Transformatoren für UMZCH

Eines der beliebtesten Amateurfunk-Designs ist Schallleistungsverstärker UMZCH. Für das Hören von Musikprogrammen in hoher Qualität zu Hause werden meistens ziemlich leistungsstarke Stereoverstärker mit 25 ... 50 W / Kanal verwendet.

Eine so große Leistung wird überhaupt nicht benötigt, um eine sehr hohe Lautstärke zu erzielen: Ein Verstärker, der mit der halben Leistung arbeitet, sorgt für einen saubereren Klang, Verzerrungen in diesem Modus, und selbst das beste UMZCH hat sie, sie sind fast unsichtbar.

Es ist ziemlich schwierig, ein gutes, leistungsstarkes UMZCH zusammenzubauen und einzurichten, aber diese Aussage trifft zu, wenn der Verstärker aus diskreten Teilen zusammengesetzt ist - Transistoren, Widerständen, Kondensatoren, Dioden, vielleicht sogar Operationsverstärker. Ein solches Design kann von einem ausreichend qualifizierten Funkamateur durchgeführt werden, der bereits mehr als einen oder zwei Verstärker zusammengebaut hat und bei den ersten Experimenten nicht ein Kilogramm leistungsfähiger Ausgangstransistoren verbrennt.

Mit modernen Schaltkreisen können Sie solche materiellen und vor allem moralischen Kosten vermeiden. Um ein ausreichend leistungsfähiges und qualitativ hochwertiges UMZCH zusammenzubauen, können Sie ein oder zwei Mikroschaltungen kaufen, einige passive Teile hinzufügen, all dies auf eine kleine Leiterplatte löten und bitte vor dem UMZCH, das unmittelbar nach dem Einschalten funktioniert.

Die Wiedergabequalität wird sehr gut sein. Natürlich wird es nicht möglich sein, einen "Röhren" -Sound zu erhalten, aber viele proprietäre und insbesondere chinesische Verstärker werden zurückgelassen. Ein anschauliches Beispiel für eine solche Lösung des Problems der Klangqualität ist der TDA7294-Chip.

Die bipolare Versorgungsspannung der Mikroschaltung hat einen sehr großen Bereich von ± 10 ... ± 40 V, wodurch Sie bei einer Last von 4 Ω eine Leistung von mehr als 50 W aus der Mikroschaltung erhalten können. Wenn eine solche Leistung nicht benötigt wird, senken Sie einfach die Versorgungsspannung ein wenig. Die Ausgangsstufe des Verstärkers besteht aus Feldeffekttransistoren, die eine gute Klangqualität gewährleisten.

Es ist sehr schwierig, einen Chip zu deaktivieren. Die Endstufe ist gegen Kurzschluss geschützt, zusätzlich gibt es auch einen Wärmeschutz. Der Mikrochip arbeitet als Verstärker in der Klasse AB, deren Wirkungsgrad 66% beträgt. Um eine Ausgangsleistung von 50 W zu erhalten, ist daher eine Stromversorgung mit einer Leistung von 50 / 0,66 = 75,757 W erforderlich.

Der zusammengebaute Verstärker ist am Kühler montiert. Um die Abmessungen des Kühlers zu verringern, ist es überhaupt nicht schlecht, dass die Wärme vom Kühler durch einen Lüfter abgeführt wird. Für diese Zwecke ist ein kleiner Computerkühler, beispielsweise von Grafikkarten, durchaus geeignet. Das Design des Verstärkers ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Verstärker auf dem TDA7294-Chip

Es ist ein kleines Merkmal des TDA7294-Chips zu beachten. Bei all diesen leistungsstarken Mikroschaltungen ist die hintere Metallrückseite mit einem Loch zur Befestigung am Kühler mit einem gemeinsamen Schaltungskabel verbunden. Auf diese Weise können Sie den Chip ohne Isolierstreifen am Metallgehäuse des Verstärkers befestigen.

Auf dem TDA7294-Chip ist dieses Befestigungselement elektrisch mit dem Minuspol der Stromquelle, Klemme 15, verbunden. Daher ist einfach eine Isolierdichtung mit wärmeleitender Paste KPT-8 erforderlich. Noch besser, wenn die Mikroschaltung ohne Verlegung am Kühler installiert wird, nur mit wärmeleitender Paste, und der Kühler selbst vom Gehäuse (gemeinsamer Draht) des Verstärkers isoliert ist.

