Transformatorer för UMZCH

En av de mest populära amatörradiodesignerna är ljudeffektförstärkare UMZCH. För högkvalitativ lyssnande på musikprogram hemma använder de oftast ganska kraftfulla 25 ... 50W / kanal, vanligtvis stereoförstärkare.

En så stor effekt behövs inte alls för att få en mycket hög volym: en förstärkare som arbetar med halva effekten möjliggör ett renare ljud, förvrängningar i detta läge, och till och med den bästa UMZCH har dem, de är nästan osynliga.

Det är ganska svårt att montera och ställa in en bra kraftfull UMZCH, men detta uttalande är sant om förstärkaren är sammansatt från diskreta delar - transistorer, motstånd, kondensatorer, dioder, kanske till och med driftsförstärkare. En sådan design kan göras av en tillräckligt kvalificerad radioamatör, som redan har satt ihop mer än en eller två förstärkare och brände på de första experimenten inte ett kilo kraftfulla utgångstransistorer.

Moderna kretsar undviker sådant material, och viktigast av allt, moraliska kostnader. För att sätta ihop en tillräckligt kraftfull och högkvalitativ UMZCH kan du köpa en eller två mikrokretsar, lägga till några passiva delar till dem, löd allt detta på ett litet tryckt kretskort och snälla, innan du UMZCH, som kommer att fungera omedelbart efter att du har startat.

Uppspelningskvaliteten kommer att vara mycket bra. Naturligtvis kommer det inte vara möjligt att få ett "rör" -ljud, men många egna och särskilt kinesiska förstärkare kommer att finnas kvar. Ett levande exempel på en sådan lösning på problemet med högkvalitativt ljud kan betraktas som TDA7294-chipet.

Den bipolära matningsspänningen på mikrokretsen har ett mycket stort intervall på ± 10 ... ± 40V, vilket gör att du kan få effekt från mikrokretsen över 50W vid en belastning på 4Ω. Om en sådan ström inte krävs ska du helt enkelt sänka matningsspänningen lite. Förstärkarens utgångssteg görs på fälteffekttransistorer, vilket säkerställer god ljudkvalitet.

Det är mycket svårt att inaktivera ett chip. Utgångssteget har skydd mot kortslutning, dessutom finns det också termiskt skydd. Chipet fungerar som förstärkare i klass AB, vars effektivitet är 66%. För att erhålla en utgångseffekt på 50 W krävs därför en strömförsörjning med en effekt på 50 / 0,66 = 75,757 W.

Den monterade förstärkaren är monterad på kylaren. För att minska kylarens dimensioner är det inte så illa att värmen från kylaren tas bort av en fläkt. För dessa ändamål är en liten datorkylare, till exempel från videokort, lämplig. Utformningen av förstärkaren visas i figur 1.

Figur 1. Förstärkare på TDA7294-chip

Det bör noteras en liten funktion i TDA7294-chipet. För alla sådana kraftfulla mikrokretsar är den bakre metallryggen med ett hål för att fästas till kylaren ansluten till en gemensam kretsledning. Detta låter dig fixa chipet på förstärkarens metallhus utan en isolerande remsa.

På TDA7294-chipet är detta fästelement elektriskt anslutet till den negativa terminalen på kraftkällan, terminal 15. Därför är en isolerande packning med värmeledande pasta KPT-8 helt enkelt nödvändig. Ännu bättre, om mikrokretsen är installerad på kylaren utan att lägga alls, bara med värmeledande pasta och själva kylaren isoleras från förstärkarens kropp (gemensam tråd).

Figur 2. Typisk TDA7294-omkopplingskrets

Vi kan prata mycket om förstärkare på TDA7294-chipet, och de få raderna som har skrivits ovan låtsar inte alls vara fullständig information. Denna förstärkare nämns bara för att visa hur mycket effekt en transformator kan behöva, hur man bestämmer dess parametrar, eftersom artikeln kallas "Transformers for UMZCH".

Det händer ofta att konstruktionen börjar med skapandet av prototyper, vars kraft produceras från laboratoriets kraftförsörjning. Om schemat visade sig vara framgångsrikt börjar allt resten av "snickeri" -arbetet: fallet är tillverkat eller ett lämpligt sådant från en liknande industriell enhet används. I samma steg tillverkas strömförsörjningen och en lämplig transformator väljs.

Så vilken typ av transformator behövs?

