому подключены динамические головки 2ГД – 36 и ЗГД-38Е.  [14]

В качестве замены текстурированных кремнистых сталей при работе в диапазоне частот 50н – 5000 Гц могут быть использованы более дорогие железоникелевые сплавы 50Н и 45Н с высокой магнитной проницаемостью и высокой индукцией насыщения. Эти сплавы применяются для изготовления ленточных, витых и штампованных магнитопроводов, используемых в малогабаритных силовых трансформаторах и трансформаторах звуковых частот, дросселей, реле и деталей, работающих в широком диапазоне частот преимущественно без подмагничиванйя.  [15]

Страницы:      1    2

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.

 

Подбор выходного трансформатора для двухтактного лампового усилителя / Хабр

В этой статье я попробую немного затронуть вопрос подбора выходного трансформатора для мощного двухтактного лампового усилителя. Имеется ввиду не расчет с нуля под конкретный режим лампы, а именно подбора из готовых вариантов. Подбор, опять же, не идеальный, а приблизительный. Работая с таким трансформатором не факт что получится достичь идеального согласования, максимальной передачи мощности в нагрузку или минимума искажений. Но, по крайней мере, такой усилитель будет работать и что-то выдавать в нагрузку, радуя своего создателя.

Многие любители ТЛЗ предпочитают использовать готовые трансформаторы ТВЗ от советской радиоаппаратуры или готовые покупные, и, соответственно, использовать те же режимы ламп, что и в советской аппаратуре, или режимы ламп, рекомендованные изготовителем трансформаторов. Данная информация пригодится тем, кто хочет спаять что-нибудь теплое и ламповое, но кто совершенно не хочет возиться с намоткой трансформаторов и кого отпугивают цены на готовые трансформаторы, предлагаемые различными фирмами.

Хочу сразу предупредить, в ламповой технике я не силен, изучаю ее походя, в процессе, так сказать. Поэтому некоторые мои рассуждения для специалистов могут показаться весьма наивными.

С чего необходимо начать выбор трансформатора? Наверное, с понимания того, для чего он все-таки нужен. А нужен он для согласования лампы с нагрузкой. Дело в том, что громкоговорители и акустические системы (АС), в большинстве своем, имеют относительно низкое сопротивление (типовые значения сопротивления большинства отечественных АС – 4 или 8 Ом, импортных – 6 Ом), соответственно, в их цепи текут довольно большие токи и на клеммах присутствуют относительно небольшие напряжения. Грубо говоря, через АС с номинальной мощностью 16 Вт и сопротивлением 4 Ом будет протекать ток 2 А, а действующее напряжение на нем будет 8 В (зависимостью импеданса динамика от частоты в этом рассмотрении пренебрежем).

Лампы же наоборот – обычно работают с высокими напряжениями и относительно небольшими токами. Например, для лампы 6П44С, как в моем усилителе, согласно справочнику средний ток анода составляет максимум 100 мА (420 мА допускается в импульсе длительностью 4 мс), напряжение на аноде 250 В (550 В допускается при включении лампы).

Чтобы преобразовать высокое напряжение на лампе в низкое на динамике и низкий ток лампы в большой ток через динамик и необходим трансформатор. 100 мА необходимо трансформировать в 2 А, а 8 В, соответственно, в 160 В. Ориентировочный коэффициент трансформации в этом случае должен быть примерно около 20 (потерями в трансформаторе для простоты изложения пренебрежем).

При этом сопротивление динамика, «пройдя» через такой трансформатор для лампы будет выглядеть как

И поэтому лампа, имеющая довольно большое выходное сопротивление (порядка нескольких килоом) сможет на этот динамик работать. Вообще говоря, лампа в пентодном включении (лучевой тетрод – это тоже пентод) имеет очень высокое выходное сопротивление (по сравнению с триодами), напряжение на аноде лампы очень слабо зависит от тока через нее. Схемотехнически лампа в таком включении является источником тока, а трансформатор, подключенный к ней – работает скорее в режиме трансформатора тока, нежели трансформатора напряжения.

Второе, с чего следует начать выбор трансформатора – это источник сигнала или сам ламповый выходной каскад. Необходимо понять, а сколько мощности в нагрузку мы вообще можем из нее выжать? И это логично, т. к. если лампа максимум может выдать в нагрузку 10 Вт, то припаивать к ней трансформатор на 100 Вт, наверное, будет перебор, трансформатор будет всегда недогружен, габаритная мощность будет использоваться неэффективно (необходимостью запаса по индуктивности первичной обмотки для простоты рассуждений пока тоже пренебрежем).

Рассмотрим двухтактный выходной каскад на лампах 6П44С из нашего усилителя. Сколько же мощности можно из него выжать? Как было указано выше, из справочника, средний ток анода составляет максимум 100 мА (420 мА в импульсе 4 мс), а напряжение на аноде 250 В (550 при включении лампы). Сначала разберемся с напряжением. В двухтактном каскаде лампы работают по очереди, каждая на свою половину первичной обмотки. Средняя точка этой обмотки подключена к источнику питания. Какое максимальное напряжение Uп можно подать на среднюю точку? Когда одна из ламп открывается полностью, напряжение на ее аноде минимально (опять таки для упрощения будем считать что оно равно 0). При этом напряжения на аноде другой, запертой лампы становится равным 2Uп. Максимальное напряжение на запертой лампе по справочнику может достигать 7 кВ, но хотя это в импульсе не более 18 мкс. Поэтому Uп можно выбрать близким к максимальному 250 В, и даже немного больше него, например, с небольшим запасиком – 260 В. Слишком сильное превышение этого напряжения чревато межэлектродными пробоями и высокими электростатическими силами, сокращающие срок службы катода. Максимальный ток анода (в импульсе) может достигать 420 мА. Таким образом, мгновенная мощность двухтактного каскада будет около 260 В∙0,42 А= 109 Вт. Действующая мощность, соответственно, 55 Вт. Это теоретический максимум, который можно получить от данного каскада. Если бы выходное сопротивление ламп было бы равно 0, то вся эта мощность могла бы перейти в нагрузку. Но, как всем известно, выходное сопротивление лампы ненулевое, более того, порядок значений этого сопротивления – килоомы. Условием передачи максимальной мощности от источника в нагрузку является равенство сопротивления этой нагрузки внутреннему сопротивлению источника. Поэтому при расчете трансформатора «с нуля», его, чаще всего, начинают с выбора коэффициента трансформации таким, чтобы сопротивление нагрузки после «прохождения» через трансформатор было равно выходному сопротивлению лампы в выбранной рабочей точке. Хотя обычно высокой точности равенства выходного сопротивления лампы сопротивлению нагрузки не требуется.

Итак, даже в идеальном случае равенства выходного сопротивления лампы сопротивлению нагрузки, в последнюю передается только половина мощности. Вторая половина рассеивается на внутреннем сопротивлении лампы и греет аноды. В нашем случае, из 55 Вт в нагрузку может уйти максимум 22,5 Вт. Но в реальности эта мощность будет еще меньше. Во-первых, из-за неидеального согласования сопротивлений лампы и нагрузки (поскольку мы трансформатор взяли готовый, а не мотали с нуля), во-вторых, из-за потерь в самом трансформаторе (они небольшие, но есть), в третьих, из-за просадки напряжения питания под нагрузкой (если оно выбрано без запаса), в четвертых, по мере износа лампы максимальный ток (и, соответственно, выходная мощность) также будет также постепенно снижаться. Именно по указанным выше причинам в моем усилителе удалось выжать только 20 Вт в нагрузке (напряжение питания в моем усилителе около 230 В, вместо 260).

Попробуем прикинуть, насколько хорошо подходит под эти параметры использованный трансформатор ТН-56. Итак, граничные параметры со стороны ламп: ток в импульсе 420 мА, ток действующий 420мА/1,41=300 мА. Напряжение амплитудное 260 В, напряжение действующее 260В/1,41=184 В. Параметры трансформатора при включении указанным на схеме образом: максимальное действующее напряжения на входных полуобмотках 127 В, максимальный ток 0,44 А, на выходных обмотках на отводе 4 Ом напряжение 12,6 В, ток 3,15 А, мощность 40 Вт, на отводе 8 Ом напряжение 18,9 В, ток 2,36 А, мощность 45 Вт. Коэффициент трансформации (для 4 Ом) 127В/12,6В=10.

Учитывая коэффициент трансформации, действующее значение тока во вторичной обмотке будет 0,3А∙10=3 А, а напряжение 177В/2/10=9,2 В. Почему берем половину напряжения? Потому что даже при идеальном согласовании только одна половина напряжения ушла в нагрузку, вторая упала на внутреннем сопротивлении лампы. Максимальная выходная мощность с ограничением по току получается 3∙3∙4=36 Вт. Максимальная выходная мощность с ограничением по напряжению – 9,2∙9,2/4=21 Вт. Как видим, запас по току еще есть, не весь ток лампы используется, напряжения не хватает. Насколько нужно поднять еще напряжение чтобы использовать полностью запас по току? Посчитаем. Если мы хотим выжать 36 Вт, нам нужно напряжение на вторичной обмотке трансформатора 12 В, тогда напряжение на первичной обмотке трансформатора будет 120 В (все еще не превышает максимальных 127 – трансформатор не войдет в насыщение). Напряжение питания должно быть 120∙2∙1,41=338 В. Как то слишком многовато для лампы, не следует, на мой взгляд, настолько сильно превышать паспортное значение. Хотя, может, и не нужно настолько превышать. Мы же исходили из предположения, что у нас сопротивление нагрузки и лампы согласованы, то есть, равны и напряжение делится между ними поровну. А судя по тому, что в моем усилителе напряжение на нагрузке 9 В достигается уже при напряжении питания 230 В, можно предполагать, что на самом деле сопротивление лампы меньше сопротивления нагрузки и поэтому в нагрузку идет большее напряжение. Для того, чтобы выяснить, насколько хорошо они согласованы, необходимо знать выходное сопротивление лампы. К сожалению, в справочнике на эту лампу этот параметр не указан. А не указан он потому что очень сильно зависит от режима работы лампы. Лучевой тетрод может работать как в пентодном режиме, при этом имея высокое выходное сопротивление, так и в триодном, с низким выходным сопротивлением.

Как измерить выходное сопротивление лампы? Известным способом – путем подключения разных нагрузок и измерения напряжения на них. Сначала подключим нагрузку 4 Ом, измерим напряжение на ней U1, затем к тем же клеммам подключим нагрузку 8 Ом, измерим напряжение на ней U2. Рассчитаем внутреннее сопротивление по формуле

U1, В

U2, В

Ri, кОм

Pвых=1 Вт

2

3,6

3,2

Pвых=5 Вт

4,5

8,6

8,2

Pвых=9 Вт

6

11,5

38,4

Измерения и расчет проведем для 3 уровней выходной мощности 1, 5 и 9 Вт. Данные занесем в таблицу. Как видим, выходное сопротивление лампы по мере увеличения выходной мощности также увеличивается. Кстати, при включении ООС в усилителе, измеренное выходное сопротивление лампы на мощности 1 Вт составило всего 170 Ом. На какое из этих выходных сопротивлений ориентироваться при выборе коэффициента трансформации (если изготавливать трансформатор с нуля) остается непонятным. Получается, для лучевых тетродов при выборе коэффициента трансформации следует ориентироваться не на согласование по сопротивлению, а на согласование по току.

Таким образом, чтобы максимально использовать возможности лампы по току поднимем на ней напряжение, насколько это возможно. В моей схеме усилителя это можно сделать, подключив концы общей точки полуобмоток выпрямителя +230 В не к земле, а к обмоткам 17 В, питающей накалы выходных ламп. Таким образом, напряжение питания выходного каскада можно поднять на 17∙1,41=24 В до 255 В, при этом максимальная выходная мощность подросла до 25 Вт, что неплохо.

Еще больше повысить напряжение в моей схеме с вакуумными выпрямителями не получится – все обмотки уже задействованы. Единственный вариант в этом случае – переходить на полупроводники. Тогда, играясь с обмотками, вполне можно набрать и 340 В. Повышая напряжение, следует иметь ввиду, что повышенное напряжение на аноде лампы скажется на ее долговечной работе, частая и долговременная работа на максимальной мощности (и токе) приведет к быстрой деградации катода. Повышая напряжение также необходимо пропорционально снижать и ток покоя лампы (до 50 мА, например), чтобы рассеиваемая на аноде мощность (50мА∙340В=17 Вт) не превышала максимальные для анода 21 Вт рассеиваемой мощности. При максимальной выходной мощности 36 Вт и идеальном согласовании сопротивления лампы и нагрузки на двух лампах двухтактного каскада будет выделяться также 36 Вт или по 18 Вт на каждой лампе, что в пределах нормы.

При использовании трансформатора ТС-180 вместо ТН-56 в этой же схеме мы получим примерно аналогичные результаты по выходной мощности. Единственное, за счет возможности его ультралинейного включения, большей мощности и большей индуктивности первичной обмотки этот трансформатор выдает менее искаженную синусоиду даже без использования ООС. Результаты по мощности аналогичные потому как там тоже первичная обмотка состоит из таких же двух половин по 127 В, вторичная из 3 секций по 6,8 В, коэффициент трансформации примерно такой же. Но там можно дополнительно включить несколько вторичных обмоток, повышая тем самым коэффициент трансформации. Но никакого существенного выигрыша это не дает, поскольку мощность каскада все равно всего только 55 Вт, из которых некоторая часть по любому уйдет в тепло на анодах. Включив трансформатор с чуть большим коэффициентом трансформации чем требуется, можно, не особо проигрывая в мощности, уменьшить ток через лампы, что положительно скажется на их долговечности.

Поднять выходную мощность можно только одним способом – применить более мощные и высоковольтные лампы, например 6П45С. Прикинем, сколько мощности можно будет выжать из такого каскада в паре с трансформаторами ТС-180.

Для этой лампы ток анода импульсный составляет 800 мА при напряжение на аноде 400 В (700 В включении лампы). Действующее значение тока 567 мА, действующее значение напряжения 283 В. Мощность в каскаде – 160 Вт. При идеальном согласовании сопротивления лампы и нагрузки в последнюю, допустим, удастся передать 80 Вт. Вторые 80 Вт рассеятся на анодах ламп, по 40 Вт в каждой, что немного превышает максимально допустимые 35 Вт. Что можно взять от трансформатора?

Действующее напряжение на первичной обмотке трансформатора будет около 283В/2=142 В. Для работы на этом напряжении можно последовательно синфазно соединить половину сетевой обмотки 127 В, 0,85А и вторичную обмотку 63 В, 0,5 А. При этом, максимальное действующее значение тока от лампы – 0,567А, что немного превышает максимально допустимое для этой обмотки, но не сильно критично. Вторичная обмотка трансформатора 42 В, 0,4 А остается незадействованной. Ее можно употребить для ультралинейного включения. По некоторым данным, использование отдельной независимой обмотки для подачи сигнала на вторую сетку выходной лампы может положительно сказаться на линейности каскада. Коэффициент трансформации при таком включении 190/13,6=14 (для отвода 4 Ом). Напряжение на отводе 4 Ом будет 142В/14=10 В, ток 0,567А∙14= 8 А. Как видно, запас по току опять таки большой, а выходного напряжения не хватает. Да и ток 8 А выходная обмотка не потянет, там максимум 4,7 А. В этом случае повышать напряжение на лампе не будем, а домотаем на трансформаторе еще одну обмотку на 6,8 В, 4,7 А. Это всего 23 витка, домотать не проблема.

Пересчитаем трансформатор. Коэффициент трансформации при таком включении 190/20,4=9,3 (для отвода 4 Ом). Напряжение на отводе 4 Ом будет 142В/9,3=15,2 В, ток 0,567А∙9,3= 5,3 А. Выходная мощность, ограниченная по напряжению 15,2∙15,2/4=57 Вт, по току – 5,3∙5,3∙4=112 Вт. И все равно напряжения не хватает, можно немного повысить анодное напряжение, например до 450 В. Тогда действующее в первичной обмотке будет 160 В, во вторичной обмотке 17,2 В, максимальная мощность, ограниченная напряжением – 74 Вт. При этом ток в выходных обмотках будет 17,2/4=4,3 А, что не превышает максимально допустимый ток обмотки в 4,7 А, но в то же время близок к нему. Наверное, это максимум что можно выжать из данного каскада и данного трансформатора. Что тоже весьма неплохо, это в 4 раза больше чем в исходном усилителе на лампах 6П44С.