Abbildung 2. Typische TDA7294-Schaltschaltung

Wir können viel über Verstärker auf dem TDA7294-Chip sprechen, und diese wenigen Zeilen, die oben geschrieben wurden, geben überhaupt nicht vor, vollständige Informationen zu sein. Dieser Verstärker wird nur erwähnt, um zu zeigen, wie viel Leistung ein Transformator möglicherweise benötigt und wie seine Parameter bestimmt werden, da der Artikel als „Transformatoren für UMZCH“ bezeichnet wird.

Es kommt häufig vor, dass der Bau mit der Erstellung von Prototypen beginnt, deren Strom aus der Labornetzversorgung erzeugt wird. Wenn sich das Schema als erfolgreich herausstellte, beginnt der Rest der „Tischlerarbeiten“: Der Fall wird hergestellt oder ein geeigneter Fall aus einem ähnlichen industriellen Gerät wird verwendet. Gleichzeitig wird das Netzteil hergestellt und ein geeigneter Transformator ausgewählt.

Welche Art von Transformator wird also benötigt?

Es wurde etwas höher berechnet, dass die Stromversorgung mindestens 75 Watt betragen sollte, und dies gilt nur für einen Kanal. Aber wo kann man jetzt einen monophonen Verstärker finden? Dies ist mindestens ein Zweikanalgerät. Daher ist für die Stereooption ein Transformator mit einer Leistung von mindestens 150 Watt erforderlich. In der Tat ist dies nicht ganz richtig.

Eine so große Leistung kann nur erforderlich sein, wenn ein sinusförmiges Signal verstärkt wird: Wir haben nur eine Sinuskurve an den Eingang angelegt und sitzen, hören. Aber lange einem monotonen, traurigen Summen zuzuhören, ist wahrscheinlich kein Vergnügen. Daher hören normale Menschen häufiger Musik oder schauen Filme mit Ton. Hier wirkt sich der Unterschied zwischen dem Musiksignal und der reinen Sinuswelle aus.

Ein echtes Musiksignal ist keine Sinuskurve, sondern eine Kombination aus großen Kurzzeitspitzen und Langzeitsignalen mit geringer Leistung, sodass der durchschnittliche Stromverbrauch der Stromquelle viel geringer ist.

Abbildung 3. Tatsächliche Schallleistung. Mittlere Pegel (gelbe Linie) von sinusförmigen und realen Tonsignalen bei gleichen Maximalpegeln

So berechnen Sie die Stromversorgung UMZCH

Die Methode zur Berechnung der Stromversorgung finden Sie im Artikel "Berechnung der Stromversorgung für den Leistungsverstärker", den Sie hier finden.

Der Artikel enthält Überlegungen zur Auswahl der Parameter des Netzteils. Dort können Sie auch das Programm zur Berechnung des Netzteils herunterladen, das die Funktionen der wiedergegebenen Musikprogramme berücksichtigt. Das Programm funktioniert ohne Installation im System. Entpacken Sie einfach das Archiv. Die Ergebnisse des Programms werden in einer Textdatei gespeichert, die in dem Ordner angezeigt wird, in dem sich das Berechnungsprogramm befindet. Screenshots des Programms sind in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt.

Abbildung 4. Daten in das Berechnungsprogramm eingeben

Die Berechnungen wurden für das Netzteil durchgeführt, das gemäß dem in 5 gezeigten Schema zusammengebaut wurde.

Abbildung 5. Netzteil UMZCH. Berechnungsergebnisse

Daher ist für einen 50-W-Zweikanalverstärker mit einer 4-Ohm-Last ein 55-W-Transformator erforderlich. Sekundärwicklung mit einem Mittelpunkt mit Spannungen von 2 * 26,5 V bei einem Laststrom von 1A. Aus diesen Überlegungen sollten Sie einen Transformator für UMZCH auswählen.

Es scheint, dass der Transformator ziemlich schwach war. Wenn Sie jedoch den oben genannten Artikel sorgfältig lesen, passt alles zusammen: Der Autor sagt ganz überzeugend, welche Kriterien bei der Berechnung des UMZCH-Netzteils berücksichtigt werden sollten.

Hier können Sie sofort eine Gegenfrage stellen: „Und ob die Leistung des vorhandenen Transformators größer ist als die Berechnung?“. Ja, nichts Schlimmes wird passieren, nur der Transformator wird halbherzig arbeiten, wird nicht besonders belastet und wird sehr heiß. Natürlich sollten die Ausgangsspannungen des Transformators mit den berechneten übereinstimmen.