Det beräknades lite högre att strömförsörjningen skulle vara minst 75 watt, och detta är endast för en kanal. Men var kan du hitta en monofon förstärkare nu? Nu är det åtminstone en tvåkanalig enhet. För stereoalternativet krävs därför en transformator med en effekt på minst hundra och femtio watt. I själva verket är detta inte helt sant.

En så stor effekt kan krävas endast om en sinusformad signal förstärks: bara matas en sinusoid till ingången och sitta, lyssna. Men länge att lyssna på ett monotont sorgligt surr är det troligtvis inte ett nöje. Därför lyssnar vanliga människor ofta på musik eller tittar på filmer med ljud. Det är här skillnaden mellan den musikaliska signalen och den rena sinusvågen påverkar.

En verklig musikalisk signal är inte en sinus, utan en kombination av stora kortvariga toppar och långsiktiga signaler om låg effekt, så att den genomsnittliga kraften som förbrukas från kraftkällan är mycket mindre.

Bild 3. Faktisk ljudkraft. Mittnivåer (gul linje) av sinusformade och verkliga ljudsignaler vid samma maximala nivåer

Hur man beräknar strömförsörjningen UMZCH

Metoden för att beräkna strömförsörjningen ges i artikeln "Beräkning av strömförsörjningen för effektförstärkaren", som finns på länken,

Artikeln ger överväganden om val av parametrar för strömförsörjningen, där du också kan ladda ner programmet för att beräkna strömförsörjningen med hänsyn till funktionerna i reproducerade musikprogram. Programmet fungerar utan installation i systemet, bara packa upp arkivet. Programmets resultat sparas i en textfil som visas i mappen där beräkningsprogrammet finns. Skärmbilder av programmet visas i figurerna 4 och 5.

Figur 4. Mata in data i beräkningsprogrammet

Beräkningarna utfördes för strömförsörjningen monterad enligt schemat som visas i figur 5.

Bild 5. Strömförsörjning UMZCH. Beräkningsresultat

För en 50 W-kanalförstärkare med en 4-belastning krävs således en 55W-transformator. Sekundärlindning med en mittpunkt med spänningar på 2 * 26,5V med en lastström på 1A. Av sådana skäl bör du välja en transformator för UMZCH.

Det verkar som om transformatorn visade sig vara ganska svag. Men om du läser noggrant artikeln som nämns ovan, faller allt på plats: författaren berättar övertygande nog vilka kriterier som bör tas med vid beräkningen av UMZCH-strömförsörjningen.

Här kan du omedelbart ställa räknarfrågan: "Och om kraften hos transformatorn till hands kommer att vara större än beräkningen?". Ja, inget dåligt kommer att hända, bara transformatorn fungerar halvhjärtat, kommer inte att anstränga sig särskilt mycket och bli väldigt het. Naturligtvis bör transformatorns utgångsspänningar vara samma som beräknade.

Transformatorns totala effekt

Det är inte svårt att märka att ju kraftigare transformatorn är, desto större är dess storlek och vikt. Och detta är inte alls överraskande, eftersom det finns något sådant som en transformators totala kraft. Med andra ord, ju större och tyngre transformatorn är, desto större är dess kraft, desto större är kraften hos lasten ansluten till sekundärlindningen.

Beräkning av total effekt med formeln

För att bestämma transformatorns totala effekt är det tillräckligt att mäta de geometriska måtten på kärnan med en enkel linjal, och sedan, med acceptabel noggrannhet, beräkna allt med en förenklad formel.

P = 1,3 * Sc * Så,

där P är den totala effekten, är Sc = a * b kärnområdet, så = c * h är fönsterområdet. Möjliga typer av kärnor visas i figur 5. Kärnor monterade enligt HL-schemat kallas pansrade, medan ubåtkärnor kallas kärna.

Figur 6. Typer av transformatorkärnor

I läroböckerna för elektroteknik är formeln för beräkning av den totala effekten fantastisk och mycket längre. I den förenklade formeln accepteras följande villkor som är inneboende i de flesta nätverkstransformatorer, bara några medelvärden.

Det tros att transformatorns effektivitet är 0,9, frekvensen för nätspänningen är 50 Hz, strömtätheten i lindningarna är 3,5 A / mm2, och den magnetiska induktionen är 1,2 T. Dessutom är kopparpåfyllningsfaktorn 0,4 och stålfyllningsfaktorn 0,9. Alla dessa värden ingår i den "riktiga" formeln för att beräkna den totala effekten. Som alla andra förenklade formler kan denna formel ge ett resultat med ett fel på femtio procent, vilket är det pris som betalas för att förenkla beräkningen.

