Трансформатор звуковой выходной – Выходные трансформаторы

Выходной трансформатор — почти просто, но не дешево

Введение

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

Расчёт параметров выходного трансформатора

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

Определение необходимых размеров магнитопровода

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

где Vc — активный объем стали;

L1 — расчетная индуктивность первичной обмотки, Гн;

UA — амплитуда напряжения на зажимах первичной обмотки, В;

FH — нижняя граничная частота, Гц;

Bmax — максимальная амплитуда магнитной индукции, Гс.

S — площадь сечения магнитопровода, см2;

lC — средняя длина магнитной силовой линии, см.

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

А для стержневого:

где обозначения соответствуют принятым на Рис. 1.

Рис. 1 Основные размеры магнитопроводов

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

Экспериментальное определени индукции трансформатора

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

Рис. 2 Схема для измерения максимальной индукции в магнитопроводе

Затем допустимое значение индукции рассчитывают по формуле:

где U1 — показания прибора, В;

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

Определение коэффициента трансформации

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

где n — коэффициент трансформации;

N1 — число витков первичной обмотки;

N2 — число витков вторичной обмотки;

RA — расчетная величина сопротивления анодной нагрузки лампы, Ом;

RH — сопротивление нагрузки усилителя, Ом;

К — КПД трансформатора.

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

где Rном — номинальное сопротивление акустической системы;

Rmin — минимальное сопротивление акустической системы в рабочем диапазоне частот.

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

Расчёт числа витков первичной обмотки

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

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

ВМП — максимально допустимая амплитуда переменной составляющей индукции, Гс.

где ВM — изморенное ранее значение максимальной индукции, Гс.

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

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

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

где L1 требуемая индуктивность обмотки, Гн;

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

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

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

Расчёт числа витков вторичной обмотки

Число витков вторичной обмотки рассчитывается как:

Расчёт диаметра провода

Диаметр провода (чистой меди) первичной обмотки:

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

Диаметр провода вторичной обмотки:

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

Размещение обмоток трансформатора

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

Заполнение окна магнитопроводаможно проверить по формулам:

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

р1, р2 — число слоев первичной и вторичной обмоток;

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

dиз — толщина межслойной изоляции.

Индуктивность рассеяния трансформатора достаточной точностью определяется по формуле;

где l0 — средняя длина витка, см;

h’ — высота намотки слоя, см;

к — количество секций.

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

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

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

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

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

Определение величины немагнитного зазора

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

I0 — ток постоянного подмагничивания, А;

lC — длина силовой линии, см.

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

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

Паразитные ёмкости и методы борьбы с ними

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

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

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

Заключение

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

Литература

  1. Цыкни Г.С. Трансформаторы низкой частоты. М., Связьиздат, 1955.
  2. Андронников Д.В. «Три электрода в один такт». «Вестник А.Р.А.» No. 3, 1998 г.
  3. Войшвилло Г.В. Усилители низкой частоты на электронных лампах. Изд. 2.
  4. Белопольский И.И. Электропитание радиоаппаратуры. М., Энергия, 1965.
  5. Лукачер. Расчет выходных трансформаторов, ж. Радиофронт No. 22 1935.

vt-tech.eu

Расчет лампового трансформатора | Сабвуфер своими руками

Выходной трансформатор лампового усилителя мощности низкой частоты. Как уже отмечалось ранее, выходное сопротивление однотактного лампового каскада УМЗЧ составляет единицы — десятки кОм. В то же время, сопротивление современных акустических систем, на которые должен работать ламповый УМЗЧ, как правило, на частоте 1 кГц колеблется в диапазоне 4-16 Ом. Поэтому для согласования выходного сопротивления усилителя мощности звуковой частоты с сопротивлением нагрузки используется звуковой трансформатор.

В литературе и сети Интернет имеется большое количество материалов и методик по расчёту и конструировании выходного звукового трансформатора.