Gesamtleistung des Transformators

Es ist nicht schwer zu bemerken, dass je leistungsstärker der Transformator ist, desto größer ist er. Und das ist keineswegs überraschend, denn es gibt so etwas wie die Gesamtleistung eines Transformators. Mit anderen Worten, je größer und schwerer der Transformator ist, desto größer ist seine Leistung, desto größer ist die Leistung der an die Sekundärwicklung angeschlossenen Last.

Berechnung der Gesamtleistung nach der Formel

Um die Gesamtleistung des Transformators zu bestimmen, reicht es aus, die geometrischen Abmessungen des Kerns mit einem einfachen Lineal zu messen und dann mit akzeptabler Genauigkeit alles mit einer vereinfachten Formel zu berechnen.

P = 1,3 * Sc * Also,

wobei P die Gesamtleistung ist, Sc = a * b die Kernfläche ist, also = c * h die Fensterfläche ist. Mögliche Arten von Kernen sind in Abbildung 5 dargestellt. Nach dem HL-Schema zusammengesetzte Kerne werden als gepanzert bezeichnet, während U-Boot-Kerne als Kern bezeichnet werden.

Abbildung 6. Arten von Transformatorkernen

In den Lehrbüchern der Elektrotechnik ist die Formel zur Berechnung der Gesamtleistung fantastisch und viel länger. In der vereinfachten Formel werden die folgenden Bedingungen akzeptiert, die den meisten Netzwerktransformatoren inhärent sind, nur einige gemittelte Werte.

Es wird angenommen, dass der Wirkungsgrad des Transformators 0,9 beträgt, die Frequenz der Netzspannung 50 Hz beträgt, die Stromdichte in den Wicklungen 3,5 A / mm² beträgt und die magnetische Induktion 1,2 T beträgt. Darüber hinaus beträgt der Kupferfüllfaktor 0,4 und der Stahlfüllfaktor 0,9. Alle diese Werte sind in der „realen“ Formel zur Berechnung der Gesamtleistung enthalten. Wie jede andere vereinfachte Formel kann diese Formel ein Ergebnis mit einem Fehler von fünfzig Prozent liefern. Dies ist der Preis, der für die Vereinfachung der Berechnung gezahlt wird.

Hier reicht es aus, zumindest an den Wirkungsgrad des Transformators zu erinnern: Je höher die Gesamtleistung, desto höher der Wirkungsgrad. Transformatoren mit einer Leistung von 10 ... 20 W haben einen Wirkungsgrad von 0,8 und Transformatoren von 100 ... 300 W und höher einen Wirkungsgrad von 0,92 ... 0,95. Innerhalb der gleichen Grenzen können andere Größen, die Teil der „realen“ Formel sind, variieren.

Die Formel ist natürlich recht einfach, aber es gibt Tabellen in den Verzeichnissen, in denen "alles bereits für uns berechnet ist". Machen Sie Ihr Leben also nicht komplizierter und nutzen Sie ein fertiges Produkt.

Abbildung 7. Tabelle zur Bestimmung der Gesamtleistung des Transformators. Werte berechnet für 50Hz

Die dritte Ziffer in der Markierung des U-Boot-Kerns gibt den Parameter h an - die Höhe des Fensters, wie in Abbildung 6 dargestellt.

Neben der Gesamtleistung enthält die Tabelle auch einen so wichtigen Parameter wie die Anzahl der Windungen pro Volt. Darüber hinaus wird ein solches Muster beobachtet: Je größer die Kerngröße ist, desto kleiner ist die Anzahl der Windungen pro Volt. Für die Primärwicklung ist diese Nummer in der vorletzten Spalte der Tabelle angegeben. Die letzte Spalte gibt die Anzahl der Windungen pro Volt für die Sekundärwicklungen an, die etwas größer ist als bei der Primärwicklung.

Dieser Unterschied ist darauf zurückzuführen, dass sich die Sekundärwicklung weiter vom Kern (Kern) des Transformators entfernt befindet und sich in einem geschwächten Magnetfeld befindet als die Primärwicklung. Um diese Schwächung auszugleichen, muss die Anzahl der Windungen der Sekundärwicklungen erhöht werden. Hier tritt ein bestimmter empirischer Koeffizient in Kraft: Wenn bei einem Strom in der Sekundärwicklung von 0,2 ... 0,5 A die Anzahl der Windungen mit einem Faktor von 1,02 multipliziert wird, steigt der Koeffizient für Ströme von 2 ... 4 A auf 1,06.