Следует отметить, что все приведенные расчеты – очень грубые, “прикидочные”. Для получения более точных данных, необходимо более серьезное моделирование и макетирование с измерением реальных величин.

Трансформаторный шум (гудящий звук трансформаторов)

Шум – неприятный, нежелательный и раздражающий звук. Шум трансформатора, широко известный как «гудящий звук или жужжащий звук» трансформатора, является одной из основных проблем больших трансформаторов. Шум от трансформаторов, установленных рядом с жилым районом или офисом, может раздражать арендаторов.

Даже если в трансформаторе нет движущихся частей, гудение трансформатора или шум трансформатора вызваны явлением, называемым магнитострикцией.

Что такое магнитострикция?

Свойство магнитного материала изменять свою форму или размер, находясь в магнитном поле, известно как магнитострикция. Магнитный материал состоит из областей с однородной магнитной поляризацией. При приложении магнитного поля границы между этими областями смещаются и вращаются, что приводит к изменению размеров материала. А когда магнитное поле убирается, оно возвращается к своей первоначальной форме и размеру.Степень намагничивания зависит от количества магнитного потока или магнитных силовых линий, пересекающих материал.

Почему магнитострикция вызывает шум трансформатора?

Сердечник трансформатора состоит из нескольких слоистых листов кремнистой стали для уменьшения потерь в сердечнике и теплового эффекта. Когда применяется переменное напряжение, создается переменное магнитное поле, которое расширяется и сжимает сердечник дважды в течение полного цикла приложенного переменного напряжения. Например, если частота приложенного напряжения составляет 50 Гц, сердечник меняет свою форму в 200 раз (100 расширений и 100 сокращений).Кроме того, эти структурные изменения неодинаковы по каждому листу.

Предоставлено: https://federalpacific.com/

Поскольку сердечник состоит из нескольких листов, расширение и сжатие каждого листа относительно друг друга вызывает вибрацию сердечника и приводит к шуму . Эти изменения размеров обычно очень малы и поэтому не видны невооруженным глазом. Количество производимого шума зависит от величины магнитного потока.

Теперь мы знаем, что вызывает шум трансформатора или гудение трансформатора.Поскольку это связано с изменениями размеров трансформатора, эффект ограничивается не только воздушным шумом, но и механическими колебаниями. Следовательно, очень важно снизить уровень вибрации сердечника.

Снижение шума трансформатора техники

Поскольку магнитострикция связана с величиной магнитного потока, для уменьшения магнитострикции необходимо уменьшить величину магнитного потока. Но уменьшить количество флюса не так просто, как кажется.

Трансформаторы

разработаны с учетом системных требований.Следовательно, количество витков обмотки рассчитывается на основе напряжения в системе и других практических соображений. Следовательно, уменьшить количество витков для уменьшения количества магнитного потока не получится. Следовательно, единственный способ уменьшить шум – правильно сконструировать сердечник. Устранение воздушных зазоров в сердечнике за счет использования пластин одинаковой толщины, использования меньшего количества болтов, надлежащего лакирования пластин и плотного и равномерного зажима сердечника может помочь. Помимо этого, установка трансформатора в кожух или использование акустических демпфирующих материалов также может помочь в уменьшении шума.

Взаимосвязь между шумом трансформатора и нагрузкой

Гул трансформатора будет немного больше на холостом ходу и уменьшается при увеличении нагрузки. Это происходит из-за тока намагничивания, который вызывает несбалансированное магнитное поле между первичной и вторичной обмотками (вторичный ток равен нулю во время холостого хода, что вызывает дисбаланс поля).

Увеличивается ли шум трансформатора с возрастом?

Как вы уже догадались, с возрастом шум увеличивается.Клей, удерживающий слои сердцевины, со временем разрывается, что приводит к увеличению шума.

Помимо магнитострикции, электромеханические силы, существующие в обмотке трансформатора и системах охлаждения, также способствуют шуму трансформатора.

Допустимые уровни шума

Трансформаторы и соответствующие уровни шума согласно NEMA ST-20 следующие.

кВА Стандартный уровень звука NEMA
0-9 40 дБ
10-50 45 дБ
51-150 50 дБ
151-300 55 дБ
301-500 60 дБ
501-700 62 дБ
701-1000 64 дБ
Ссылка: https: // www.se.com/us/en/faqs/FA120629/

Подводя итоги

  • Гудящий звук трансформатора возникает из-за магнитострикции сердечника трансформатора.
  • Это связано с расширением и сжатием слоев сердцевины.
  • Частота шума в два раза выше частоты при подаче входного напряжения.
  • Шум может передаваться как по воздуху, так и по земле (вибрации).
  • Шум трансформатора невозможно полностью устранить, но некоторые конструктивные особенности могут помочь в его уменьшении.
  • Нагрузка трансформатора мало влияет на шум.

Трансформеры: волшебно раскрасьте ваш звук

Многие создатели аудио увлечены идеей «аналогового» звука, и мы получаем вопросы о том, как лучше всего добиться этого аналогового звука. Большинство из нас работает в основном в цифровом мире, где плагины моделируют аналоговые устройства, но есть несколько физических устройств, о которых вы должны знать, которые абсолютно обеспечивают этот волшебный аналоговый звук. Это помогает записывать аналоговые источники с помощью вибрационного оборудования, чтобы извлечь выгоду из их аналоговости до того, как какой-либо звук попадет в нашу DAW.В этой статье Барри Рудольф проливает свет на ключевой компонент этого эффекта и на то, как его также можно применить во время сведения и мастеринга. – ред.

В этой статье я хочу поговорить о трансформаторах; их практическое применение и их магическое влияние на аудиосигналы.

Трансформаторы, невзрачные, но важные электронные компоненты, повсеместно используются в профессиональном аудиооборудовании, как в блоке питания, так и в аудиотракте. Аудиотрансформаторы используются в аналоговых консолях, интерфейсах DAW, почти во всем внешнем оборудовании, многих микрофонах, активных мониторных громкоговорителях и усилителях мощности, используемых для мониторных громкоговорителей и систем наушников.Здесь мы сосредоточимся на аудиоприложениях трансформаторов и лишь слегка коснемся источников питания.

Хорошо известное использование аудиопреобразователей – это внутри блока DI или «прямого впрыска», где несимметричный сигнал низкого уровня и высокого импеданса от гитары или баса сбалансирован, согласован по импедансу и буферизирован трансформатором DI для обеспечения хорошего сопряжения. с микрофонным предусилителем. В качестве другого примера, Shure SM-57 содержит миниатюрный трансформатор, который балансирует и согласовывает выход капсюля с микрофонным предусилителем.


(Слева) Звуковой сигнал, подаваемый на первичную обмотку, передается на вторичную обмотку звукового трансформатора. (Справа) Большой аудиопреобразователь марки Hammond. Фактический размер, примерно 4 х 3 х 2 дюйма.

Давайте посмотрим на историю, теорию, применение трансформаторов и где использовать эти полностью пассивные аналоговые устройства в звуковой цепи для достижения максимального эффекта. Я добавил ссылки на несколько моих личных сборок, сделанных своими руками, со списками деталей, схемами и фотографиями.

История и теория

Трансформаторы – одна из старейших технологий, которые до сих пор широко используются во всем мире в электрических сетях и аудиосистемах.Базовая оригинальная конструкция немного изменилась и была названа «регулятором натяжения», когда он был изобретен в 1885 году тремя венгерскими инженерами Отто Титушем Блати, Микшей Дери и Кароли Зиперновски.

Все трансформаторы, будь то звуковые или электрические трансформаторы, работают в соответствии с принципами электромагнитной индукции Фарадея, где переменный ток и напряжение (как силовые, так и звуковые сигналы), протекающие в одну катушку 1 обмотка (называемая первичной) индуцируют напряжение в другой, соседняя катушка (называемая вторичной).Несмотря на то, что две обмотки катушки электрически и физически изолированы друг от друга, металлический сердечник магнитно индуцирует или передает напряжение или мощность от одной катушки к другой. Эта способность называется гальванической развязкой 2 .

Трансформаторы

могут действовать как «редукторы», повышая или понижая напряжение, ток и полное сопротивление между первичной входной катушкой и вторичной выходной катушкой. Трансформаторы часто используются в качестве буфера между различными схемами, например, между выходом микрофонного предусилителя и перед входом эквалайзера в полосе каналов консоли.Этот трансформатор электрически изолирует две цепи, согласовывает импедансы и часто также добавляет немного усиления.

Одной из замечательных особенностей трансформатора является то, что это пассивное устройство, не требующее специального ухода или регулярного обслуживания. Он также не требует дополнительных схем или источника питания для работы; он относительно дешев в производстве (по сравнению с электронными аналогами) и будет работать даже при обратном подключении, то есть понижающий трансформатор, подключенный назад, работает как повышающий трансформатор.


В стабилизаторе напряжения Furman P-2400 используется очень большой тороидальный трансформатор для изоляции оборудования вашей студии от системы электроснабжения здания. Такое устройство может эффективно снизить уровень шума в чувствительном аудиооборудовании. P-2400 подключается к розетке и обеспечивает несколько изолированных электрических розеток для аудиооборудования.

Некоторые подробности

Эффективность и звуковые характеристики аудиопреобразователя во многом зависят от его конструкции, типа провода и способа намотки катушек, а также от типа и размера используемого металлического сердечника.Существует множество различных конструкций сердечников, и для повышения эффективности большинство сердечников трансформаторов изготавливаются из ламинированных листов мягкого железа или стальных сплавов (а не из цельного куска металла), которые сложены друг на друга, как колода игральных карт.

Самая распространенная форма сердечника трансформатора называется сердечником EI-frame 3 , где ламинированные листы разрезаются на части в форме «E» и «I» с первичной и вторичной обмотками, намотанными на горизонтальные стержни «E». Часть «I» закрывает деталь «E» после того, как намотки сделаны.Там, где соединяются E и I, есть небольшой воздушный зазор, который действует как небольшой «выход» для генерируемого магнитного потока. Отвод некоторого потока поднимает точку насыщения сердечника трансформатора 4 .


(слева) Сердечник трансформатора ЭУ. Вы можете видеть пластинки, составляющие E и I. (Справа) Внутренняя часть активного диарект-бокса Bumblebee Bb-DI с тороидальным аудиопреобразователем в желтой обертке. В трансформаторах

также могут использоваться тороидальные сердечники 5 (в форме пончика), где пластинки из мягкого железа представляют собой металлические «О», уложенные друг над другом в виде полого цилиндра.Тороидальные трансформаторы сложнее производить, но они на 50% легче по весу при тех же характеристиках, что и эквивалентные трансформаторы с EI-рамой. Кроме того, тороидальные трансформаторы не излучают столько (если вообще не излучают) вызывающих шум магнитных полей, как трансформаторы с EI-рамой.

Силовые трансформаторы с рамой EI

вызывают излучаемые магнитные помехи в аудиосхемах, поэтому, когда трансформаторы с рамой EI используются в источниках питания, их необходимо осторожно размещать, часто внутри кожухов из мю-металла 6 .А еще лучше просто разместите трансформатор полностью вне экранированного шасси; Многие профессиональные аудиокомпоненты имеют большие силовые трансформаторы EI-frame, установленные на их задней панели, физически отделенные от внутренней части устройства. В аудиосхемах могут использоваться тороидальные трансформаторы или трансформаторы с EI-рамкой, в зависимости от цели конструкции.

Manley и другие производители высококачественной аудиотехники часто устанавливают силовые трансформаторы EI-frame вне корпуса, вдали от чувствительных электронных компонентов и проводки. На фотографии: усилитель мощности Manley’s Snapper® с видимыми, специально разработанными большими трансформаторами.

Из-за своего меньшего размера и эффективности тороидальные трансформаторы популярны, когда они должны быть установлены внутри шасси аудиооборудования. В моем стоечном сатураторе Sonic Farm Xcalibur JC Class-A Pentode Pre-Amp Saturator высотой 1U используется тороидальный трансформатор в источнике питания. Кроме того, в этом стерео микрофонном / линейном предусилителе с высоким коэффициентом усиления есть шесть аудиопреобразователей марки CineMag ™, и каждый из них экранирован металлическими корпусами из мю-металла 6 .


Легендарный трансформатор прямого ящика Jensen ™ JT-DB-E поставляется в собственном металлическом корпусе из мю-металла для превосходной защиты.(Приблизительный размер 1 дюйм x 1 дюйм)

Аудиопреобразователи могут быть изготовлены с сердечником из железа, стали или никеля, а также из сплавов различных металлов, таких как кобальт. Каждый тип сердечника имеет преимущества по размеру, стоимости и электрическим характеристикам, которые также могут влиять на их звуковые характеристики. Как правило, никелевые трансформаторы малогабаритных размеров имеют меньшую звуковую окраску, чем более тяжелые и большие стальные трансформаторы или даже более красочные винтажные трансформаторы с железным сердечником.


Знакомый микрофонный предусилитель API 512 с круглым входным трансформатором для микрофона, экранированным из мю-металла, и большим выходным трансформатором в медной оболочке, установленным на печатной плате.Каждый трансформатор оптимизирует схему и определенным образом влияет на звук.

Где использовать трансформаторы и почему?

Трансформаторы вносят большой вклад в так называемый аналоговый звук многих превосходных аудиопроцессоров. Во всем желанном винтажном снаряжении используются трансформаторы. Ранние усилители-ограничители UA 1176LN использовали как входные, так и выходные аудиопреобразователи линейного уровня, которые составляют большую часть звука этого транзисторного устройства. Пользователи часто просто пропускают звук через 1176 без какого-либо сжатия – просто для усиления с окраской трансформатора.Многие известные ламповые компрессоры и эквалайзеры получают большую часть своего характера от звука своих трансформаторов, а не только их ламп.


Хорошо зарекомендовавший себя ламповый компрессор Altec 436, который использовался на басу Пола Маккартни в 1960-х годах, демонстрирует лампы, установленные на задней панели, а также входные, выходные и силовые трансформаторы.

Каждый аспект конструкции трансформатора влияет на его звук, но по мере того, как на трансформатор подаются более громкие сигналы, сердечник насыщается и происходит отсечение. Это искажение создает больше низкочастотных гармоник, чем высокочастотных, что приводит к теплому и плотному звуку .Даже при уровнях ниже ограничения магнитные свойства сердечника изменяются медленно из-за гистерезиса 7 , что также приводит к дополнительному содержанию низкочастотных гармоник. Каждая конструкция трансформатора обеспечивает свой неповторимый оттенок гармоничной окраски. Во многом именно поэтому оборудование Neve звучит иначе, чем оборудование API.

Что-то вроде сжатия, почти насыщенный трансформатор дает смесь клея и воздуха , неописуемого , заполняющего звуковых промежутков для более связного звука с большим характером и плотностью.Я иногда прогоняю миксы через трансформаторы на единицу без увеличения уровня или насыщенности только для некоторых из этого аналогового клея .

Современная аудиоэлектроника

Одной из целей проектирования современных усилителей звука и других аппаратных процессоров является чистота и отсутствие искажений. Безупречный звук – похвальная цель, особенно когда нужно сохранить и заархивировать звук для мастеринга без добавления шума или гармонических искажений. Однако часто создатели музыки ищут более красочный звук, который возможен только с артефактами насыщенности аналоговых усилителей и процессоров.

Аналоговые консоли, такие как винтажные консоли Neve и API, содержат несколько трансформаторов на пути прохождения сигнала каждого канала. Существует микрофонный предварительный входной трансформатор, микрофонный предварительный выходной трансформатор, межкаскадный трансформатор после эквалайзера, а также выходной трансформатор после фейдера. Это означает, что сигнал, записанный через консоль, проходит через три или четыре трансформатора на пути к вашей DAW. Если вы микшируете на аналоговой консоли, вы пропустите аудиосигнал через другую серию трансформаторов и, в конечном итоге, через стереошину, которая содержит больше трансформаторов.Каждый из этих преобразователей добавляет к сигналу тонкий цвет, насыщенность и искажения и увеличивает аналоговость финального микса.

Используется

Если вы работаете «из коробки» и хотели бы использовать настоящие трансформаторы для добавления цвета, вы можете использовать многоканальный интерфейс DAW для создания аппаратных вставок в DAW, или вы можете подключить выход микса DAW к аналоговая шина микширования или цепочка мастеринга. Если вы используете аналоговое оборудование в качестве вставок DAW, вы обычно можете просто отсканировать свой микс, но если вы используете цепь шины аналогового микса, вам, вероятно, потребуется записать окончательный микс и / или стемы обратно в DAW в реальном времени.