В интернете имеется информация и о известной компании Гидромонтажкомплект специализирующееся на изготовлении и установке внутренних инженерных систем для предприятий различной сферы деятельности. Производится наладка систем водопровода, вентиляции, отопления, канализации и очистных сооружений. В 2002 году Гидромонтажкомплект вошел в состав холдинга компаний Северо-Западного Электромеханического Объединения, что позволило вывести технологические возможности компании на новый уровень.

В основном их можно разделить на две категории:

пособия для инженеров проектировщиков трансформаторов;
упрощенные методики расчёта ориентированные на радиолюбителей. Расчёт, описанный в пособиях, рассчитанных на инженеров, требует серьезной математической подготовки и содержит сложные формулы.

Более того, для его использования надо знать множество параметров магнитопроводов. Расчеты для радиолюбителей базируются на приближенных формулах и усреднённых параметрах магнитопроводов. Но самым существенным недостатком обоих этих подходов к расчёту трансформатора является критерий получения его минимальной стоимости.

Дело в том, что все эти методики расчёта разрабатывались в 1950-60-х годах и ориентировались на массовое производство недорогих УМЗЧ. Поэтому диапазон рабочих частот 60 Гц — 16 кГц при неравномерности 3 дБ, в таких методиках, считается отличным результатом. Разумеется, рассчитать трансформатор обеспечивающий неравномерность АЧХ 1 дБ в полосе частот 20 Гц — 20 кГц по таким методикам просто невозможно.

В связи с вышесказанным, ниже будет приведена эмпирическая методика расчёта высококачественного выходного звукового трансформатора.

При этом будут использоваться такие предположения:

  • выходная мощность УМЗЧ не превышает 50 Вт;
  • параметры и марка стали сердечника трансформатора неизвестны, т.к. свойства стали одной и той же марки, но в разных партиях, заметно отличаются даже у одного и того же производителя и поэтому параметры сердечника будут определяться экспериментально; нагрузка трансформатора чисто активная, т.е. её индуктивность и емкость не учитываются.

Важно учесть также следующее:

  • обмотки трансформатора должны наматываться виток к витку, а не «в навал».
  • обязательно использовать межслойную и межсекционную изоляцию с толщиной выдерживающей разность напряжений между слоями и секциями трансформатора.

Снижение паразитных параметров трансформатора, таких как индуктивность рассеивания и межобмоточные емкости (а это крайне важно для расширения полосы рабочих частот) достигается путем секционирования его обмоток.

При этом:

  • общее число секций каждой обмотки должно быть нечетным и не превышать 9;
  • крайние (внутренняя и наружная) секция трансформатора должны принадлежать одной обмотке и содержать в два раза меньше витков, чем во внутренних секциях этой же обмотки.

В приведенных выше расчетах трансформатор присутствовал в качестве нагрузки лампы в виде Ra которое для триода (или триодного включения пентода или тетрода) выбирается на уровне 3…5 Ri. Разумеется, первичная обмотка трансформатора имеет кроме реактивного сопротивления также и активное сопротивление r1.

Для того чтобы получить приемлемый КПД трансформатора, а значит и всего УМЗЧ, необходимо чтобы r1, не превышало 10-15% от Ra. Особенно это важно для воспроизведения НЧ, поскольку на них величина r1, и реактивного сопротивления первичной обмотки могут оказаться сопоставимыми, что приведет к значительному «завалу» НЧ.

Для изготовления трансформаторов используются стальные сердечники нескольких типов.

На рис.29 показаны:

  • рис.29,а — стержневой сердечник;
  • рис.29,б — броневой сердечник;
  • рис.29,в — тороидальный сердечник;
  • рис.29,г — витой стержневой сердечник;
  • рис.29,д — витой броневой сердечник;
  • рис.29,е — витой тороидальный сердечник.