So bestimmen Sie die Anzahl der Windungen pro Volt

Viele Formeln in der Elektrotechnik sind empirisch und werden durch die Methode zahlreicher Experimente sowie durch Versuch und Irrtum erhalten. Eine dieser Formeln ist die Formel zur Berechnung der Anzahl der Windungen pro Volt in der Primärwicklung des Transformators. Die Formel ist ganz einfach:

ω = 44 / S.

hier scheint alles klar und einfach zu sein: ω ist die gewünschte Anzahl von Windungen / Volt, S ist die Kernfläche in Quadratzentimetern, aber 44 ist, wie einige Autoren sagen, ein konstanter Koeffizient.

Andere Autoren setzen 40 oder sogar 50 in die Formel „konstanter Koeffizient“ ein. Wer hat also Recht und wer nicht?

Um diese Frage zu beantworten, ist es notwendig, die Formel leicht zu transformieren, den Buchstaben zu ersetzen, also zumindest K.

ω = K / S,

Dann wird anstelle eines konstanten Koeffizienten eine Variable oder, wie Programmierer sagen, eine Variable erhalten. Diese Variable kann natürlich bis zu einem gewissen Grad verschiedene Werte annehmen. Die Größe dieser Variablen hängt von der Kernkonstruktion und der Qualität des Transformatorstahls ab. Normalerweise liegt die Variable K im Bereich von 35 bis 60. Kleinere Werte dieses Koeffizienten führen zu einer strengeren Funktionsweise des Transformators, erleichtern jedoch das Wickeln aufgrund weniger Windungen.

Wenn der Transformator für die Arbeit mit hochwertigen Audiogeräten ausgelegt ist, wird K so hoch wie möglich gewählt, normalerweise 60.Dies hilft dabei, Störungen der Frequenz des vom Leistungstransformator kommenden Netzwerks zu beseitigen.

Jetzt können Sie sich auf die in Abbildung 7 gezeigte Tabelle beziehen. Es gibt einen Kern ШЛ32X64 mit einer Fläche von 18,4 cm2. Die vorletzte Spalte der Tabelle gibt die Anzahl der Windungen pro Volt für die Primärwicklung an. Für Eisen beträgt X32X64 1,8 Umdrehungen / V. Um herauszufinden, welche Größe K die Entwickler bei der Berechnung dieses Transformators hatten, reicht es aus, eine einfache Berechnung durchzuführen:

K = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

Ein so kleiner Koeffizient deutet darauf hin, dass die Qualität des Transformatoreisens gut ist oder einfach versucht wird, Kupfer zu sparen.

Ja, der Tisch ist gut. Wenn es einen Wunsch, eine Zeit, einen Kern und einen Wicklungsdraht gibt, müssen nur die Hülsen aufgerollt und der erforderliche Transformator aufgewickelt werden. Es ist sogar noch besser, wenn Sie einen geeigneten Transformator kaufen oder ihn aus Ihren eigenen „strategischen“ Reserven beziehen können.

Industrielle Transformatoren

Es war einmal eine Zeit, in der die sowjetische Industrie eine ganze Reihe kleiner Transformatoren herstellte: TA, TAN, TN und CCI. Diese Abkürzungen werden als Anodentransformator, Anodenfilament, Filament und Transformator zur Stromversorgung von Halbleitergeräten entschlüsselt. Das heißt, der Transformator der Marke TPP ist möglicherweise am besten für den oben betrachteten Verstärker geeignet. Transformatoren dieses Modells sind mit einer Leistung von 1,65 ... 200 W erhältlich.

Mit einer Nennleistung von 55 W ist ein Transformator TPP-281-127 / 220-50 mit einer Leistung von 72 W durchaus geeignet. Aus der Bezeichnung ist ersichtlich, dass dies ein Transformator zur Stromversorgung von Halbleitergeräten ist, Entwicklungsseriennummer 281, Primärwicklungsspannung 127 / 220V, Netzfrequenz 50Hz. Der letzte Parameter ist sehr wichtig, da die Transformatoren der CCI auch mit einer Frequenz von 400 Hz verfügbar sind.

Abbildung 8. Transformatorparameter ТПП-281-127 / 220-50

Der Primärstrom wird für die Spannungen 127 / 220V angezeigt. Die folgende Tabelle zeigt die Spannungen und Ströme der Sekundärwicklungen sowie der Transformatorleitungen, an die diese Wicklungen gelötet sind. Das Schema der gesamten Vielfalt der Transformatoren CCI ist eines: alle gleichen Wicklungen, alle gleichen Pin-Nummern. Hier sind nur die Spannungen und Ströme der Wicklungen für alle Modelle von Transformatoren unterschiedlich, so dass Sie einen Transformator für jeden Anlass auswählen können.