Существует множество плагинов DAW, которые имитируют эффекты трансформаторов и аналогового насыщения. Эти эмуляции хороши, но они могут звучать несколько двумерно по сравнению с настоящим трансформатором; что всегда звучит лучше для меня.

Простой способ получить аналоговый цвет в миксе – это подключить пару трансформаторов (для стерео) на выходе стереошины непосредственно перед записывающим устройством, будь то обратно в Pro Tools, как я, или на внешнее записывающее устройство . Если вы используете стереоэквалайзер на стереошине, вы можете поэкспериментировать с размещением трансформатора до или после него в цепи.Ваша цепочка может быть: эквалайзером, затем компрессором и / или лимитером, а затем трансформаторами непосредственно перед аналого-цифровым преобразователем или входом DAW.

Пребывание последним в цепочке дает возможность преднамеренно перегрузить трансформаторы до точки, близкой к точке насыщения, при которой повышение уровня будет незначительным. Но здесь нет никаких правил, и я нашел хороший звук, если поставить трансформатор перед лимитером, если на пути уже нет других трансформаторов.

Хороший трансформатор в тракте микширования изменит плотность низких частот – своего рода компрессия, но без явного звука «сжатой» обработки.Звуковое изменение музыкальное и благозвучное – особенно с парой превосходных трансформаторов. Переходные процессы атаки смягчаются степенью смягчения в зависимости от конкретной модели трансформатора и конкретного уровня, на котором вы управляете трансформатором.

Сделай сам


Одна из цветных коробок для пассивных трансформаторов, сделанная Барри, с использованием двух трансформаторов British Carnhill VTB 2281.

Поскольку трансформаторы являются пассивными устройствами, вы можете просто подключить трансформатор с входными и выходными соединениями в соответствии с монтажными схемами производителя и установить трансформатор (ы) в металлический ящик.Никаких источников питания или нестандартных печатных плат. Это простой проект, который позволяет вам вставить настоящий трансформатор, например плагин линейного уровня, на любую звуковую дорожку или микс. Теперь у меня есть пять подвесных коробок со стереотрансформаторами, каждая с разными моделями трансформатора внутри, и все они звучат и насыщаются по-разному.

Несколько известных, популярных винтажных и старых аудиопреобразователей перечислены ниже. Есть много отличных современных трансформаторов, но те, что ниже, известны своим «железным» звучанием.Поищите их, чтобы собрать свой собственный трансформатор.

  • Тороидальные повторяющиеся катушки Western Electric 111C производства 1930-1980 гг. 1960-е годы
  • Haufe RK292 / 46 – от винтажных консолей Neumann
  • United Transformer Corp. UTC типа HA-108X – тоже трудно найти.

В Pro Tools у меня есть ввод / вывод аудиоинтерфейса, предназначенный для каждой части аналогового подвесного оборудования в моей стойке.Все аналоговые устройства представлены в виде вставок, как и плагины, включая автоматическую компенсацию задержки. Один путь стереоразъема предназначен для одной из моих коробок-трансформеров, сделанных своими руками.

Смешивание цветов

В качестве инструмента микширования мне нравится моя пара трансформаторов Carnhill британского производства на стерео клавиатурах, таких как рояли или синтезаторные пэды, за которыми обычно следует пара эквалайзеров Pultec. Это выходные трансформаторы модулей ввода Neve (1073/1084), используемых в консолях Series 80 и других продуктах.Они легко доступны NOS (новые-старые-акции) примерно по 50 долларов за штуку.

Поскольку трансформаторы реагируют на уровень сигнала, во всех моих проектах с трансформаторами я добавляю переключатели, чтобы можно было вручную изменить первичные обмотки на соотношение 1: 1 или 4: 1. При соотношении 4: 1 у вас будет около 6 дБ усиления и некоторая дополнительная насыщенность. Технически говоря, при одной настройке первичная обмотка подключена на 600 Ом, а при включенном переключателе первичная обмотка становится на 150 Ом. Вы можете увидеть это более подробно в схемах проекта, включенных со ссылкой на них в конце этой статьи.

Обязанности смешанного автобуса

В подарок я получил пару трансформаторов Malotki E4M-4001B, которые использовались в мастеринг-консолях Neumann в 1960-х. Я установил их в стойку и подключил их к вставке стереошины моей аналоговой системы суммирования SSL Sigma.

32 канала в Sigma обладают огромным динамическим диапазоном и очень чистыми, поэтому сложно получить даже слегка перегруженный звук. Но если я оставлю аналоговые входы от Pro Tools в Sigma «горячими» и вставлю трансформаторы во вставку шины микширования A Sigma, микс начнет звучать как старая аналоговая британская консоль класса A!

Ссылки на проекты «сделай сам», которые вы можете построить!

Ниже приведены ссылки для загрузки планов, списка деталей и схем для создания двух потрясающе звучащих трансформаторных коробок.Я построил их с переключателями для переключения между 600 Ом и 150 Ом на первичной обмотке, чтобы обеспечить более или менее насыщение.

Конечно, вы можете оставить переключатели отключенными и подключить их либо для соотношения 600 Ом, либо 1: 1, либо для 4: 1 с первичными цветами 150 Ом для усиления примерно 6 дБ и большей насыщенности и цвета.

Трансформатор Carnhill имеет больше ответвлений, поэтому я подключил переключатели на 600/150 Ом как для первичной, так и для вторичной обмотки. Всего с четырьмя переключателями и возможностью работать при сопротивлении 150 Ом, вы можете попробовать эту коробку между динамическим микрофоном и микрофонным предусилителем для получения дополнительного цвета трансформатора при записи.

Ссылки на схемы, списки деталей и фотографии DIY-проектов:

Дополнительные ресурсы трансформатора

Глоссарий по терминологии трансформатора
Барри Рудольф

1. Катушка
Также известна как «обмотка» электрического провода вокруг сердечника трансформатора. Трансформатор может иметь множество отдельных обмоток для вывода различных напряжений и / или различных импедансов для согласования с внешним оборудованием.Количество витков или витков провода определяет полное сопротивление обмотки. Обмотка также может иметь «отводы», где точки вдоль обмотки выводятся отдельно. Отношение первичных обмоток к вторичным также определяет коэффициент усиления трансформатора.

2. Гальваническая развязка
Метод электрического и физического разделения цепей, которые могут пропускать сигналы, но блокировать паразитные токи, такие как различия в их путях к земле и посторонние шумы, вызванные внешними источниками.Изолирующий трансформатор, используемый для питания вашего студийного оборудования, сделает ваше оборудование менее чувствительным к шуму и помехам, таким как близлежащие удары молнии. Не все, кроме многих ИБП и линейных регуляторов переменного тока, обеспечивают гальваническую развязку.

3. Конструкция трансформатора с рамой EI
Как показано, многослойные сердечники в форме буквы «E» и «I» образуют наиболее распространенный сердечник трансформатора.

4. Насыщение сердечника или насыщение трансформатора С увеличением тока, протекающего в катушках трансформатора, напряженность магнитного поля увеличивается, но плотность магнитного потока не может увеличиваться дальше.Превышение этого предела переходит в состояние намагничивания, называемое насыщением трансформатора (сердечника) с одновременным и внезапным уменьшением индуктивности насыщенной обмотки. Насыщенность может создавать приятные артефакты искажения звука, такие как усиление низкочастотных гармоник.

5. Тороидальный или тороидальный трансформатор
Обычный трансформатор с сердечником в форме пончика, который сложнее изготовить, но не излучает интенсивные магнитные поля, как обычные сердечники EI. Тороидальные трансформаторы используются в источниках питания в чувствительном к шуму звуковом оборудовании, таком как профессиональные микрофонные предусилители и усилители для проигрывателей виниловых пластинок.

6. Мю-металл или мю-металл
Мягкий (полностью ковкий) ферромагнитный сплав никель-железо с очень высокой проницаемостью или сопротивлением образованию магнитных полей. Му-металл используется для защиты трансформатора от излучения паразитных магнитных полей на близлежащее чувствительное электронное оборудование. Магнитная проницаемость обозначается греческой буквой мю.

7. Гистерезис или эффект гистерезиса
В трансформаторах намагничивание ферромагнетиков (сердечника) из-за переменного магнитного поля отстает от поля.Этот тип гистерезиса создает гармонические искажения, похожие на аналоговую ленту.

Высококачественный трансформатор 60 Вт, 70 В | Атлас IED

Часовой пояс: (UTC-12: 00) Международная линия дат запад (UTC-11: 00) Всемирное координированное время-11 (UTC-10: 00) Алеутские острова (UTC-10: 00) Гавайи (UTC-09: 30) Маркизские острова ( UTC-09: 00) Аляска (UTC-09: 00) Универсальное скоординированное время-09 (UTC-08: 00) Нижняя Калифорния (UTC-08: 00) Универсальное скоординированное время-08 (UTC-08: 00) Тихоокеанское время ( США и Канада) (UTC-07: 00) Аризона (UTC-07: 00) Чиуауа, Ла-Пас, Масатлан ​​(UTC-07: 00) Горное время (США и Канада) (UTC-07: 00) Юкон (UTC- 06:00) Центральная Америка (UTC-06: 00) Центральное время (США и Канада) (UTC-06: 00) Остров Пасхи (UTC-06: 00) Гвадалахара, Мехико, Монтеррей (UTC-06: 00) Саскачеван (UTC-05: 00) Богота, Лима, Кито, Рио-Бранко (UTC-05: 00) Четумаль (UTC-05: 00) Восточное время (США и Канада) (UTC-05: 00) Гаити (UTC-05: 00) Гавана (UTC-05: 00) Индиана (Восток) (UTC-05: 00) Теркс и Кайкос (UTC-04: 00) Асунсьон (UTC-04: 00) Атлантическое время (Канада) (UTC-04: 00 ) Каракас (UTC-04: 00) Куяба (UTC-04: 00) Джорджтаун, Ла-Пас, Манаус, Сан-Хуан (UTC-04: 00) Сантьяго (UTC-03: 30) Ньюфаундленд (UTC-03: 00) Арагуайна (UTC-03: 00 ) Бразилиа (UTC-03: 00) Кайенна, Форталеза (UTC-03: 00) Город Буэнос-Айрес (UTC-03: 00) Гренландия (UTC-03: 00) Монтевидео (UTC-03: 00) Пунта-Аренас (UTC -03: 00) Сен-Пьер и Микелон (UTC-03: 00) Сальвадор (UTC-02: 00) Всемирное координированное время-02 (UTC-02: 00) Среднеатлантическое время – Старый (UTC-01: 00) Азорские острова ( UTC-01: 00) Острова Кабо-Верде.(UTC) Всемирное координированное время (UTC + 00: 00) Дублин, Эдинбург, Лиссабон, Лондон (UTC + 00: 00) Монровия, Рейкьявик (UTC + 00: 00) Сан-Томе (UTC + 01: 00) Касабланка (UTC + 01:00) Амстердам, Берлин, Берн, Рим, Стокгольм, Вена (UTC + 01: 00) Белград, Братислава, Будапешт, Любляна, Прага (UTC + 01: 00) Брюссель, Копенгаген, Мадрид, Париж (UTC + 01: 00) Сараево, Скопье, Варшава, Загреб (UTC + 01: 00) Западная Центральная Африка (UTC + 02: 00) Амман (UTC + 02: 00) Афины, Бухарест (UTC + 02: 00) Бейрут (UTC + 02: 00) Каир (UTC + 02: 00) Кишинев (UTC + 02: 00) Дамаск (UTC + 02: 00) Газа, Хеврон (UTC + 02: 00) Хараре, Претория (UTC + 02: 00) Хельсинки, Киев, Рига, София, Таллинн, Вильнюс (UTC + 02: 00) Иерусалим (UTC + 02: 00) Джуба (UTC + 02: 00) Калининград (UTC + 02: 00) Хартум (UTC + 02: 00) Триполи (UTC + 02:00) Виндхук (UTC + 03: 00) Багдад (UTC + 03: 00) Стамбул (UTC + 03: 00) Кувейт, Эр-Рияд (UTC + 03: 00) Минск (UTC + 03: 00) Москва, С.-Петербург (UTC + 03: 00) Найроби (UTC + 03: 00) Волгоград (UTC + 03: 30) Тегеран (UTC + 04: 00) Абу-Даби, Маскат (UTC + 04: 00) Астрахань, Ульяновск (UTC + 04 : 00) Баку (UTC + 04: 00) Ижевск, Самара (UTC + 04: 00) Порт-Луи (UTC + 04: 00) Саратов (UTC + 04: 00) Тбилиси (UTC + 04: 00) Ереван (UTC + 04:30) Кабул (UTC + 05: 00) Ашхабад, Ташкент (UTC + 05: 00) Екатеринбург (UTC + 05: 00) Исламабад, Карачи (UTC + 05: 00) Кызылорда (UTC + 05: 30) Ченнаи, Калькутта, Мумбаи, Нью-Дели (UTC + 05: 30) Шри-Джаяварденепура (UTC + 05: 45) Катманду (UTC + 06: 00) Астана (UTC + 06: 00) Дакка (UTC + 06: 00) Омск (UTC + 06:30) Янгон (Рангун) (UTC + 07: 00) Бангкок, Ханой, Джакарта (UTC + 07: 00) Барнаул, Горно-Алтайск (UTC + 07: 00) Ховд (UTC + 07: 00) Красноярск (UTC +07: 00) Новосибирск (UTC + 07: 00) Томск (UTC + 08: 00) Пекин, Чунцин, Гонконг, Урумчи (UTC + 08: 00) Иркутск (UTC + 08: 00) Куала-Лумпур, Сингапур (UTC +08: 00) Перт (UTC + 08: 00) Тайбэй (UTC + 08: 00) Улан-Батор (UTC + 08: 45) Евкла (UTC + 09: 00) Чита (UTC + 09: 00) Осака, Саппоро, Токио (UTC + 09: 00) Пхеньян (UTC + 09: 00) Сеул (UTC + 09: 00) Якутск (UTC + 09: 30) Адель помощник (UTC + 09: 30) Дарвин (UTC + 10: 00) Брисбен (UTC + 10: 00) Канберра, Мельбурн, Сидней (UTC + 10: 00) Гуам, Порт-Морсби (UTC + 10: 00) Хобарт (UTC +10: 00) Владивосток (UTC + 10: 30) Остров Лорд-Хау (UTC + 11: 00) Остров Бугенвиль (UTC + 11: 00) Чокурдах (UTC + 11: 00) Магадан (UTC + 11: 00) Остров Норфолк (UTC + 11: 00) Сахалин (UTC + 11: 00) Соломоновы острова., Новая Каледония (UTC + 12: 00) Анадырь, Петропавловск-Камчатский (UTC + 12: 00) Окленд, Веллингтон (UTC + 12: 00) Всемирное координированное время + 12 (UTC + 12: 00) Фиджи (UTC + 12: 00) Петропавловск-Камчатский – Старое (UTC + 12: 45) Острова Чатем (UTC + 13: 00) Всемирное координированное время + 13 (UTC + 13: 00) Нукуалофа (UTC + 13: 00) Самоа (UTC + 14 : 00) Остров Киритимати

Новостная рассылка:

Снижение шума и вибрации трансформатора – DEICON

Трансформатор для снижения шума и вибрации

Вибрация трансформатора (и, следовательно, шум) вызывается магнитострикцией ламинатов сердечника (растяжением и сжатием ламинатов сердечника при намагничивании).При переменных магнитных потоках это растяжение и сжатие происходит дважды в течение нормального цикла напряжения или тока, в результате чего вибрация возникает в основном на частоте 120 Гц и его гармониках более высокого порядка (кратные 120 Гц, т. Е. 240, 360 и т. Д.). Кроме того, вибрация меньшей величины также возникает при частоте 60 Гц и ее нечетных кратных, то есть 180, 300 и т. Д.

Когда трансформаторы жестко (не упруго) установлены на полу (или любой другой поддерживающей их конструкции), их вибрация будет передаваться на опорную конструкцию и распространяться в соседних помещениях (комнатах, офисах, лабораториях и т. Д.)), вызывая раздражающий, утомительный тональный шум. Эту проблему структурного шума можно решить следующими способами:

  • Изоляция сердечника и катушек трансформатора от земли / пола с помощью соответствующих виброизоляторов. В сухих трансформаторах с воздушным охлаждением это означает изоляцию сердечника и катушки от несущей конструкции. Для маслонаполненного блока это означает изолировать сердечник и змеевик от основания резервуара и изолировать основание резервуара от опорной конструкции.
  • Убедиться, что все связи с окружающей средой гибкие.Сюда входят входящие кабели, шины, опорные изоляторы и т. Д. Обратите внимание, что любое жесткое соединение вибрирующего трансформатора с твердой конструкцией будет передавать вибрацию.
  • Не использовать комнату для размещения трансформатора, размеры которого соответствуют половине длины волны частот вибрации / шума трансформатора. То есть, держитесь подальше от акустических резонансов помещения, нарушаемых трансформатором.