Низшая рабочая частота
Реактивное сопротивление обмотки трансформатора:

XL = 2 π f L

Поскольку Ra (нагрузка) и Ri лампы включены параллельно, то при расчётах надо использовать Rэ

Rэ = Ra Ri / (Ra + Ri)

В предположении, что r1, намного меньше Rэ, получаем что XL равно Rэ, откуда легко определить индуктивность трансформатора:
L = Rэ/(2 π f)
Если нам необходима неравномерность АЧХ на нижней рабочей частоте трансформатора -3 дБ, то в дальнейших расчетах используется именно эта формула, в которой f заменяется fн, т.е. нижней рабочей частотой усилителя мощности низкой частоты.
Для получения спада на нижней рабочей частоте -1 дБ формула преобразится:
L1 = Rэ / (π fн)
Т.е. для обеспечения хороших «басов» нужна вдвое большая индуктивность первичной обмотки трансформатора и он будет стоить гораздо дороже.

Верхняя рабочая частота

Здесь основное значение играет индуктивность рассеяния Ls вызванная взаимодействием магнитных полей обмоток вне магнитопровода трансформатора. Для удобства её оценки обычно используют коэффициент рассеивания d = Ls / L1. Значение d обычно находится в интервале 0,003…0,008, поскольку получить d меньше 0,003 при использовании стального сердечника очень сложно, a d

более 0,008 приводит к значительному «срезанию» ВЧ.
Используя полученное ранее значение L1 можно определить активный объем стали сердечника используя эмпирическое соотношение — 1 Вт выходной мощности требует 1-3 кубических дюймов активного объема стали, т.е.:
Уст > 20 √ (Ра / fн)
При этом Vct = S Iс, где S — площадь сердечника, [см2], Iс — средняя длина магнитной силовой линии [см]. Средняя силовая линия составит (рис.30):

для броневого сердечника Ic = 2h + 2b + 0,5 π у1;
для стержневого сердечника Ic = 2h + 2b + πy1, (размер в сантиметрах).
Определение числа витков и диаметра провода обмоток трансформатора
Напряжение на первичной обмотке трансформатора составит:
U1 = √ (Pa Ra),
где Ра — мощность рассеиваемая анодом лампы в рабочей точке. Это напряжение необходимо знать, чтобы можно было определить коэффициент трансформации трансформатора.
Поскольку параметры магнитопровода (кроме его сечения) неизвестны, то необходимое количество первичной обмотки определяется экспериментально.

Для этого на каркас наматывается 100 витков провода диаметром не менее 0,7 мм (лучше 1… 1,5 мм, при этом надо обеспечить чтобы все витки поместились на катушке). После этого трансформатор собирается и при помощи любого метода, например, с использованием мульти- метра с функцией L-метра, измеряется его индуктивность L100.

Поскольку в выходном однотактном каскаде УМЗЧ трансформатор работает с подмагничиванием, то при измерении L100 в его магнитопровод следует ввести немагнитный зазор, который зависит от тока анода лампы Iа в рабочей точке, и составляет: при токе анода 0-50 мА — 0,1 мм; при 50- 100 мА — 0,15 мм; при 100-150 мА — 0.2 мм; при 150-200 мА — 0.25 мм.

На рис.31 показан трансформатор со стержневым витым магнитопроводом в разобранном виде.

Для получения рассчитанной ранее индуктивности L1 количество витков должно составлять:
N1 = 100√(L1/L100).
Активное сопротивление обмоток:
r1= 0,5 Ra (1- ηтр).
где ηтр — это КПД трансформатора, которое для трансформаторов мощностью до 30 Вт принимается равным 0,85.
Активное сопротивление вторичной обмотки:
r2 = r1 n².
где n — коэффициент трансформации, определяемый по формуле:
n = N2 / N1 = √[Rн / (Rа ηтр)].
Отсюда число витков вторичной обмотки N2 = n N1

www.radiochipi.ru

Некоторые приемы намотки трансформаторов для аудио

Предыдущей статье я рассказал о изготовлениии простого намоточного станочка.
Пришло время показать изготовленные трансформаторы для ламповой техники. Первым был выходной трансформатор для гитарного комбоусилителя JCM800. Попалось хорошее железо 0,35 мм на развале. Хорошее сечение 12,5 см.кв. Мотать стал на своём станке. Особо не спешил, за 2-3 часа одна обмотка в день. Каждый слой при помощи строительного фена и свечи пропитывал воском, чтобы потом не варить в парафине весь трансформатор.