Här räcker det att åtminstone påminna om transformatorns effektivitet: ju större den totala effekten, desto högre effektiviteten. Så transformatorer med en effekt på 10 ... 20 W har en effektivitet på 0,8, och transformatorer 100 ... 300 W och högre har en effektivitet på 0,92 ... 0,95. Inom samma gränser kan andra mängder som ingår i den "riktiga" formeln variera.

Formeln är naturligtvis ganska enkel, men det finns tabeller i katalogerna där "allt är beräknat för oss." Så komplicera inte ditt liv och dra fördel av en färdig produkt.

Figur 7. Tabell för att bestämma transformatorns totala effekt. Värden beräknade för 50Hz

Den tredje siffran i markeringen av kärnan i ubåten indikerar parametern h - fönstrets höjd, som visas i figur 6.

Förutom den totala effekten har tabellen också en så viktig parameter som antalet varv per volt. Dessutom observeras ett sådant mönster: ju större kärnstorlek, desto mindre antal varv per volt. För den primära lindningen anges detta nummer i den näst sista kolumnen i tabellen. Den sista kolumnen anger antalet varv per volt för sekundärlindningarna, vilket är något större än i primärlindningen.

Denna skillnad beror på det faktum att den sekundära lindningen är belägen längre från transformatorns kärna och befinner sig i ett försvagat magnetfält än den primära lindningen. För att kompensera för denna försvagning är det nödvändigt att öka antalet varv för de sekundära lindningarna. Här träder en viss empirisk koefficient i kraft: om vid en ström i sekundärlindningen på 0,2 ... 0,5 A antalet varv multipliceras med en faktor 1,02, då för strömmar av 2 ... 4 A ökar koefficienten till 1,06.

Hur man bestämmer antalet varv per volt

Många formler inom elektroteknik är empiriska, erhållna med metoden för ett flertal experiment, liksom test och fel. En av dessa formler är formeln för att beräkna antalet varv per volt i transformatorns primära lindning. Formeln är ganska enkel:

ω = 44 / S

här verkar allt vara tydligt och enkelt: ω är det önskade antalet varv / volt, S är kärnområdet i kvadratcentimeter, men 44 är, som vissa författare säger, en konstant koefficient.

Andra författare ersätter 40 eller 50 med formeln "konstant koefficient". Så vem har rätt och vem är inte?

För att besvara denna fråga bör formeln omvandlas något, istället för "konstant koefficient" ersätter bokstaven, ja, åtminstone K.

ω = K / S,

I stället för en konstant koefficient erhålls en variabel eller, som programmerare säger, en variabel. Denna variabel kan naturligtvis till viss del ta olika värden. Storleken på denna variabel beror på kärnkonstruktionen och kvaliteten på transformatorstål. Vanligtvis ligger variabeln K inom intervallet 35 ... 60. Mindre värden på denna koefficient leder till ett strängare driftsätt för transformatorn, men underlättar lindning på grund av färre varv.

Om transformatorn är utformad för att fungera i högkvalitativ ljudutrustning väljs K så högt som möjligt, vanligtvis 60.Detta hjälper dig att bli av med störningar i nätverkets frekvens från strömtransformatorn.

Nu kan du hänvisa till tabellen som visas i figur 7. Det finns en kärna ШЛ32X64 med en yta på 18,4 cm2. Tabellens näst sista kolumn anger antalet varv per volt för primärlindningen. För järn är X32X64 1,8 varv / V. För att ta reda på vilken storlek K utvecklarna fick vägledning för att beräkna denna transformator räcker det med att göra en enkel beräkning:

K = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

En sådan liten koefficient tyder på att kvaliteten på transformatorjärn är god eller helt enkelt försökt spara koppar.

Ja, bordet är bra. Om det finns en önskan, tid, kärna och lindningstråden återstår det bara att rulla upp ärmarna och linda den erforderliga transformatorn. Det är ännu bättre om du kan köpa en lämplig transformator eller få den från dina "strategiska" reserver.

Industriella transformatorer

En gång i tiden producerade sovjetindustrin en hel serie små transformatorer: TA, TAN, TN och CCI. Dessa förkortningar dekrypteras som anodtransformator, anodfilament, filament och transformator för drivning av halvledarutrustning. Det är transformatorn från TPP-märket som kanske är den mest lämpliga för förstärkaren som beaktas ovan. Transformatorer av denna modell finns med en kapacitet på 1,65 ... 200W.