Тональный шум трансформатора, установленного рядом с офисным зданием

Снижение передачи структурного шума

Надлежащая виброизоляция трансформатора от его опорной конструкции снижает передачу его вибрации на конструкцию и, таким образом, снижает уровень структурного шума.Виброизоляция трансформатора включает следующие этапы:

  • Изучите гибкость опорной конструкции / пола и посмотрите, как это повлияет на эффективность виброизоляции изоляторов.
  • Обратите внимание, что даже самые жесткие конструкции остаются жесткими только до своей первой резонансной частоты.
  • Выбор схемы виброизоляции (одноступенчатый или двухступенчатый),
  • Это решение обычно принимается в зависимости от спектра корпусного шума, жесткости опорной конструкции и т. Д.
  • Конструкция кронштейнов, позволяющая разместить в конструкции трансформатора изоляторы, и
  • Конструкция жестких упоров на случай, если упруго установленный трансформатор смещается больше, чем должен (например, в случае маловероятного землетрясения).

Снижение передачи воздушного шума

В дополнение к решению проблемы структурного шума необходимо уменьшить распространение воздушного шума. В основном это достигается за счет акустической обработки всех поверхностей (стен, потолка и пола) помещения, в котором находится трансформатор, с помощью звуковых барьеров и звукопоглощающих материалов.Причем для этого помещения следует использовать звуконепроницаемые двери.

Трансформаторы Часть 1

Трансформаторы Часть 1
Верх
Продукты Elliott Sound Руководство по трансформаторам для начинающих – часть 1
© 2001 – Род Эллиотт
Страница опубликована и обновлена ​​в ноябре 2018 г.
Указатель статей
Основной указатель

Содержание – Часть 1
Предисловие

Одна вещь, которая явно сбивает с толку многих, – это идея плотности потока внутри сердечника трансформатора.Хотя это более подробно рассматривается в Разделе 2, важно, чтобы информация из этого раздела запоминалась на каждом этапе чтения этой статьи. Для любого силового трансформатора максимальная плотность магнитного потока в сердечнике достигается при простое трансформатора. Повторюсь, это очень важно …

Для любого силового трансформатора максимальная магнитная индукция достигается, когда трансформатор находится в режиме ожидания.

Идея противоречит интуиции, она даже почти не имеет смысла.Как бы то ни было, это факт, и его отсутствие разрушит ваше понимание трансформаторов. На холостом ходу обратная ЭДС трансформатора почти точно компенсирует приложенное напряжение. Небольшой ток, который течет, поддерживает плотность потока на максимально допустимом значении и представляет потери в стали (см. Раздел 2). Поскольку ток отводится от вторичной обмотки, поток немного падает. Причина этого кроется в конечном сопротивлении обмотки и в законе Ома.

Неважно, что вы понимаете причины этого с самого начала, но – это , важно помнить, что для любого силового трансформатора максимальная плотность потока достигается, когда трансформатор находится в состоянии покоя .Пожалуйста, не забывай об этом.

В другом месте в сети вы найдете утверждения о том, что максимальная мощность, доступная от трансформатора, ограничена насыщением сердечника – это чушь, полная ложь и необходимо игнорировать , иначе вы никогда не поймете трансформаторы правильно,
!
Информация, представленная здесь, является точной и правильной, и любой, кто утверждает иное, неправильно! Это может показаться резким, но, тем не менее, это правда.

Еще нужно задуматься об индуктивности трансформатора. Принято считать, что трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку, но … это верно только при отсутствии нагрузки или при очень небольшой нагрузке . Когда трансформатор нагружен до номинальной мощности резистивной нагрузкой, индуктивной составляющей можно пренебречь. Когда любой трансформатор подает что-либо от 5% до 100% от его полного тока нагрузки, индуктивная составляющая подавляется током нагрузки, и фазовый угол (Φ) между первичным напряжением и током минимален.Все это более подробно объясняется ниже.


‘Окружной ток’ (добавлено в июле 2020 г.)

Существует некоторая путаница из-за статьи в Википедии, в которой обсуждаются тороидальные трансформаторы (по состоянию на июль 2020 года). Почти все, что нужно знать, исключено, но есть продолжительная дискуссия об «окружном токе». Во-первых, я не отрицаю, что он существует, но я знаю из многолетнего опыта (наряду с множеством измерений), что это не имеет отношения к 99,9% пользователей.Мне кажется, что страница была взломана кем-то, кто либо хочет показать, насколько он умен, либо просто хочет продвинуть эту конкретную тему по неизвестным причинам.

Стоит отметить, что ссылки, приведенные в статье Википедии, (в основном) бесполезны, и некоторые из них возвращают вас на страницу, где цитируется ссылка. Довольно много людей очень недовольны страницей, и один участник описал ее как «как руководство IBM; полное совершенно правильной, но совершенно бесполезной информации».

Все трансформаторы имеют некоторую «утечку» магнитного потока, и думать иначе… неразумно. Важно то, вызывает ли утечка флюса какие-либо проблемы с разумной компоновкой. Ответ на этот вопрос – «нет». Прокладка даже кабеля динамика через тороидальный трансформатор обычно вызывает «гудение» в динамике (из-за нелинейного тока намагничивания), но это не то, как люди подключают усилители. Точно так же следует избегать прокладки проводов постоянного тока поверх (или в непосредственной близости от) любого трансформатора .Утечка магнитного потока и / или окружной ток вызывают мало проблем для любого, кто понимает, что периферия любого трансформатора электрически враждебна. Единственное корректирующее действие, необходимое для тороидального трансформатора, – это поддержание «безопасного» расстояния, которое обычно должно быть не более 25 мм. Если проводка находится на таком расстоянии (или более), помехи обычно незначительны.

Чтобы доказать (по крайней мере, самому себе), что я не ошибаюсь, я использовал тороидальный трансформатор на 300 ВА и исследовал его во всех направлениях с помощью одного петлевого детектора, усиленного в 1000 раз (да, 60 дБ).Я слушал результат через усилитель и динамик. Как и ожидалось, наибольший поток утечки наблюдается в местах выхода выводов, поскольку при выводе выводов из обмоток возникает разрыв. Петля зонда должна быть в пределах 10 мм или около того от обмоток, чтобы обнаружить что-либо существенное. Выталкивание петли зонда внутрь отверстия в середине трансформатора дало самые высокие показания, но это пространство всегда используется только для монтажного болта.

Я не показывал формы сигналов и амплитуду и не пытался измерить ток, который может возникнуть в контуре с низким сопротивлением.Я этого не делал по одной простой причине – нет точки . Мы, , знаем, что будет утечка магнитного потока и / или «окружной ток», но нам все равно. Это ничего не меняет, и мы все можем продолжать использовать тороидальные трансформаторы, как если бы этих вещей не существовало. Это может быть важно для некоторых коммутационных приложений, где трудно полностью окружить сердечник обмотками, и могут быть другие приложения, где это важно. На блоки питания аудиосистемы это никак не влияет!


Введение

Эта статья посвящена трансформаторам, используемым в типичных электронных проектах, источниках питания и т. Д.Он не , а не , охватывает большие трансформаторы, используемые на подстанциях и в электросети в целом (кроме проходных), хотя обсуждаемые факторы также применимы к этим гораздо более крупным трансформаторам. В машиностроении трансформатор – одна из самых эффективных машин, которые есть в нашем распоряжении, но те, которые используются для распределения и промышленности, являются (большим) шагом вперед по сравнению с теми, с которыми мы обычно работаем.

Основы, которые позволяют нам использовать электромагнетизм, были открыты только в 1824 году, когда датский физик Ганс Эрстед обнаружил, что ток, протекающий по проводу, отклоняет стрелку компаса.Через несколько лет после этого было обнаружено, что движущееся магнитное поле индуцирует ток в проводе. От этой, казалось бы, базовой концепции, область электромагнетизма выросла до такой степени, что общество в том виде, в каком мы его знаем, не существовало бы без множества машин, использующих эти открытия.

Принципы магнитной индукции охватываются законом Фарадея, названным в честь Майкла Фарадея, британского ученого, который впервые количественно оценил вовлеченные процессы (1831 г.). Основные принципы были независимо открыты Джозефом Генри (в честь которого названа единица индуктивности) в 1832 году.«Закон индукции» Фарадея описывает способ, которым (нестатическое) магнитное поле индуцирует ток в проводе, и, наоборот, как ток в проводе создает магнитное поле. Трансформаторы основаны на принципе постоянно меняющегося магнитного поля (создаваемого первичной обмоткой), которое взаимодействует со вторичной обмоткой, генерируя переменное напряжение (и ток при нагрузке) во вторичной обмотке. Экспериментальные данные Фарадея были преобразованы в уравнения Джеймсом Клерком Максвеллом и добавлены и расширены Оливером Хевисайдом.Эмиль Ленц сформулировал концепцию «обратной ЭДС» (электродвижущей силы), где полярность тока в проводе (или обмотке) создает магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, приложенному к обмотке (1834).

Все эти концепции важны, но, к счастью, полное понимание различных законов и формул не является необходимым для понимания того, как работает трансформатор. Я говорю «к счастью», потому что многие вычисления обширны и трудны для большинства нематематиков.Большинство из них даже не является обязательным при проектировании трансформаторов, тем более что существует множество практических правил, которые обычно применяются на этапе проектирования, что упрощает процесс.


Когда вы просматриваете эту статью, вас могут простить за восклицание: «Это для новичков? – этот человек сумасшедший. Я говорю вам, что сумасшедший!» Вероятно, это справедливый комментарий, но трансформаторы не просты, и нет простого способа предоставить всю информацию, которая вам нужна, чтобы правильно их понять.Здесь есть разделы, которые, вероятно, идут немного глубже, чем я изначально предполагал, но были слишком интересны, чтобы их не учитывать. Хотя это может не выглядеть так, информация здесь упрощена. Это не учебник по теории магнитного поля или глубокое обсуждение плотности потока и того, как она рассчитывается. Эти темы не являются обязательными для понимания того, как работает трансформатор или что с ним можно делать.

Есть части этой статьи, которые вы можете пропустить, но я предлагаю вам прочитать их полностью, если сможете.Полное понимание того, в какой степени вы можете спроектировать свой собственный трансформатор, не является целью, но большая часть информации, по крайней мере, интересна и расширит ваши общие знания в области электроники.

Для тех, кто хочет погрузиться глубже, Раздел 2 делает именно это. Рекомендуется к прочтению даже новичкам, поскольку о трансформаторах можно многое узнать, несмотря на их кажущуюся простоту.

Трансформаторы необходимы для всего современного электронного оборудования, и очень мало устройств, которые их не используют.Каждый тип трансформатора имеет определенное применение, и редко бывает, что трансформатор, предназначенный для одного применения, может использоваться для другой (совершенно другой) цели. Это не означает, что «переориентация» невозможна, но вы должны знать, что вы делаете, и какие риски могут вас поджидать, чтобы вызвать горе.

Прежде чем приступить к описанию различных типов, необходимо понять основную теорию. Все трансформаторы используют один и тот же основной принцип, и меняются только самые мелкие детали. Трансформатор работает по принципу магнитной связи для передачи энергии от одной стороны (обмотки) к другой.

Трансформаторы

двунаправленные и будут работать независимо от того, где подключен вход. Они могут работать не так хорошо, как в противном случае, но базовая функциональность не изменилась. Идеальный трансформатор не нагружает источник питания (питает первичную обмотку), если нет нагрузки на вторичную обмотку – в реальных компонентах есть потери, так что это не совсем так, но это предположение можно использовать в качестве основы для понимания.

Силовые трансформаторы указаны в вольт-амперах (ВА).Использование ваттов бесполезно, так как полностью реактивная нагрузка не рассеивает мощность, но все же есть вольты и амперы. Это продукт реального напряжения и тока, который важен – ваттметр может указывать на то, что в нагрузке мало или совсем нет реальной мощности, но трансформатор все еще подает напряжение и ток и нагревается из-за внутренних потери независимо от мощности.

Сердечники трансформатора имеют указанную проницаемость, которая является мерой того, насколько хорошо они «проводят» магнитное поле.Магнетизм будет придерживаться пути наименьшего сопротивления и останется в ядре с высокой проницаемостью с небольшой утечкой. Чем ниже проницаемость, тем больше утечка потока из активной зоны (это, конечно, грубое упрощение, но достаточно хорошо, чтобы дать начальное объяснение этого термина).

Трансформатор может быть изготовлен с использованием различных материалов в качестве сердечника (магнитопровода). К ним относятся …

  • Air – обеспечивает наименьшую связь, но идеально подходит для высоких частот (особенно RF).Проницаемость 1.
  • Железо – неправильное название, поскольку все трансформаторы с сердечником из железа являются стальными с различными добавками для улучшения магнитных свойств. Начальная проницаемость обычно около 500 и выше.
  • Порошковое железо – стальные магнитные частицы, сформированные в сердечник, скрепленные связующим веществом и обожженные при высокой температуре для создания керамический материал с очень хорошими свойствами на средних и высоких частотах (более 1 МГц). Особенно подходит для приложений, где есть значительная составляющая постоянного тока в обмотке или при очень большой мощности.Начальная проницаемость обычно составляет 40-90.
  • Феррит – магнитная керамика, обычно использующая экзотические магнитные материалы для получения чрезвычайно высокой проницаемости и отличных высоких частот. производительность (от 50 кГц до более 1 МГц). Для разных областей применения доступен удивительный диапазон различных составов. Начальная проницаемость примерно от 500 до 9000 и более.

Проницаемость указана выше как «начальная проницаемость» – фактическая проницаемость материалов керна, кроме воздуха (записывается как µ i).Это параметр «слабого сигнала», и он почти всегда уменьшается при значительных уровнях магнитного потока. Фактические характеристики ( эффективная проницаемость µ e) зависят от материала и напряженности поля, и здесь они не рассматриваются. См. Термины и определения (от Hitachi Metals), если вам нужны более полные объяснения.

Технически порошковое железо и ферриты классифицируются как мягкие (см. Ниже) ферриты, но они имеют очень разные характеристики, даже в пределах одного «семейства».Обычно они не подходят для работы на низких частотах, за исключением низких уровней. Ферриты часто используются в качестве трансформаторов сигналов (например, изолирующих трансформаторов для телекоммуникаций или других приложений с малыми сигналами), где высокая магнитная проницаемость делает их идеальным выбором для небольших размеров и высокой индуктивности.

Материалы сердечника обычно классифицируются как «мягкие» – это не имеет ничего общего с их физическими свойствами (все они от твердого до очень твердого), но указывает на их способность сохранять магнетизм (остаточную намагниченность).Магнитно-мягкий материал имеет низкую намагничиваемость и его трудно намагнитить. Твердые магнитные материалы используются для «постоянных» магнитов, и они обладают очень высокой остаточной намагниченностью, то есть сохраняют очень большую часть исходного магнитного поля, которое было наведено в них во время производства.

Во всех импульсных источниках питания используются ферритовые трансформаторы, поскольку обычные пластинки нельзя сделать достаточно тонкими, чтобы предотвратить огромные потери в сердечнике. Для любого основного материала существует множество ограничений.Для низкочастотных источников питания кремнистая сталь с ориентированной зеренной структурой (около 4% кремния) является наиболее распространенной, так как она имеет очень высокую магнитную индукцию до насыщения. Большинство других материалов уступают в этом отношении, что является одной из основных причин, по которым этот материал до сих пор так распространен. К специализированным материалам относятся MuMetal (он же µMetal, Mu-Metal и т. Д.) И Permalloy, и это материалы сердечника (и магнитного экранирования) с очень высокой проницаемостью.

Выше показан небольшой образец некоторых трансформаторов (не в масштабе).Тороидальные трансформаторы и трансформаторы E-I имеют одинаковую номинальную мощность, а также показан небольшой выбор небольших трансформаторов и вставной блок (настенный трансформатор, стенная бородавка и т. Д.).


1. Магнетизм и индуктивности

Трансформатор состоит из двух (или более) катушек индуктивности, имеющих общий магнитный путь. Любые две катушки индуктивности, размещенные достаточно близко друг к другу, будут работать как трансформатор, и чем теснее они соединены магнитным полем, тем более эффективными они становятся.Вот почему пассивные кроссоверные сети громкоговорителей должны иметь индукторы, ориентированные по-разному, чтобы они не работали как трансформатор.