Получилась вот такая катушка, схема намотки: 1/4 — I, II — с отводами на 4, 8, 16 Ом, 1/2 — I с выводом от середины обмотки, II — с отводами на 4, 8, 16 Ом, 1/4 — I.

Симметричность плеч первичной обмотки по сопротивлению получилась хорошая.

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

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

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

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

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

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

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

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

Владимир (mrduk)

Москва

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

 

datagor.ru

Методика расчета и конструирования выходных трансформаторов НЧ ламповых усилителей.

Подробности
Категория: Методики расчета

     Приведенная методика была представлена в Радио № 3 за 1967 г. Чтобы выходной каскад усилителя НЧ отдавал в нагрузку наибольшую мощность при ограниченном уровне нелинейных искажений, сопротивление нагрузки должно иметь определенную величину, зависящую от внутреннего сопротивления ламп или транзисторов и режима их работы. Для ламповых каскадов сопротивление нагрузки должно быть порядка тысяч Ом, для транзисторных — десятков или сотен Ом. Сопротивление же звуковой катушки динамического громкоговорителя обычно не превышает 10 Ом. Поэтому нагрузку подключают к усилителю через выходной трансформатор (понижающий).
   Если к вторичной обмотке выходного трансформатора, имеющего коэффициент трансформации (отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки) n, подключен громкоговоритель с сопротивлением звуковой катушки Rн , то первичная обмотка будет представлять собой для переменного тока сопротивление Rа = Rн/(n2 к.п.д.). Это сопротивление называется сопротивлением нагрузки, приведенным к цепи первичной обмотки, или просто приведенным сопротивлением нагрузки. Оптимальная величина сопротивления нагрузки для ламп, работающих в определенном режиме, приводится в справочниках по лампам. Если же величина сопротивления нагрузки неизвестна, например при работе лампы в режиме, отличающемся от рекомендованного, то ее можно определить ориентировочно в зависимости от внутреннего сопротивления лампы при этом режиме.
Сердечники выходных трансформаторов имеют ту же конструкцию и обозначаются так же, как, сердечники силовых трансформаторов.
Принятые обозначения
Rн — сопротивление нагрузки (звуковой катушки громкоговорителя), Ом.
Rа — приведенное сопротивление нагрузки в цепи анода, кОм.
Rаа — приведенное сопротивление нагрузки между анодами двухтактного каскада,
кОм.
Ri — внутреннее сопротивление лампы в данном режиме, кОм.
Pн — можность, отдаваемая в нагрузку, Вт.
I0 — ток покоя лампы, мА.
Qс — площадь сечения керна сердечника, см2.
Qо — площадь сечения окна сердечника, см2.
lс — длина магнитной линии сердечника, см.
w1 — число витков первичной обмотки.
w2— число витков вторичной обмотки.
n — коэффициент трансформации.
к.п.д — коэффициент полезного действия трансформатора.
L1 -индуктивность первичной обмотки, Гн
fн — нижняя граничная частота, Гц.
Мн — коэффициент частотных искажений на этой частоте.

Расчет выходного трансформатора

   При расчете должны быть заданы мощность, отдаваемая выходным каскадом нагрузке Pн, сопротивление нагрузки (громкоговорителя) Rн, оптимальное приведенное сопротивление для каскада Rа или Rаа или внутреннее сопротивление лампы Ri в данном режиме, нижняя граничная частота fн,   коэффициент частотных искажений на этой частоте Мн и величина тока покоя ламп I0