Die folgende Abbildung zeigt das elektrische Diagramm des Transformators.

Abbildung 9. Stromkreis der Transformatoren CCI

Für ein Netzteil eines Zweikanalverstärkers mit einer Leistung von 50 W, dessen Berechnungsbeispiel oben angegeben wurde, ist ein Transformator mit einer Leistung von 55 W erforderlich. Sekundärwicklung mit einem Mittelpunkt mit Spannungen von 2 * 26,5 V bei einem Laststrom von 1A. Es ist ziemlich offensichtlich, dass zum Erhalten solcher Spannungen die gleichphasigen Wicklungen von 10 und 20 V und die gleichphasige Wicklung von 2,62 V angeschlossen werden müssen

10 + 20-2,62 = 27,38 V,

Das stimmt fast mit der Berechnung überein. Es gibt zwei solche Wicklungen, die in einer Reihe mit dem Mittelpunkt verbunden sind. Der Wicklungsanschluss ist in Abbildung 10 dargestellt.

Abbildung 10. Anschluss der Transformatorwicklungen ТПП-281-127 / 220-50

Die Primärwicklungen werden gemäß der technischen Dokumentation angeschlossen. Sie können jedoch auch andere Abgriffe verwenden, um die Ausgangsspannung genauer auszuwählen.

So schließen Sie die Sekundärwicklungen an

Die Wicklungen 11-12 und 17-18 sind phasenweise verbunden - das Ende der vorherigen Wicklung mit dem Beginn der nächsten (der Beginn der Wicklungen ist durch einen Punkt gekennzeichnet). Das Ergebnis ist eine Wicklung mit einer Spannung von 30 V, die gemäß den Bedingungen der Aufgabe 26.5 benötigt wird. Um diesem Wert näher zu kommen, sind die Wicklungen 19-20 gegenphasig mit den Wicklungen 11-12 und 17-18 verbunden. Diese Verbindung wird durch die blaue Linie dargestellt, wobei eine Hälfte der Wicklung mit einem Mittelpunkt erhalten wird. Die rote Linie zeigt die Verbindung der anderen Hälfte der Wicklung in Abbildung 5. Die Verbindung der Punkte 19 und 21 bildet den Mittelpunkt der Wicklung.

Reihen- und Parallelwicklungen

Bei einer Reihenschaltung ist es am besten, wenn die zulässigen Wicklungsströme gleich sind und der Ausgangsstrom für zwei oder mehr Wicklungen gleich ist.Wenn der Strom einer der Wicklungen geringer ist, ist dies der Ausgangsstrom der resultierenden Wicklung. Diese Argumentation ist gut, wenn es einen Schaltplan eines Transformators gibt: Löten Sie einfach die Jumper und messen Sie, was passiert ist. Und wenn es kein Schema gibt? Dies wird im nächsten Artikel besprochen.

Eine parallele Verbindung der Wicklungen ist ebenfalls zulässig. Hier gilt folgende Anforderung: Die Spannung der Wicklungen muss gleich sein und die Verbindung ist gleichphasig. Beim Transformator TPP-281-127 / 220-50 können zwei 10-Volt-Wicklungen (Leitungen 11-12, 13-14), zwei 20-Volt-Wicklungen (Leitungen 15-16, 17-18) und zwei Wicklungen angeschlossen werden bei 2,62 V (Schlussfolgerungen 19-20, 21-22). Holen Sie sich drei Wicklungen mit Strömen 2.2A. Der Anschluss der Primärwicklung erfolgt gemäß den Transformatorreferenzdaten.

So gut stellt sich heraus, ob die Transformatordaten bekannt sind. Einer der wichtigen Parameter des Transformators ist sein Preis, der in hohem Maße von der Vorstellungskraft und Arroganz des Verkäufers abhängt.

Als Beispiel wird der Transformator TPP-281-127 / 220-50 von verschiedenen Internetverkäufern zu einem Preis von 800 ... 1440 Rubel angeboten! Stimmen Sie zu, dass es teurer sein wird als der Verstärker selbst. Der Ausweg aus dieser Situation kann die Verwendung eines geeigneten Transformators sein, der aus alten Haushaltsgeräten, beispielsweise aus Lampenfernsehern oder alten Computern, gewonnen wird.

Boris Aladyshkin

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