Когда изменяющееся магнитное поле находится вблизи катушки с проволокой (индуктора), в катушке индуцируется напряжение, соответствующее приложенному магнитному полю. Статическое магнитное поле не действует и не генерирует электрическую мощность. Те же принципы применимы к генераторам, генераторам переменного тока, электродвигателям и громкоговорителям, хотя это действительно была бы очень длинная статья, если бы я охватил все существующие устройства магнитного поля.

Когда электрический ток проходит через катушку с проволокой, создается магнитное поле – это работает с переменным или постоянным током, но с постоянным током магнитное поле, очевидно, статично. По этой причине трансформаторы не могут использоваться напрямую с постоянным током, потому что, хотя магнитное поле существует, оно должно быть , изменяя , чтобы индуцировать напряжение в другой катушке. Статическое магнитное поле не может производить выходное напряжение / ток.

Попробуйте этот эксперимент. Возьмите катушку с проводом (для этого подойдет кроссоверная катушка громкоговорителя) и магнит.Подключите мультиметр (желательно аналоговый) к катушке и установите диапазон на наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе. По мере того, как вы перемещаете магнит к катушке или от нее, вы увидите ток, показанный отклонением стрелки измерителя. При повороте магнита в одну сторону сила тока будет положительной, а в другую – отрицательной. Чем выше индуктивность катушки и чем сильнее магнит (и / или чем ближе он к катушке), тем больше будет индуцированный ток.

Двигайте магнит медленно, и сила тока будет меньше, чем при быстром перемещении.Оставьте его неподвижным, и ток вообще не будет, независимо от того, насколько близко может быть магнит. Это принцип магнитной индукции, и он применим ко всем катушкам (действительно, ко всем кускам провода, хотя катушка усиливает эффект).

Если вы теперь возьмете пригоршню гвоздей и поместите их через центр катушки, вы увидите, что ток увеличился во много раз – магнитное поле теперь более сконцентрировано, потому что стальные гвозди образуют лучший магнитный путь (более высокая проницаемость) чем воздух.

Легкость, с которой любой материал может переносить магнитное поле, называется проницаемостью (или, точнее, начальной проницаемостью ), и разные материалы имеют разные проницаемости. Некоторые из них оптимизированы особым образом для конкретных требований – например, сердечники, используемые для трансформатора импульсного источника питания, сильно отличаются от сердечников, используемых для обычных сетевых трансформаторов 50/60 Гц.

Проницаемость сердечников трансформаторов сильно различается в зависимости от материала и применяемой обработки.Проницаемость воздуха равна 1, и большинство традиционных кернов имеют гораздо более высокую (т.е.> 1) проницаемость. Пара заметных исключений – это алюминий и латунь, которые иногда используются для уменьшения индуктивности катушек с воздушным сердечником в радиочастотной (RF) работе. Это гораздо реже, чем ферритовый сердечник, который увеличивает индуктивность и используется для настройки многих ВЧ трансформаторов.

Помимо проницаемости, магнитопроводы (за исключением воздуха) обладают максимальным магнитным потоком, с которым они могут работать без насыщения.В этом контексте насыщение означает то же самое, что и в большинстве других: когда полотенце пропитано, оно не может больше удерживать воду, а когда магнитный сердечник насыщен, он не может больше переносить магнитный поток. В этот момент магнитное поле больше не меняется, поэтому ток в обмотке не индуцируется.

Вероятно, вам не удастся пропитать ногти магнитом, так как между двумя полюсными наконечниками очень большой воздушный зазор. Это означает, что сердечник всегда сможет поддерживать магнитный поток, но эффективность также намного ниже, поскольку магнитная цепь разомкнута.Почти все трансформаторы, которые вы увидите, имеют полностью замкнутую магнитную цепь, чтобы гарантировать, что как можно большая часть наведенного в сердечник магнетизма пройдет через обмотку (и).

В некоторых случаях крошечный воздушный зазор будет намеренно оставлен, и это делается обычно, когда трансформатор или катушка должны выдерживать значительную составляющую постоянного тока, а также переменного тока. Об этом вкратце рассказывается ниже, но больше по этому поводу во втором разделе статьи.


Рисунок 1.1 – Основные принципы работы трансформатора

На Рисунке 1.1 показаны основы всех трансформаторов. Катушка (первичная) подключена к источнику переменного напряжения – обычно это сеть для силовых трансформаторов. Поток, наведенный в сердечник, передается во вторичную обмотку, в обмотке индуцируется напряжение, и через нагрузку создается ток.

На схеме также показаны различные части трансформатора. Это простой трансформатор с двумя обмотками. Первичная обмотка (обозначенная как таковая при проектировании) будет индуцировать магнитное поле в сердечнике в соответствии с током, создаваемым приложенным напряжением переменного тока.Магнитное поле концентрируется сердечником, и почти все оно также проходит через обмотки вторичной обмотки, где индуцируется напряжение. Сердечник в этом случае типичен для конструкции трансформатора «C-Core», где первичная и вторичная обмотки иногда разделены. Более распространенным является «традиционный» тип E-I (ee-eye), который, хотя и несколько не в моде, в наши дни все еще широко используется. Это показано ниже.

Величина напряжения во вторичной обмотке определяется по очень простой формуле, которая определяет отношение витков (N) компонента – это традиционно рассчитывается путем деления витков вторичной обмотки на витки первичной обмотки…

1.1.1 N = Ц / Тп

Tp – это просто количество витков провода, составляющего первичную обмотку, а Ts – количество витков вторичной обмотки. Трансформатор с 500 витками на первичной обмотке и 50 витками на вторичной имеет отношение витков 1:10 (т.е. 1/10 или 0,1)

1.1.2 Vs = Vp × N

В большинстве случаев вы никогда не узнаете количество витков, но, конечно, мы можем просто перевернуть формулу, чтобы соотношение витков можно было вывести из первичного и вторичного напряжений…

1.1.3 N = Vs / Vp

Если напряжение 230 В (естественно, переменного тока) приложено к первичной обмотке, мы ожидаем 23 В на вторичной обмотке, и это действительно то, что будет измеряться. У трансформатора есть дополнительная полезная функция – «трансформируется» не только напряжение, но и ток.

1.1.4 Is = Ip / N

Если в приведенном выше примере из вторичной обмотки потребляется ток 10 А, то логически в первичной обмотке будет измеряться ток 1 А – напряжение уменьшается, но увеличивается ток.Это было бы так, если бы трансформатор был на 100% эффективен, но даже эта самая эффективная «машина», которая у нас есть, к сожалению, никогда не будет идеальной. В результате при потреблении 10 А от вторичной обмотки напряжение будет меньше, чем 23 В, которые были у нас без нагрузки. Это мера регулирования трансформатора, и большая часть падения напряжения происходит из-за сопротивления обмотки.

При использовании больших трансформаторов для национальной энергосистемы, КПД трансформаторов обычно превышает 95%, а некоторых достигает 98% (или даже больше).

Меньшие трансформаторы всегда будут иметь более низкий КПД, но блоки, обычно используемые в усилителях мощности, могут иметь КПД до 90% для больших размеров. Причины потери мощности станут ясны (я надеюсь) по мере нашего продвижения. Пока что для простоты будем считать трансформатор «идеальным» (т.е. без потерь).


Рисунок 1.2 – Ламинирование E-I

Обычный набор для ламинирования E-I все еще широко используется, и стоит упомянуть несколько важных моментов.Центральная ножка всегда в два раза больше ширины внешних ножек для сохранения площади поперечного сечения. Точно так же ламинация «I» и «задняя часть» буквы E имеют такую ​​же ширину (или иногда немного больше) ширины внешних ножек. Окно обмотки – это место, где живут медные обмотки, и в хорошо спроектированном трансформаторе оно будет почти полностью заполнено. Это максимизирует количество меди и снижает резистивные потери, поскольку обмотки имеют максимально возможную толщину.

См. Раздел 2, чтобы узнать, как определяются размеры пластин E и I.Это обычно называют ламинированием без царапин и практически исключает любые потери материала.


2. Терминология магнитного сердечника

Этот список далеко не полный, но его будет достаточно, чтобы вы начали или отпугнули. Я включил символы и единицы только трех из приведенных ниже записей, так как большинство из них не представляют особого интереса.

Коэрцитивная сила – это напряженность поля, которая должна быть применена для уменьшения (или coerce ) остаточного потока до нуля.Материалы с высокой коэрцитивной силой (например, те, которые используются для постоянных магнитов) называются жесткими . Материалы с низкой коэрцитивной силой (используемые для трансформаторов) называются soft .

Эффективная площадь – сердечника – это площадь поперечного сечения центральной ветви для пластин E-I или общая площадь для тороида. Обычно это соответствует физическим размерам сердечника, но поскольку поток может распределяться неравномерно, производитель может указать значение, которое отражает это.

Эффективная длина – сердечника – это расстояние, которое проходит магнитный поток при замыкании цепи. Обычно это близко соответствует среднему физическому размеру сердечника, но поскольку поток имеет тенденцию концентрироваться на внутренних углах пути, производитель может указать значение эффективной длины.

Плотность потока – (символ; B, единица; тесла (Т)) – это просто общий поток, деленный на эффективную площадь магнитной цепи, через которую он течет.

Потоковая связь – в идеальном индукторе магнитный поток, создаваемый одним витком, должен содержаться во всех других витках. Настоящие катушки приближаются к этому идеалу, когда другие размеры катушки малы по сравнению с ее диаметром или если подходящий сердечник направляет поток через обмотки.

Магнитодвижущая сила – MMF можно рассматривать как магнитный эквивалент электродвижущей силы. Это произведение тока, протекающего в катушке, и количества витков, составляющих катушку.

Напряженность магнитного поля – (обозначение: H, единица измерения; амперметры (A m -1 )), когда ток течет в проводнике, он всегда сопровождается магнитным полем. Сила или интенсивность этого поля пропорциональна величине тока и обратно пропорциональна расстоянию от проводника (отсюда и надстрочный индекс -1).

Магнитный поток – (символ:; единица измерения: Веберс (Вб)) мы относимся к магнетизму в терминах силовых линий или магнитных линий, которые являются мерой общей величины магнетизма.

Проницаемость – (символ; µ, единицы: генри на метр (Hm -1 ) определяется как отношение плотности потока к напряженности поля и определяется типом материала в магнитном поле, т. Е. Сердечником Сам материал. Большинство ссылок на проницаемость на самом деле относится к «относительной проницаемости», поскольку проницаемость почти всех материалов изменяется в зависимости от напряженности поля (и в большинстве случаев также от температуры).

Remanence – (или остаток) – это плотность магнитного потока, которая остается в магнитном материале, когда внешнее приложенное поле удаляется.Трансформаторы требуют минимально возможной намагниченности, в то время как постоянные магниты требуют высокого значения намагниченности.

Насыщенность – точка, в которой ядро ​​больше не может принимать больше потока. Когда это происходит, первичный ток трансформатора ограничивается только любым последовательным сопротивлением (например, внешним сопротивлением и сопротивлением обмотки). Насыщение сердечника ограничивает пиковое входное напряжение переменного тока для заданного числа витков первичной обмотки. Начало насыщения обычно довольно постепенное, но может быть очень резким для некоторых материалов с высокой проницаемостью.

Я упоминаю их здесь для полноты картины, но их реальная важность не обсуждается далее в этом разделе. В разделе 2 этой статьи снова рассматриваются термины, и их важность несколько увеличивается в контексте.


3. Как работает трансформатор

Идеальный трансформатор без нагрузки практически не потребляет ток из сети, поскольку это просто большая индуктивность. Весь принцип работы основан на индуцированном магнитном потоке, который не только создает напряжение (и ток) во вторичной обмотке, но также и в первичной! Именно эта характеристика позволяет любой катушке индуктивности функционировать должным образом, а напряжение, генерируемое в первичной обмотке, называется «обратной ЭДС» (электродвижущая сила).Величина этого напряжения такова, что она почти равна (и составляет , фактически, в той же фазе, что и) приложенной ЭДС.

Хотя для определения внутреннего генерируемого напряжения можно выполнить простой расчет, это бессмысленно, поскольку его нельзя изменить. Для синусоидальной формы волны ток через катушку индуктивности отстает от напряжения на 90 градусов. Поскольку наведенный ток отстает на 90 градусов, внутреннее генерируемое напряжение смещается на назад на снова на 90 °, поэтому оно находится в фазе с входным напряжением.Для простоты представьте себе катушку индуктивности или трансформатор (без нагрузки) с приложенным напряжением 230 В. Чтобы эффективная обратная ЭДС сопротивлялась полному приложенному напряжению переменного тока (как и должно быть), фактическая величина наведенного напряжения (обратная ЭДС) составляет чуть менее 230 В. Выходное напряжение трансформатора всегда совпадает по фазе с приложенным напряжением (в пределах нескольких тысячных градуса).

Например … первичная обмотка трансформатора, работающая на входе 230 В, потребляет 15 мА из сети на холостом ходу и имеет сопротивление постоянному току 2 Ом.Обратной ЭДС должно быть достаточно, чтобы ограничить ток через сопротивление 2 Ом до 15 мА, поэтому будет достаточно близко к 229,97 В (30 мВ на 2 Ом составляет 15 мА). В реальных трансформаторах есть дополнительные сложности, которые увеличивают общий ток (в частности, потери в стали и / или частичное насыщение), но принцип не сильно изменился.

Если все это слишком сбивает с толку, не беспокойтесь об этом. Если вы не собираетесь посвятить свою карьеру проектированию трансформаторов, эта информация на самом деле мало полезна для вас, поскольку вы ограничены «реальными» характеристиками компонентов, которые вы покупаете – внутреннее устройство не имеет большого значения.Даже если вы посвятите свою жизнь дизайну трансформеров, эта информация по большей части останется просто любопытством, поскольку вы все еще мало что можете с этим поделать.

Когда вы подключаете нагрузку к выходной (вторичной) обмотке, через нагрузку проходит ток, который отражается через трансформатор на первичную обмотку. В результате первичная обмотка теперь должна потреблять больше тока из сети. Возможно, несколько интригующе то, что чем больше тока потребляется из вторичной обмотки, исходный фазовый сдвиг тока на 90 ° становится все меньше и меньше по мере того, как трансформатор приближается к полной мощности.Коэффициент мощности ненагруженного трансформатора очень низкий, что означает, что, хотя есть вольты и амперы, но есть относительно небольшая мощность. Коэффициент мощности улучшается с увеличением нагрузки и при полной нагрузке будет близок к единице (идеал).

Однако это зависит от нагрузки – нелинейная нагрузка на вторичной обмотке трансформатора отражает нелинейную нагрузку на сеть.

Теперь можно рассмотреть еще один интересный факт о трансформаторах.

Мы будем использовать тот же пример, что и выше.Первичная обмотка 230 В потребляет 1 А, а вторичная обмотка 23 В обеспечивает нагрузку 10 А. Таким образом, согласно закону Ома, сопротивление нагрузки (импеданс) составляет 23/10 = 2,3 Ом. Полное сопротивление первичной обмотки должно составлять 230/1 = 230 Ом. Это соотношение 100: 1, а соотношение оборотов всего 10: 1 – что происходит?

Коэффициент импеданса трансформатора равен квадрату отношения витков …

3.1.1 Z = N²
Трансформаторы

обычно проектируются в зависимости от требуемой мощности, и это определяет размер сердечника для данного материала сердечника.Исходя из этого, можно определить необходимое число витков на вольт, исходя из максимальной плотности магнитного потока, которую может выдержать материал сердечника. Опять же, это сильно зависит от материалов сердечника.

Можно применить эмпирическое правило, согласно которому площадь сердечника для «стандартных» (если действительно существует) стальных пластин (в квадратных сантиметрах) равна квадратному корню из мощности. Таким образом, трансформатору на 625 ВА потребуется сердечник (как минимум) 25 кв. См, если предположить, что проницаемость сердечника составляет около 500, что довольно типично для стандартных пластин трансформатора.Это также предполагает, что материал сердечника не будет насыщаться с плотностью потока, необходимой для получения этой мощности.

Следующим шагом является вычисление количества витков на вольт первичной обмотки. Это зависит от частоты, но для трансформатора с частотой 50 Гц количество витков на вольт (приблизительно) составляет 45, деленное на площадь сердечника (в квадратных сантиметрах). Для трансформатора на 60 Гц требуется меньше витков, и число витков на вольт будет около 38 на площадь жилы. Материалы сердечника с более высокими рабочими характеристиками могут допускать более высокую плотность магнитного потока, поэтому возможно меньшее количество витков на вольт, что увеличивает общую эффективность и регулирование.Эти расчеты необходимо производить с осторожностью, иначе трансформатор перегреется без нагрузки.