Трансформатор для однотактного лампового каскада
   Однотактные выходные каскады УНЧ работают исключительно в режиме А, при этом через первичную обмотку трансформатора протекает ток покоя лампы, вызывающий постоянное подмагничивание сердечника, в результате магнитная проницаемость материала сердечника и индуктивность обмотки уменьшаются.
    Оптимальное сопротивление нагрузки лампы можно определить по формуле: Rа = аRi, кОм, для триодов а=2…2, для лучевых тетродов и пентодов а = 0,07…0,15.  Коэффициент трансформации: n = w2/w1 = 0,032 (Rн/(Rа к.п.д.))0,5. К.п.д. трансформатора малой мощности может быть принят в пределах 0,55…0,8. Чем меньше мощность трансформатора, тем его к.п.д. ниже.
    Минимально возможное значение индуктивности первичной обмотки трансформатора, при котором коэффициент частотных искажений Мн на нижней граничной частоте fн не превышает заданного, определяется по формуле: L1 = 159 Ra/ (fнн2 -1)0,5), Гн, если коэффициент усиления на частоте fн падает до 0,707 от коэффициента усиления на средних частотах, то L1 = 159 Ra/ fн , Гн. Сердечник трансформатора выбирается в зависимости от мощности. Размеры его определяют исходя из условия:  QсQо = A Pн , см4. А = 10 — для триода; А =20 — для пентода и лучевого тетрода. Если в выходном каскаде применена отрицательная обратная связь, значение А уменьшается. При глубокой отрицательной обратной связи значение А берется в два раза меньше указанного.
 С целью уменьшения габаритов трансформатора и экономии материалов рекомендуется принимать Qс = Qо, тогда Qс = (A Pн)0,5, см2.
 Число витков первичной обмотки трансформатора из условия получения необходимой индуктивности обмотки: w1 = D (L1 lc/Qc)0,5, значения коэффициента D даны в таблице.






L1 I02, Гн мА2D
102480
103530
104600
105685

Амплитуда переменного напряжения на первичной обмотке: Um1 = (2 Рн Ra)0,5, В.
Максимальная индукция в сердечнике: Вm = 2,25 107 Um1/(fн Qс w1), Гн.
Если Вm больше 7000 Гн, число витков первичной обмотки определяется по формуле:
W1 = 3,2 103 Um1/(fн Qc).
Диаметр провода первичной обмотки: d1 = 0,025 (I0)0,5, мм.
Число витков вторичной обмотки: w2 = nw1.
Диаметр провода вторичной обмотки: d2 = 0,8 d1/(n)0,5 , мм.
Чтобы уменьшить влияние постоянного подмагничивания, сердечник трансформатора собирают с зазором, толщина прокладки зазора:
dз = 0,62 10-6 w1 I0, мм — для стали;
dз = 1,16 10-6 w1 I0, мм — для пермаллоя.

Трансформатор для двухтактного лампового каскада
    Двухтактные выходные каскады работают или в режиме А, или в режиме АВ. Режим В ввиду больших нелинейных искажений применяется только в мощных усилителях (50 Вт и выше).
   При режиме А оптимальное приведенное сопротивление нагрузки между анодами ламп равно Raa = 2 Ra (Ra определяется как для однотактного каскада). При режиме АВ величину Raa находят в справочниках или определяют по характеристикам ламп.
 Мощность в нагрузке равна удвоенной мощности, отдаваемой одной лампой.
 Число витков первичной обмотки равно:
w1 = 450 D (L1 lc/Qc)0,5 — для сердечника из трансформаторной стали;
w1 = 200 D (L1 lc/Qc)0,5 — для сердечника из пермаллоя.
   Отвод делается от середины обмотки. Остальной расчет выполняется по формулам, приведенным для однотактного каскада, Ra заменяется на Raa. Пластины сердечника двухтактного трансформатора собирают вперекрышку без зазора.

Трансформатор для ультралинейного (сверхлинейного) каскада
 Расчет трансформатора выполняется по формулам, приведенным для соответствующего однотактного или двухтактного каскада. Коэффициент р = wэ/wа, показывающий отношение числа витков обмотки экранной сетки к числу витков анодной обмотки, выбирается в пределах 0,22…0,23 для ламп типа 6П1П и 6П6С и 0,42…0,45 для ламп типа 6П14П и 6ПЗС.

radiofanatic.ru