Med en nominell effekt på 55W är en transformator TPP-281-127 / 220-50 med en effekt på 72W mycket lämplig. Från beteckningen kan det förstås att detta är en transformator för att driva halvledarutrustning, utvecklingsserienummer 281, primärlindningsspänning 127 / 220V, nätfrekvens 50Hz. Den sista parametern är ganska viktig med tanke på att transformatorerna för CCI också är tillgängliga med en frekvens av 400 Hz.

Bild 8. Transformatorparametrar ТПП-281-127 / 220-50

Primärström indikeras för spänningar 127 / 220V. Tabellen nedan visar spänningarna och strömmarna för de sekundära lindningarna, liksom transformatorns ledningar till vilka dessa lindningar lödas. Schemat för hela variationen av transformatorer CCI är ett: alla samma lindningar, alla samma stiftnummer. Här är bara spänningarna och strömmarna för lindningarna för alla modeller av transformatorer olika, vilket gör att du kan välja en transformator för alla tillfällen.

Följande bild visar transformatorns elektriska diagram.

Bild 9. Elektrisk krets för transformatorer CCI

För en strömförsörjningsenhet hos en tvåkanalsförstärkare med en effekt på 50W, ett exempel på beräkningen som gavs precis ovan, krävs en transformator med en effekt på 55W. Sekundärlindning med en mittpunkt med spänningar på 2 * 26,5V med en lastström på 1A. Det är ganska uppenbart att för att erhålla sådana spänningar kommer det att vara nödvändigt att ansluta fas-lindningarna på 10 och 20V, och fas-lindningen på 2,62V

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

vilket nästan överensstämmer med beräkningen. Det finns två sådana lindningar som är seriekopplade i en med mittpunkten. Lindningsanslutningen visas i figur 10.

Bild 10. Anslutning av transformatorlindningar ТПП-281-127 / 220-50

De primära lindningarna är anslutna i enlighet med den tekniska dokumentationen, även om du kan använda andra kranar, som mer exakt väljer utgångsspänningen.

Hur man ansluter de sekundära lindningarna

Lindningarna 11-12 och 17-18 är anslutna i fas - slutet på föregående lindning, med början på nästa (början av lindningarna indikeras med en punkt). Resultatet är en lindning med en spänning på 30V, och enligt villkoren för uppgiften 26.5 krävs. För att komma närmare detta värde är lindningarna 19-20 anslutna till lindningarna 11-12 och 17-18 i antifas. Denna anslutning visas med den blå linjen, hälften av lindningen med mittpunkten erhålls. Den röda linjen visar anslutningen till den andra hälften av lindningen som visas i figur 5. Anslutningen mellan punkterna 19 och 21 utgör lindningens mittpunkt.

Serier och parallella lindningar

Med en seriekoppling är det bäst om de tillåtna lindningsströmmarna är lika, utgångsströmmen för två eller flera lindningar är densamma.Om strömmen för en av lindningarna är mindre, kommer det att vara utgångsströmmen för den resulterande lindningen. Detta resonemang är bra när det finns ett kretsschema över en transformator: löd bara hopparna och mät vad som hände. Och om det inte finns något system? Detta kommer att diskuteras i nästa artikel.

Parallellanslutning av lindningarna är också tillåten. Här är kravet detta: lindningens spänning måste vara densamma och anslutningen är i fas. När det gäller transformatorn TPP-281-127 / 220-50 är det möjligt att ansluta två 10-volt lindningar (ledningar 11-12, 13-14), två 20-volt lindningar (leder 15-16, 17-18), två lindningar vid 2,62 V (slutsatser 19-20, 21-22). Få tre lindningar med strömmar 2.2A. Anslutningen av den primära lindningen sker i enlighet med transformatorns referensdata.

Det är så bra det visar sig om transformatordata är kända. En av transformatorns viktiga parametrar är dess pris, som till stor del beror på säljarens fantasi och arrogans.

Betraktas som ett exempel erbjuds transformatorn TPP-281-127 / 220-50 från olika Internet-säljare till ett pris av 800 ... 1440 rubel! Håller med om att det kommer att bli dyrare än själva förstärkaren. Vägen ut ur denna situation kan vara användningen av en lämplig transformator erhållen från gammal hushållsutrustning, till exempel från lamp-TV eller gamla datorer.

Boris Aladyshkin

Läs också om detta ämne:Hur man bestämmer okända transformatorparametrar