Для трансформатора 625 ВА вам потребуется около 432 витков для первичной обмотки 230 В, хотя на практике это может быть меньше этого значения. Кремнистые стали с ориентированной структурой, используемые в трансформаторах более высокого качества, часто допускают более высокий общий магнитный поток на единицу площади, и потребуется меньше витков.

Вы можете определить количество витков на вольт любого трансформатора (по причинам, которые станут яснее по мере продвижения), добавив ровно 10 витков тонкого «звонкового провода» или аналогичного изолированного провода к тестируемому трансформатору, намотанному поверх существующих обмоток.При питании от правильного номинального напряжения питания измерьте напряжение на созданной вами дополнительной обмотке. Разделите количество витков (10) на измеренное напряжение, чтобы получить число витков на вольт для этого трансформатора. Например, если вы измеряете 5 В, трансформатор имеет 2 витка на вольт.

Итак, какая вам польза от этого на земле? Что ж, вы можете быть удивлены тем, что вы можете сделать с этими знаниями. Предположим на мгновение, что у вас есть трансформатор для усилителя мощности приличного размера. Вторичное напряжение составляет 35-0-35 В, что слишком велико для питания цепи предусилителя или даже его источника питания, но вы сможете сделать это с помощью одной обмотки 16 В.Обычно используется другой трансформатор, но вы также можете добавить дополнительную обмотку самостоятельно. С тороидальными трансформаторами это почти слишком просто, но с другими может быть вообще невозможно. Если трансформатор использует (скажем) 2 витка на вольт, всего 32 дополнительных витка провода звонка (или эмалированного медного провода) обеспечат 16 В при типичных 100 мА или около того, которые вам понадобятся. Добавьте 10% запаса, и у вас останется только 36 витков, и это можно будет сделать за несколько минут. Убедитесь, что дополнительная обмотка надежно закреплена лентой хорошего качества (настоятельно рекомендуется использовать каптон, если вы можете его достать). , а не , используйте обычную электротехническую ленту – она ​​не рассчитана на температуру, при которой трансформаторы могут работать при постоянной нагрузке.

ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что нет никакой возможности дополнительного короткого замыкания обмотки между витками – это вызовет эффектный выход дыма из изоляции, и вы можете повредить сам трансформатор.


3.1 Насыщение ядра

Ток намагничивания, указанный или измеренный для любого трансформатора, обычно представляет собой комбинацию истинного тока намагничивания (который обычно очень низкий) и тока насыщения, который может составлять до половины расчетного тока полной нагрузки для небольших трансформаторов.Любой трансформатор с сердечником (кремнистая сталь, феррит и т. Д.) Перейдет в насыщение, если первичное напряжение холостого хода будет увеличено достаточно сильно. Это более подробно рассматривается в Части 2, Разделе 12.1.

Насыщение сердечника достигается, когда пиковое входное напряжение является достаточным для достижения сердечником максимального номинального магнитного потока. Когда плотность потока слишком высока, сердечник больше не может принимать больше и насыщается. Форма волны насыщения показана в разделе 2, и хотя вы можете увидеть указанный «ток намагничивания» трансформатора, это почти всегда первичный ток холостого хода, включая ток насыщения .

Нереалистично ожидать, что какой-либо сетевой трансформатор останется значительно ниже насыщения на всех рабочих уровнях. Это потребовало бы, чтобы ядро ​​было намного больше и дороже, чем обычно. Когда плотность потока сердечника превышает примерно 1,4 Тесла (кремнистая сталь), он начинает насыщаться. Как только сердечник на полностью насыщен на , он больше не существует, и ток ограничивается только сопротивлением цепи. Это недопустимо, но частичное насыщение на холостом ходу является обычным явлением, и это увеличивает кажущийся ток намагничивания.

Для трансформаторов, используемых в аудиосистеме (клапанные выходные трансформаторы, микрофонные или «линейные» трансформаторы и т. Д.), Сердечник должен работать значительно ниже насыщения при всех возможных напряжениях и частотах, чтобы предотвратить серьезные искажения. Для силовых трансформаторов характерно небольшое насыщение без нагрузки. Хотя это увеличивает ток холостого хода (и температуру) трансформатора, это также позволяет немного лучше регулировать, поскольку используется меньше витков, что снижает сопротивление обмотки.

Насыщение – сложный процесс, который не совсем понятен большинству любителей (и даже некоторым профессионалам).Степень допустимой насыщенности зависит от предполагаемого использования и допустимого искажения. При уменьшении частоты трансформатор будет больше насыщаться, если входное напряжение остается неизменным. Например, силовой трансформатор, рассчитанный на работу с частотой 60 Гц, обычно сильно насыщается на частоте 50 Гц, даже если напряжение правильное. Нормальная работа может быть восстановлена ​​только в том случае, если входное напряжение уменьшается в том же соотношении, что и частота – от 60 Гц до 50 Гц составляет 17%, поэтому входное напряжение также должно быть уменьшено на 17%, чтобы получить расчетный ток «намагничивания».


4. Интересные факты о трансформаторах

Как обсуждалось выше, коэффициент импеданса – это квадрат отношения витков, но это только одна из многих интересных особенностей трансформаторов … (ну, , , в любом случае, думают, что они интересны).

Например, можно подумать, что увеличение числа витков приведет к увеличению плотности потока, поскольку больше витков вносят вклад в магнитное поле. На самом деле, верно обратное, и при том же входном напряжении увеличение числа витков приведет к уменьшению плотности потока и наоборот.Это нелогично, пока вы не поймете, что увеличение числа витков увеличивает индуктивность и, следовательно, уменьшает ток через обмотку.

Я уже упоминал, что коэффициент мощности (и фазовый сдвиг) изменяется в зависимости от нагрузки, и это (хотя и довольно интересно) не имеет для большинства из нас никаких реальных последствий.

Когда мы потребляем ток от вторичной обмотки, возникает очень интересное явление. Поскольку первичный ток увеличивается для питания нагрузки, мы ожидаем, что магнитный поток в сердечнике также увеличится (больше ампер, то же количество витков, больше потока).На самом деле плотность потока уменьшается! В идеальном трансформаторе без потерь в меди магнитный поток останется прежним – дополнительный ток питает только вторичную обмотку. В реальном трансформаторе, когда ток увеличивается, потери увеличиваются пропорционально, и первичное напряжение немного меньше (из-за сопротивления меди), поэтому магнитный поток при полной нагрузке на ниже, чем на , чем при отсутствии нагрузки. Об этом стоит немного пошуметь, так как это широко неправильно понимается. Хотя это уже было указано в начале, это настолько важно, что я повторю это еще раз…

Плотность магнитного потока в трансформаторе максимальна на холостом ходу, и уменьшается при увеличении нагрузки.

Когда вы испытываете трансформатор без нагрузки, первичный ток возникает исключительно из-за тока намагничивания и дополнительного тока, вызванного частичным насыщением (почти все сетевые трансформаторы покажут некоторые свидетельства тока насыщения – см. Часть 2, Раздел 12.1). Предположим, что трансформатор работает от 230 В на первичной обмотке и имеет сопротивление первичной обмотки 10 Ом.Если мы теперь подключим нагрузку к вторичной обмотке, которая вызывает повышение первичного тока до 1 А, эффективное первичное напряжение уменьшится на 10 В (10 Ом × 1 А), поэтому оно упадет до 220 В. Плотность потока уменьшается пропорционально, и при более низком уровне , эффективном напряжении , плотность потока должна быть на меньше, когда ток отводится от вторичной обмотки.

Плотность потока от вторичной обмотки не имеет никакого эффекта, потому что любой дополнительный поток, создаваемый током нагрузки, равен, но противоположен потоку, вызванному первичным током, потому что направление потока тока противоположно (правило правой руки Флеминга).Это (IMO) «периферийная» тема, и она объясняет, почему вторичный ток не увеличивает плотность потока. Настоящая причина того, что магнитная индукция падает на , исключительно из-за сопротивления обмотки. Трансформатор, использующий «сверхпроводники» (нулевое сопротивление) для первичной и вторичной обмоток, будет поддерживать одинаковый магнитный поток независимо от тока нагрузки.


4.1 Индуктивность

Также важно понимать еще один интересный факт о сетевых трансформаторах . Мы склонны полагать, что индуктивность важна – в конце концов, это то, что мешает трансформатору потреблять 10 А или более из сети на холостом ходу.На самом деле индуктивность обычно не является параметром конструкции, а просто результатом правильного расчета количества витков на вольт. Индуктивность также является туманной цифрой, и ее значение составляет , а не константа, но изменяется (или, по крайней мере, кажется, что меняется) в зависимости от условий. Когда у вас есть нужное количество витков первичной обмотки, индуктивность в значительной степени заботится о себе. Быстрый расчет продемонстрирует, что я имею в виду.

Предположим, тороидальный трансформатор на 600 ВА с измеренной индуктивностью 52 Гн при 50 Гц.Формула для индуктивности говорит нам, что ток намагничивания будет …

I mag = В / (2 × π × f × L)
I mag = 230 / (2 × π × 50 × 52) = 14 мА

Однако, когда этот трансформатор испытывается (см. Часть 2 – Ток намагничивания), фактически измеренный ток намагничивания составляет 42 мА – в 3 раза выше ожидаемого. Это происходит потому, что сердечник частично насыщен, а не , а не , потому что индуктивность ниже измеренной или рассчитанной.При работе при (намного) более низком напряжении, когда ток намагничивания не искажается (что означает, что нет насыщения сердечника вообще), ток намагничивания подчиняется формуле, показанной выше. Без насыщения сердечника ток определяется индуктивностью, напряжением и частотой, как и в любой катушке индуктивности. Однако (большинство) трансформаторов не являются индукторами как таковые !

Примечание: Для многих других трансформаторов индуктивность является конструктивным параметром (и очень важным).Это относится к трансформаторам, используемым в импульсных источниках питания, или к аудио трансформаторам, и другим, где критична низкочастотная характеристика. Это только с трансформаторами частоты сети (50 или 60 Гц), где нас действительно не заботит индуктивность, при условии, что ток намагничивания ощутим. «Разумность» определяется тем, как и где используется трансмиссия, и чего хотел достичь дизайнер. Здесь нет никаких «правил» – если он работает, как требуется (и в соответствии с проектной спецификацией), остается при приемлемой температуре, надежен и безопасен, то это все, что имеет значение.

Вот почему производители редко (если вообще когда-либо) указывают индуктивность трансформаторов сетевой частоты. Вместо этого (и если вам повезет) они могут сказать ток намагничивания без нагрузки при номинальном напряжении и частоте. Большинство даже не удосуживаются сказать вам об этом много. В конце концов, вы все равно ничего не можете с этим поделать.

В предисловии я упомянул, что трансформатор не является индуктивным при работе с номинальной нагрузкой. Если мы представим тот же самый трансформатор, описанный выше (индуктивность 52H), он будет потреблять 14 мА индуктивного тока на холостом ходу (без учета насыщения).Ток будет отставать от напряжения на 90 °, а коэффициент мощности, определяемый cos (Φ), равен cos (90) = 0. Если вторичная нагрузка нагружена так, что первичный ток нагрузки составляет всего 14 мА (общий ток теперь составляет 20 мА). , , а не 28 мА, как вы могли предположить), фазовый угол падает до 45 °, а коэффициент мощности увеличивается до cos (45) = 0,707 – при токе нагрузки всего 14 мА !

Если нагрузка такова, что первичный ток составляет около 5% или более номинального значения трансформатора (около 130 мА для трансформатора на 600 ВА), фазовый сдвиг составляет всего несколько градусов (около 5.6 °), а коэффициент мощности близок к единице (0,995 для обсуждаемого гипотетического трансформатора). Однако (и это важно) первичный ток является почти идеальным воспроизведением вторичного тока, и если вторичный ток является нелинейным, то первичный ток также является нелинейным. Выпрямительные и конденсаторные нагрузки, используемые почти во всех линейных источниках питания, имеют низкий коэффициент мощности, но это из-за нелинейности , а не индуктивности .

Итак, для обычных сетевых трансформаторов индуктивность не является частью спецификации и может считаться «случайной».Он должен существовать, чтобы ограничить ток холостого хода до разумного значения, но большая часть тока намагничивания возникает из-за частичного насыщения. Большинство сетевых трансформаторов необходимо испытывать при напряжении значительно ниже заданного входного напряжения сети, чтобы можно было измерить индуктивность. Типичный трансформатор 230 В должен быть измерен при напряжении не более 50-100 В, чтобы получить фактическую индуктивность.

Измерив индуктивность первичной обмотки, вы быстро обнаруживаете, что эти данные бесполезны – вы ничего не можете с ними поделать, и это не поможет вам понять ни на йоту.Отчасти это связано с тем простым фактом, что он меняется. Поскольку плотность потока внутри сердечника изменяется, также изменяется и измеренная индуктивность, так что это действительно бессмысленный параметр в более широкой схеме вещей. Трансформаторы предназначены для получения требуемых напряжения и тока на вторичной обмотке, а процесс проектирования основан на количестве витков первичной обмотки, необходимых для получения ощутимого тока холостого хода («намагничивания»).

Это в значительной степени балансирующий акт. Для данного размера сердечника более высокий ток намагничивания является результатом использования меньшего количества витков на первичной обмотке, и это улучшает регулирование, поскольку провод может быть больше.Однако, если ток холостого хода слишком высок, трансформатор будет перегреваться из-за насыщения сердечника из-за высокого первичного тока. Трансформатор, который никогда не работает на холостом ходу , может быть спроектирован таким образом, чтобы он был намного меньше, чем в противном случае.

Если мы предположим, что трансформатор для конкретного применения должен обеспечивать хорошее регулирование и что он всегда работает только при полной нагрузке, нет причин делать сердечник настолько большим, насколько это было бы необходимо в противном случае. Мы также можем использовать меньше витков и уменьшить резистивные потери.Современные трансформаторы для микроволновых печей попадают в эту категорию – если они работают без нагрузки, ток намагничивания может быть настолько высоким, что трансформатор может перегреться и выйти из строя, но при нормальной работе (питание магнетрона) они идеально подходят для этой работы. Большинство из них также охлаждаются вентилятором, что позволяет им быть еще меньше!

Когда трансформатор работает только с полной нагрузкой, ток намагничивания больше не является важным фактором, и количество необходимых витков основывается на эффективном напряжении на обмотке при полной нагрузке.Трансформатор мощностью 1 кВт обычно может иметь сопротивление первичной обмотки от 1,0 до 1,2 Ом, но если его можно уменьшить, потери в меди также уменьшатся. При 1 кВт первичный ток составляет 4,35 А, и это снизит напряжение, воспринимаемое трансформатором, возможно, на 5–6 В RMS. Вместо того, чтобы разрабатывать трансформатор для приятного низкого тока намагничивания при 230 В, он может быть рассчитан на несколько более высокий ток намагничивания при 225 В – один только ток намагничивания может составлять 1 или 2 А, а может быть и больше.

Попытка измерить индуктивность такого трансформатора – пустая трата времени.Вы сможете измерить это, но чтение не имеет значения. Еще более традиционные сетевые трансформаторы находятся в той же лодке – индуктивность (возможно, с натяжкой) можно считать “ показателем качества ”, но единственное, что действительно имеет значение, – это общий ток намагничивания, включая эффекты частичного насыщения. Не думайте ни на минуту, что обычные сетевые трансформаторы не насыщаются – каждый трансформатор, который я когда-либо измерял, потребляет в 2-5 раз больше тока, чем вы ожидаете, исходя только из одной индуктивности.Конечно, при нормальном рабочем напряжении они неразделимы.

Коэффициент индуктивности любого трансформатора (между первичной и вторичной обмотками) – это квадрат отношения витков. Трансформатор, рассчитанный на сеть 230 В с измеренным выходным напряжением 23 В без нагрузки (полная нагрузка 20 В), имеет коэффициент трансформации 10: 1 (230: 23). Если вы измеряете индуктивность первичной обмотки (скажем) 30 Гн, вторичная индуктивность составляет 300 мГн. Это тоже бесполезно, но может пригодиться, если вы хотите использовать трансформатор в обратном направлении, например, с генератором и усилителем мощности.


4.2 Взаимная индуктивность

Одна из вещей, которая имеет тенденцию вызывать путаницу, связана с тем, как трансформатор «знает», что кто-то пытается взять ток из вторичной обмотки, поэтому первичный ток может быть увеличен пропорционально. Это происходит из-за взаимной индуктивности (также известной как взаимная связь или просто коэффициент связи) между обмотками. Когда две или более обмоток используют одну и ту же магнитную цепь, они связаны магнитным потоком. В идеальном трансформаторе эта связь равна единице, что означает, что любое возмущение на одной обмотке напрямую связано с другой (конечно, с учетом коэффициента трансформации).

Если муфта равна единице, обмотки действуют как единое целое. Электрическое разделение (изоляция) не имеет значения, поэтому попытка отвода тока из вторичной обмотки ничем не отличается от отвода тока от первичной – две обмотки соединены вместе и неразделимы. Конечно, настоящие трансформаторы не идеальны, но (что может удивить) это лишь немного меняет ситуацию. Это ключ к работе трансформатора, но (несмотря на его большое значение) он мало влияет на конструкцию трансформатора.Это также то, что вы не можете изменить – трансформатор такой, какой он есть, а параметры можно изменить только во время разработки.

Индуктивность утечки уменьшает взаимную индуктивность, предотвращая единичную связь. Однако в преобразователях частоты это практически ничего не меняет. Даже «обычные» трансформаторы (с ламинированием E-I) имеют сравнительно низкую индуктивность рассеяния (по сравнению с индуктивностью первичной обмотки), а тороидальные трансформаторы имеют очень низкую индуктивность рассеяния и . Любой поток, который «утекает» из сердечника, не может проходить через две обмотки одинаково, что снижает эффективный поток во вторичной обмотке и уменьшает связь между ними.

Связь такова, что если вы управляете сетевым трансформатором от генератора сигналов с низким импедансом, все, что находится на вторичной обмотке, отражается обратно в первичную. Если нагрузка представляет собой конденсатор, первичная обмотка будет казаться емкостной (опережающий коэффициент мощности). Когда нагрузка представляет собой резистор, первичная обмотка кажется резистивной. Первичная обмотка будет индуктивной только , если нагрузка – индуктор. Чтобы провести этот тест (который нетрудно сделать), ток, потребляемый от вторичной обмотки, должен быть как минимум в 10 раз (а предпочтительно в 100 раз) больше, чем ток намагничивания (ток холостого хода из-за индуктивности первичной обмотки трансформатора.

Например, если трансформатор имеет индуктивность первичной обмотки (при низком напряжении) 100 Гн, ток намагничивания будет около 390 мкА при 50 Гц. Вам необходимо потреблять не менее 39 мА от вторичной обмотки, и этого достаточно, чтобы напряжение и ток в первичной обмотке находились в пределах менее одного градуса друг от друга. Если вы теперь подключите конденсатор, который потребляет такой же ток (это необходимо рассчитать на основе напряжения и частоты), первичная обмотка окажется полностью емкостной.

Это аспект взаимной связи, который редко объясняется, но понимание этой простой концепции означает, что вы можете избежать целой кучи довольно утомительной математики, которая на самом деле не поможет вам понять задействованные принципы.Как знают постоянные читатели, я не буду приводить подробных формул, если они никому не помогут понять, как что-то работает. Это показательный пример. Использование формулы почти ничего не покажет, но если вы запустите тест для себя, вы поймете, как это работает.


4.3 Импеданс

Трансформатор не имеет определенного импеданса. Вы можете извиниться за то, что думаете иначе, но это потому, что некоторые трансформаторы предназначены для выходных каскадов ламповых усилителей или для номинальных сигнальных линий 600 Ом (например).Для выходного трансформатора отношения импеданса определяются для соответствия анодному сопротивлению / импедансу конкретных выходных клапанов и преобразуются в импеданс, подходящий для громкоговорителя. В этой роли важна индуктивность первичной обмотки , потому что она должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить хорошее соединение между лампами и динамиками на самой низкой интересующей частоте.

Это кратко рассматривается в этом разделе и более подробно рассматривается в разделе 2.Хотя индуктивность важна, еще более важно обеспечить, чтобы сердечник оставался вдали от даже частичного насыщения на самых низких частотах. Вот почему хорошие выходные трансформаторы такие большие и дорогие. Однако важно понимать, что, хотя трансформатор разработан и рекламируется как (например) 6 кОм P-P: 8 Ом, это не означает, что сам трансформатор имеет такие импедансы. Значение означает, что означает, что при питании от источника 6 кОм (пара выходных клапанов) выходное сопротивление будет таким, что максимальная мощность будет подаваться на нагрузку 8 Ом.

Точно такой же трансформатор может питаться от источника 3 кОм и выдавать максимальную мощность на нагрузку 4 Ом. Он также работает с более высоким импедансом источника, но тогда индуктивность может быть недостаточно большой для обеспечения хорошего воспроизведения низких частот. Требуемая индуктивность определяется импедансом источника и наименьшей интересующей частотой – обычно 40 Гц для многих ламповых усилителей. Итак, используя приведенный пример, можно определить индуктивность и частоту -3 дБ …

L = Z / (2 × π × f -3 дБ ) (где Z – импеданс источника, а f -3 дБ – частота -3 дБ)
L = 6k / (2 × π × 40) = 24H

Как должно быть очевидно, по мере увеличения импеданса источника требуется больше индуктивности для той же частоты -3 дБ.Это также требует, чтобы поток в сердечнике оставался значительно ниже насыщения. Даже небольшая насыщенность вызывает грубые искажения. Некоторые утверждают, что это искажение не так нежелательно, как можно было бы представить, потому что оно спадает с увеличением частоты. Однако, если низкая и высокая частота передаются одновременно, более высокая частота также будет искажена – как только ядро ​​начинает насыщаться, искажаются все частот, присутствующие в данный момент, а не только частота, вызывающая насыщение.


5. Примеры использования трансформатора

Это лишь краткое описание множества применений трансформаторов. В этом разделе я избегал расходных материалов с переключаемым режимом и представлю только наиболее распространенные линейные приложения. Применение источников питания более полно описано в Разделе 2, а также в статье Проектирование линейных источников питания.

Было бы невозможно охватить все аспекты трансформаторов и их использования, поскольку они очень разнообразны и используются во многих разных вещах.Компьютерные сетевые карты, модемы, усилители мощности и микроволновые печи, автомобильные и морские системы зажигания, катушки Тесла и фонокорректоры с подвижной катушкой, распределение мощности от электростанции до вашего дома … это очень маленькая выборка из разнообразие скромного трансформера (ну, может, не так уж и скромно).


5.1 – Выходной каскад двухтактного клапана

Трансформаторы используются не только в источниках питания, но и в других областях.Почти все ламповые усилители мощности используют трансформатор для выходного каскада, который преобразует высокий импеданс анодов в импеданс громкоговорителя, а также обеспечивает подачу напряжения на выходные клапаны. Здесь не было показано никаких смещений или других компонентов поддержки – для получения дополнительной информации см. Как работают усилители. Еще одна ссылка на ступени клапана находится в разделе «Клапаны».


Рисунок 5.1 – Выходной каскад двухтактного клапана

Рисунок 5.1 показывает, как это работает. Работа первичной обмотки может поначалу вас удивить, но это вполне соответствует всей теории. Показанное напряжение питания составляет 500 В, и мы предполагаем, что клапан может включаться достаточно сильно, чтобы уменьшить его до нуля поочередно на каждом конце обмотки. В действительности это не так, потому что клапаны не имеют достаточно низкого внутреннего импеданса, но это упрощает объяснение.

Ни один из клапанов не будет потреблять значительный ток без сигнала, и потребляемая величина не намагничивает сердечник.Причина проста – через каждую секцию первичной обмотки проходит равный ток, но фактически в противоположных направлениях. Магнитное поле, создаваемое одной половиной обмотки, компенсируется магнитным полем второй половины, оставляя чистый установившийся магнитный поток равным нулю.

Когда клапан V1 полностью включается, напряжение на его конце обмотки уменьшается до нуля, а напряжение на аноде V2 составляет 1000 вольт. Так должно быть, иначе теория трансформаторов развалилась.Первичная обмотка работает как «автотрансформатор». Аналогичным образом, когда V1 выключается, а V2 включается, ситуация меняется на противоположную. Вы вполне можете спросить, зачем вообще нужны 2 клапана? Казалось бы, напряжение от одного клапана вполне способно качнуть напряжение из одной крайности в другую.

Это не так. Поскольку клапан может только включаться, он сможет подавать ток только на половину формы волны. В двухтактной конструкции класса A каждый клапан обычно пропускает 1/2 максимального пикового тока, необходимого на холостом ходу, и полный пиковый ток при включении на максимум до искажения (другой клапан выключен).В случае двухтактной конструкции насыщение сердечника отсутствует из-за постоянного тока (который, как и раньше, компенсируется), поэтому, хотя необходимы два клапана, трансформатор будет меньше и будет иметь гораздо лучшие характеристики. Для несимметричных усилителей класса A требуется очень большой сердечник с воздушным зазором для предотвращения насыщения. Это резко снижает производительность трансформатора, увеличивает искажения и ухудшает низкочастотную характеристику из-за более низкой индуктивности. Также могут отрицательно сказаться высокие частоты, потому что воздушный зазор заставляет часть магнитного потока «просачиваться» из сердечника.Это одна из причин возникновения индуктивности рассеяния (более подробно рассматривается в разделе 2).

Стоит отметить, что эффективный размах размаха по всей первичной обмотке трансформатора составляет 2000 В. Когда V1 полностью включен, он имеет нулевое напряжение (только для нашего примера) на пластине, а V2 имеет напряжение на пластине 1000 В. V1 и V2 имеют одинаковые пики напряжения, но они сдвинуты по фазе на 180 градусов. Таким образом, полное напряжение на трансформаторе является суммой двух напряжений. С точки зрения переменного тока линию питания B + можно рассматривать как нулевое напряжение (помните, что она будет шунтироваться с большой емкостью).

Среднеквадратичное значение напряжения (с учетом синусоиды и игнорирования потерь) легко вычисляется по стандартной формуле …

5.1.1 Vp = Vp-p / 2

Чтобы получить пиковое значение от пика к пику, затем …

5.1.2 Vrms = Vp / √2

Чтобы найти среднеквадратичное значение.

В этом случае размах напряжения составляет 2000 В, поэтому от пика до 1000 В. Среднеквадратичное значение составляет 707 В.


5.2 Выход на несимметричный триод (SET)

Рисунок 5.2 показано базовое устройство выходного каскада усилителя SET. Полный постоянный ток должен протекать через первичную обмотку трансформатора, и, как обсуждалось выше, в сердечнике должен быть воздушный зазор, чтобы предотвратить насыщение. Поскольку воздушный зазор снижает эффективность магнитного пути, сердечник должен быть значительно больше, чем в противном случае.


Рисунок 5.2 – Выходной каскад на несимметричном триоде

Сердечник работает только с одной полярностью потока, которая меняется в зависимости от сигнала.Можно подумать, что одно только это уменьшит искажения, поскольку поток никогда не пересекает нулевую точку, но это не так. По-прежнему необходимо, чтобы поток изменял направление, и характеристики магнитных материалов указывают на то, что сопротивление изменению (а не абсолютная полярность магнитного поля) является доминирующим фактором. Клапан (и первичная обмотка трансформатора) теперь должны пропускать ток, равный пиковому переменному току, требуемому нагрузкой – конечно, в зависимости от коэффициента трансформации.

Максимальное отрицательное колебание (клапан включен) удвоит этот ток и снизится почти до нуля при выключении клапана (положительное колебание). Когда ток уменьшается ниже среднего постоянного (покоящегося) тока, напряжение на трансформаторе увеличивается в противоположной полярности – отсюда и тот факт, что напряжение на пластине превышает напряжение питания. Это одна из областей, где трансформатор на самом деле является индуктором , а работа схемы зависит от накопленного «заряда» индуктора.Вторичная обмотка просто передает напряжение на нагрузку.

Для той же выходной мощности клапан в несимметричной цепи должен быть значительно больше, чем требуется для двухтактной схемы, из-за более высокого рассеяния, необходимого для дополнительного тока. Есть также много других проблем с этой схемой – в частности, высокие искажения и сравнительно высокий выходной импеданс.

Не менее важная проблема заключается в том, что преимущество дополнительного размаха напряжения при использовании трансформатора с центральным ответвлением теперь утрачено, поэтому максимальное эффективное среднеквадратичное напряжение, которое может быть разработано, составляет 353 В – значительное падение первичного переменного напряжения (опять же без учета потерь, это ровно половина).Это означает, что нагрузка клапана выше при том же импедансе динамика, потому что коэффициент трансформации меньше, поэтому мы снова получаем меньшую мощность.

Постоянные читатели знают, что я считаю «НАБОР» мерзостью. Заявленные преимущества в основном видны (или ухом) смотрящего и не выдерживают ни малейшей проверки.


5.3 Приложения линейного уровня Трансформаторы

также используются для «линейных» приложений с низким энергопотреблением, как правило, для симметричных микрофонных входов и линейных выходных каскадов.Трансформатор не имеет себе равных для реальных симметричных схем, поскольку вход или выход действительно плавающий и не требует заземления. Это означает, что синфазные сигналы (то есть любой сигнал, общий для обоих сигнальных проводов) почти полностью отклоняются.

На рис. 5.3 показан симметричный вход трансформатора, преобразующийся в несимметричный. Сигнал усиливается и снова отправляется на выходной трансформатор для распределения в виде сбалансированного сигнала. «Усилитель», как правило, представляет собой микшерный пульт и принимает сигналы микрофонного или линейного уровня в качестве входа (идущие от сцены к зоне микширования), а конечный микшированный выход отправляется обратно на сцену для основного (передний дома) усилители и колонки громкой связи.От микрофона до микшера и обратно к основным усилителям может быть более 100 метров кабеля, и при этом практически не будет слышен какой-либо шум.


Рисунок 5.3 – Симметричный микрофонный и линейный выходы

Телефонная система раньше полностью зависела от трансформаторов для передачи сигнала от АТС (или центрального офиса в США) на оборудование в помещении клиента (CPE). Телефонный коммутатор, используемый в офисах, оборудовании (PABX – Private Automatic Branch Exchange, или PBX для США) по-прежнему использует трансформаторы почти для всех входящих цепей, будь то аналоговые или цифровые.

Принцип в точности такой же, как и для показанного выше аудиоприложения, за исключением того, что для телефонных цепей обычно присутствует постоянное напряжение для питания CPE (в случае домашнего телефона) и для обеспечения некоторой базовой сигнализации. В современных схемах PABX используются трансформаторы с ферритовым сердечником и схема развязки постоянного тока, чтобы гарантировать, что постоянный ток не течет в обмотках трансформатора, поскольку это ухудшает характеристики так же, как и выходной трансформатор для усилителя мощности SET. (Обратите внимание, что многие абонентские цепи теперь управляются через специально изготовленные ИС, которые исключают трансформатор.)

Аудиоприложения для трансформаторов в симметричных схемах пришли из телекоммуникационной отрасли, где впервые были придуманы эти концепции. Телефонная линия может иметь длину 4 км и более и не экранирована, поэтому метод устранения гудения и шума был необходим. Сегодня существуют десятки (сотни?) Миллионов трансформаторов, используемых для соединений Ethernet LAN, и розетки RJ45 доступны со встроенными трансформаторами.


6. Безопасность

Безопасность является основным соображением для любого силового трансформатора (а в случае телекоммуникаций – изолирующих трансформаторов), и электрический контакт между первичной и вторичной обмотками не должен допускаться при любых реальных условиях неисправности .Во всех странах есть стандарты безопасности, которые применяются к трансформаторам, где важна электрическая изоляция, и если есть какие-либо сомнения относительно безопасности трансформатора для конкретной цели, убедитесь, что вы убедитесь, что трансформатор соответствует соответствующему стандарту (-ам). Рассмотрение всех возможных стандартов и вопросов соответствия выходит за рамки данной статьи, поэтому я оставлю это вам – и вашему поставщику.

Многие силовые трансформаторы оснащены внутренним предохранителем, работающим только на один раз, который размыкает цепь в случае превышения заданной температуры.Эта температура выбрана в качестве максимальной безопасной температуры обмоток перед тем, как изоляция расплавится или сломается, поэтому в случае неисправности плавкий предохранитель сработает до того, как будет повреждена изоляция, и компонент станет потенциально опасным. Это также помогает предотвратить риск пожара (и нет, это не предназначено для юмора – мой друг сгорел дотла из-за неисправного силового трансформатора в видеомагнитофоне – как было определено следователями по пожару.Правдивая история!). См. Рис. 6.1 (ниже) в качестве примера того, насколько плохо может быть, если трансформатор не защищен.

После размыкания плавкого предохранителя трансформатор необходимо выбросить, так как обычно невозможно получить доступ к предохранителю для его замены. Это не так глупо, как может показаться, поскольку термическое разрушение перегретой изоляции невозможно предсказать, и трансформатор может оказаться небезопасным, если его все еще можно будет использовать.

Существуют трансформаторы, которые спроектированы так, чтобы быть «изначально безопасными», и у них обычно есть обмотки на отдельных участках сердечника, а не в физическом контакте друг с другом.Если сердечник соединен с заземлением с электробезопасностью (что обычно является обязательным), никакой метод отказа (включая полное расплавление) в первичной обмотке не позволит сетевому напряжению появиться во вторичной обмотке. Боковые обмотки являются следующими по безопасности, и хотя первичная и вторичная обмотки находятся на одной катушке, используемый материал выбран таким, чтобы выдерживать высокие температуры и обеспечивать разделение обмоток. Тороидальные сердечники и другие трансформаторы с концентрической намоткой являются наименее безопасными, поскольку единственное разделение между первичной и вторичной обмотками – это довольно тонкий слой изоляции.Это одна из причин того, что термопредохранители часто используются с тороидами. Обратите внимание, что любой трансформатор, классифицированный как «безопасный по своей природе», обычно должен соответствовать очень строгим условиям утверждения в большинстве стран.


Рисунок 6.1 – Расплавление трансформатора

На рис. 6.1 показан трансформатор, который я снял с ремонтных работ. Это полный расплав, и остатки пластиковой шпульки видны достаточно четко. В любой цепи чрезвычайно важно защитить пользователя от контакта с сетью, если это произойдет.В этом случае бобина расплавилась от обмоток, капала на основание оборудования и в целом создавала большой беспорядок. Несмотря на все это, не было электрического соединения между первичной и вторичной обмотками или пластинами. Это был хорошо сделанный трансформатор (он вышел из строя из-за большой продолжительной перегрузки, а не из-за отказа самого трансформатора).

Надлежащее защитное заземление – единственный реальный способ гарантировать, что катастрофический отказ трансформатора (как показано на рисунке) не приведет к подаче напряжения на шасси – не все трансформаторы созданы равными с точки зрения безопасности.Правильный предохранитель гарантирует, что предохранитель сработает – надеюсь, с до будет нарушена электробезопасность. Тепловой предохранитель не позволил бы ситуации стать настолько плохой, как показано на рисунке, но трансформатор был бы так же мертв.


7. Шум

Трансформаторы шумят. Это не только электрический шум, который создается опасной формой волны тока через обмотки, диоды и конденсаторы фильтра, но и реальный слышимый шум. Одним из источников является вибрация обмотки из-за движения провода из-за магнитного поля и тока, протекающего по проводникам.Этого следует избегать любой ценой, поскольку постоянная вибрация в конечном итоге приведет к износу изоляции, короткому замыканию обмоток и выходу трансформатора из строя. К счастью, это довольно необычно, но иногда случается (и случается).

Большая часть шума исходит от пластин или другого материала сердечника, который сжимается под воздействием сильного магнитного поля. Это называется магнитострикцией и происходит в большей или меньшей степени со всеми магнитными материалами. Стетоскоп проверит источник шума, и нет ничего или почти ничего, что могло бы его остановить.Упругая установка предотвратит акустическое усиление большей части шума шасси, и, как правило, шум будет хуже без нагрузки. В некоторых случаях трансформатор может быть рассчитан на 60 Гц, но используется на 50 Гц. В этом случае плотность потока, вероятно, превысит максимально допустимую для сердечника (который насыщается), и трансформатор станет намного горячее, чем должен, и почти наверняка будет намного более шумным. Тороидальные трансформаторы обычно намного тише, чем ламинированные EI (т.е.е. обычные) типы.

Большинство (все?) Трансформаторов, разработанных специально для 60 Гц, в конечном итоге выйдут из строя с сетью 50 Гц из-за перегрева. Обратное неверно, и трансформаторы на 50 Гц могут вполне безопасно работать на 60 Гц.

Другая проблема с пластинами E-I заключается в том, что они могут быть недостаточно хорошо скреплены друг с другом, и это, в частности, позволяет внешним пластинам вибрировать. Обычные трансформаторы более высокого качества обычно пропитывают лаком (иногда под вакуумом) и запекают в умеренной печи до готовности…. ой, то есть до полного высыхания лака. Это связывает пластинки и обмотки вместе, предотвращая шум, а также делая трансформатор более устойчивым к повреждениям водой или другими загрязнениями и / или в условиях высокой влажности (например, в тропиках).


Щелкните любой из вышеперечисленных разделов, чтобы просмотреть остальные разделы этой серии. Как вы, наверное, заметили, трансформаторы все-таки не так просты.


Список литературы

Эти ссылки являются общими для обоих разделов статьи, хотя большинство из них относится только к разделу 2.Во время составления этих статей было исследовано бесчисленное количество различных веб-страниц, и, хотя некоторые из них были интересными, большинство использовалось минимально. Из тех, кого я действительно помню (сложная задача сама по себе, учитывая огромное количество поисков, которые мне пришлось проделать), я должен поблагодарить следующие веб-страницы (в алфавитном порядке) …

  • Амидон
  • Школа ATDL (Армия США)
  • Трансформеры Jensen
  • Mitchell Electronics Corporation
  • Томи Энгдал – (ePanorama.нетто)

Я рекомендую статью «История трансформатора», хотя и не используется в качестве справочной. Он не технический, но дает некоторое представление о разработке трансформаторов в том виде, в каком мы их знаем.

Кроме того, я использовал различные другие ссылки, но, в частности (в порядке полезности) …


Следующие (слегка отредактированные) определения взяты из Единиц измерения Авторские права на сайт «

единиц измерения» принадлежат Рассу Роулетту и Университету Северной Каролины в Чапел-Хилл.
(Определения использованы с разрешения автора.)

Тесла (Тл) – плотность потока (или напряженность поля) для магнитных полей (также называемая магнитной индукцией). Напряженность магнитного поля можно измерить, поместив в поле проводник с током. Магнитное поле оказывает на проводник силу, которая зависит от силы тока и длины проводника. Один тесла определяется как напряженность поля, генерирующая один ньютон силы на ампер тока на метр проводника.Эквивалентно, одна тесла представляет собой плотность магнитного потока, равную одному Веберу на квадратный метр площади. Поле в один тесла довольно сильно: самые сильные поля, доступные в лабораториях, составляют около 20 тесла, а плотность магнитного потока Земли на ее поверхности составляет около 50 микротесла (мкТл). Одна Тесла равна 10000 Гс. Tesla, определенная в 1958 году, названа в честь Николы Теслы (1856-1943), чья работа в области электромагнитной индукции привела к появлению первых практических генераторов и двигателей, использующих переменный ток (к большому раздражению Эдисона, который утверждал, что постоянный ток был “ более безопасным ”). .

Weber (Wb) – магнитный поток. «Поток» – это скорость (в единицу времени), с которой что-то пересекает поверхность, перпендикулярную потоку. В случае магнитного поля магнитный поток через перпендикулярную поверхность является произведением плотности магнитного потока в теслах и площади поверхности в квадратных метрах. Если переменное магнитное поле проходит перпендикулярно круговой петле из проводящего материала (один виток), изменение поля индуцирует электрический потенциал в петле.Если поток изменяется с постоянной скоростью один Вебер в секунду, индуцированный потенциал составляет один вольт. Это означает, что численно поток в веберах равен потенциалу в вольтах, который был бы создан путем равномерного сжатия поля до нуля за одну секунду. Один Вебер – это поток, индуцированный таким образом током, изменяющимся с постоянной скоростью один ампер в секунду. Единица посвящена немецкому физику Вильгельму Эдуарду Веберу (1804–1891), одному из первых исследователей магнетизма.



Основной индекс
Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2001. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и авторское право © 17 марта 2001 г. / обновлено 25 июня 2005 г. / ноя 2018 – незначительные обновления, удалены мертвые ссылки. / Ноя 2018 – добавлена ​​взаимная индуктивность.


Трансформаторный симметричный или бестрансформаторный – что лучше?

В спецификациях микрофона обычно указывается, является ли выход симметричным или бестрансформаторным. Но что это значит и как это влияет на звуковые характеристики микрофона?

Студийные микрофоны всегда имеют симметричный выход.Сбалансированный означает, что есть две сигнальные линии и отдельное заземление, обычно экран кабеля. Несимметричные выходы, как, например, на электрогитаре, имеют только одну сигнальную линию плюс экран кабеля. Электрический звуковой сигнал всегда требует двух соединений, поэтому на гитаре выходной сигнал определяется между сигнальной линией и экраном кабеля. На микрофоне (или любом другом балансном выходе) аудиосигнал передается между двумя сигнальными линиями. Это связано с тем, что симметричные сигнальные линии уменьшают помехи из-за внешних электрических полей.Другими словами, жужжание и гул.

Вот как это работает: если, например, микрофонный кабель проходит рядом с линией электропередачи, его переменный ток вызывает небольшой ток, то есть гул 50/60 Гц в обеих сигнальных линиях. Однако вы этого не услышите, потому что ваш микрофонный предусилитель – это так называемый дифференциальный усилитель: он усиливает разницу между обоими сигнальными линиями. Поскольку фоновый шум индуцируется в обеих сигнальных линиях одинаково, нет никакой разницы в напряжении фонового шума. Таким образом, ваш предусилитель усиливает только сигнал микрофона, который находится между двумя сигнальными линиями, но не гул 56/60 Гц, который одинаков в обеих линиях.Умно, не правда ли?

Есть несколько способов добиться сбалансированного выхода. С динамическими микрофонами (с подвижной катушкой) это очень просто: два сигнальных провода капсулы подключены напрямую к контактам 2 и 3 XLR. Это не будет работать с конденсаторным капсюлем, поскольку для преобразования сигнала капсулы со сверхвысоким импедансом требуется электронная схема. к выходу с низким сопротивлением. Таким образом, выход этого электронного преобразователя импеданса должен быть каким-то образом сбалансирован.

Традиционно для этого использовался выходной трансформатор.Этот метод был очень удобен для ламповой и ранней транзисторной электроники, потому что трансформатор также можно было использовать для конечной части преобразования импеданса. Одна лампа или полевой транзистор выполняла первую стадию, а понижающий трансформатор выполнял вторую стадию преобразования импеданса. Это позволило создать очень простые схемы, состоящие из очень небольшого количества компонентов.

В конце 70-х – начале 80-х бестрансформаторные выходы стали новой модой среди любителей аудио. Примерно в это же время компания Neumann представила свою серию TLM (TLM = бестрансформаторный микрофон).Звуковые преобразователи считались устаревшей технологией, которая потенциально стояла на пути к наиболее непосредственному звуковому восприятию. Чтобы понять это, вы должны принять во внимание тот факт, что в то время трансформаторы были повсюду, а не только в микрофонах. В то время типичная широковещательная консоль содержала десятки, а иногда и сотни аудиопреобразователей. Замена ненужных трансформаторов схемой электронной балансировки казалась хорошей идеей. Не только потому, что он обещал менее качественную окраску, но и из-за меньших затрат.В то время как другие электронные компоненты, такие как транзисторы или операционные усилители, с годами стали дешевле, высококачественные трансформаторы остались дорогими.

Когда трансформаторы были на каждом этапе аудиотракта, их звуковая окраска считалась плохой. Сегодняшнее студийное оборудование в основном бестрансформаторное, и его звук действительно намного прозрачнее. Многие инженеры не могли бы быть счастливее. Но некоторые инженеры, в основном работающие на сцене поп / рок / хип-хоп, считают, что этот суперпрозрачный звук немного мягок и требует нотки старого доброго «винтажного» тона.В результате вновь стало популярным оборудование с трансформаторной балансировкой.

Аудиопреобразователи действительно окрашивают звуковой образ, но не так сильно, как думают люди. Особенно, если речь идет о микрофонах. Говорят, что трансформаторные симметричные микрофоны обеспечивают более плавные верхние и более глубокие нижние частоты. В действительности, хорошо спроектированный аудиопреобразователь способен передавать частоты за пределами диапазона человеческого слуха, поэтому он не ограничивает и не сглаживает высокие частоты на слух.Фактически, трансформаторы часто демонстрируют небольшой резонанс на частотах выше 20 кГц, что придает верхним частотам ощущение воздушности. Трансформаторы также могут иметь небольшой резонанс в нижней части спектра, что действительно может создавать впечатление более толстой нижней части.

Однако бестрансформаторные микрофоны обычно имеют более широкий отклик как на высоких, так и на низких частотах. И, что более важно, бестрансформаторные микрофоны могут принимать гораздо больший уровень без искажений.

Ходят слухи, что трансформаторные искажения добавляют приятный характер, но на самом деле это не так.Трансформаторные искажения создают в основном неравномерные гармоники, и они не очень постепенные. Когда сердечник трансформатора насыщается, искажения очень быстро возрастают до неприятного или даже непригодного для использования уровня. Также имейте в виду, что в большинстве случаев уровни микрофона довольно низкие; Когда вы записываете певца или гитару, почти нет трансформных искажений. Вы можете столкнуться с искажением при записи ударных, но, как было сказано ранее, это может быть не тот вид искажения, который вам нужен. Также примите во внимание тот факт, что искажения трансформатора зависят от частоты.На низких частотах трансформаторы искажают гораздо более низкие уровни, чем на более высоких частотах. Вряд ли есть трансформаторные симметричные микрофоны, которые можно было бы использовать на бас-барабане (одним известным исключением является Neumann U47 fet, который имеет необычно большой трансформатор).

В зависимости от того, кого вы спросите, вы получите разные ответы. Но дело в том, что почти нет микрофонов, которые бы предлагались как в трансформаторно-симметричном, так и в бестрансформаторном вариантах. Поэтому люди склонны обобщать опыт, полученный с разными микрофонами любого типа.Многие трансформаторные симметричные микрофоны (например, Neumann U 87) относятся к 60-м и 70-м годам, когда большинство инженеров предпочитали довольно мягкий звук. Бестрансформаторные микрофоны (такие как Neumann TLM 103) стали популярными гораздо позже, в 80-х и 90-х, когда большинство инженеров хотели получить более яркий и современный звук. Так что если эти микрофоны звучат по-разному, то это не столько из-за изменений в технологиях, сколько (в основном) из-за изменений в эстетике звука.

Аудиопреобразователи несколько окрашивают звук, но в гораздо меньшей степени, чем думают люди.Трансформаторные симметричные микрофоны, как правило, имеют немного более толстый нижний конец и слегка воздушную верхнюю часть. Звуковой образ также выглядит немного менее прямым.

Бестрансформаторные микрофоны с электронной балансировкой могут работать при высоких уровнях звукового давления даже на сверхнизких частотах. Если вы хотите отличную мощь и мгновенное «прямое» звучание, откажитесь от трансформатора.

Помимо вопросов звука, электронная балансировка намного более рентабельна, чем высококачественный аудиопреобразователь.Так что, если вам нужен высококачественный звук по доступной цене, приобретите бестрансформаторный микрофон, такой как Neumann TLM 102 или TLM 103. Всегда помните, что не менее 90% звука микрофона находится в капсюле!

Параметры генерируемого шума сердечников трансформатора

Низкий уровень слышимого звука – обязательный аспект для трансформаторов сегодня. Поэтому важно определить параметры генерируемого звука в трансформаторе. Источники звука в трансформаторе: Звук нагрузки в обмотках, звук вспомогательного оборудования и в основном звук сердечника (звук холостого хода).В статье основное внимание будет уделено основному звуку.

Звук сердечника, создаваемый магнитострикционной вибрацией стальных пластин сердечника и магнитодвижущими силами Максвелла. Он чрезвычайно чувствителен к приложенному сжимающему напряжению. Для лучшего понимания этих эффектов необходимо исследовать распределение потока в активной зоне. Одним из основных источников звука в сердечнике является магнитострикция в пластинах.

Это исследование проводилось для снижения уровня шума в источнике. Чтобы получить правильный результат, испытания проводились в специальной лаборатории чувствительных шумов в соответствии с правилами, указанными в IEC 60076-10.В 3 случаях исследования проиллюстрированы параметрами основных уровней звука.

[1] Эффекты штабелирования магнитной стали (ветви, хомуты, углы, тройники) подробно представлены в тематическом исследовании.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.