Transformátory pro UMZCH

Jeden z nejpopulárnějších amatérských návrhů rádia je zesilovače akustického výkonu UMZCH. Pro vysoce kvalitní poslech domácích hudebních programů nejčastěji používají docela silné, 25 ... 50 W / kanál, obvykle stereo zesilovače.

Takový velký výkon není vůbec zapotřebí, aby se dosáhlo velmi vysoké hlasitosti: zesilovač pracující při polovičním výkonu umožňuje čistší zvuk, zkreslení v tomto režimu a dokonce i nejlepší UMZCH je má, jsou téměř neviditelné.

Je docela obtížné sestavit a nastavit dobrý výkonný UMZCH, ale toto tvrzení je pravdivé, pokud je zesilovač sestaven z diskrétních částí - tranzistory, rezistory, kondenzátory, diody, možná dokonce operační zesilovače. Takový návrh může být proveden dostatečně kvalifikovaným radioamatérem, který již sestavil více než jeden nebo dva zesilovače a při prvních pokusech vypálil jeden kilogram výkonných tranzistorů.

Moderní obvody se vyhýbají takovým materiálům, a co je nejdůležitější, morálním nákladům. Chcete-li sestavit dostatečně výkonný a vysoce kvalitní UMZCH, můžete si koupit jeden nebo dva mikroobvody, přidat k nim několik pasivních dílů, pájet to vše na malé desce plošných spojů a prosím, před vámi UMZCH, který bude fungovat ihned po zapnutí.

Kvalita přehrávání bude velmi dobrá. Samozřejmě nebude možné získat zvuk „trubice“, ale mnoho proprietárních a zejména čínských zesilovačů zůstane pozadu. Živý příklad takového řešení problému vysoce kvalitního zvuku lze považovat za čip TDA7294.

Bipolární napájecí napětí mikroobvodu má velmi velký rozsah ± 10 ... ± 40V, což vám umožňuje získat energii z mikroobvodů nad 50 W při zátěži 4Ω. Pokud takový výkon není potřebný, jednoduše snižte napájecí napětí. Výstupní stupeň zesilovače je vyroben na tranzistorech s efektem pole, což zajišťuje dobrou kvalitu zvuku.

Je velmi obtížné čip deaktivovat. Výstupní stupeň má ochranu proti zkratu, navíc je zde také tepelná ochrana. Čip jako zesilovač pracuje ve třídě AB, jejíž účinnost je 66%. Proto, aby se získal výstupní výkon 50 W, bude vyžadován zdroj napájení s výkonem 50 / 0,66 = 75,757 W.

Sestavený zesilovač je namontován na chladiči. Pro zmenšení rozměrů radiátoru není vůbec špatné, že teplo z radiátoru je odváděno ventilátorem. Pro tyto účely je docela vhodný malý počítačový chladič, například z grafických karet. Konstrukce zesilovače je znázorněna na obrázku 1.

Obrázek 1. Zesilovač na čipu TDA7294

Je třeba poznamenat malou vlastnost čipu TDA7294. U všech takových výkonných mikroobvodů je zadní kovová záda s otvorem pro připojení k chladiči připojena k vodiči společného obvodu. To vám umožní upevnit čip na kovové pouzdro zesilovače bez izolačního proužku.

Na čipu TDA7294 je tento upevňovací prvek elektricky připojen k zápornému terminálu zdroje energie, terminálu 15. Proto je jednoduše nutné izolační těsnění s tepelně vodivou pastou KPT-8. Je dokonce lepší, když je mikroobvod nainstalován na chladiči bez pokládky, pouze pomocí pasty pro vedení tepla a samotný radiátor je izolován od těla (běžný drát) zesilovače.

Obrázek 2. Typický spínací obvod TDA7294

O zesilovačích na čipu TDA7294 lze toho hodně říci a těch pár řádků, které byly napsány výše, vůbec nepředstírá, že jde o úplné informace. Tento zesilovač je uveden pouze proto, aby ukázal, kolik energie může transformátor potřebovat, jak určit jeho parametry, protože článek se nazývá „Transformátory pro UMZCH“.

Často se stává, že stavba začíná vytvořením prototypů, jejichž síla se vyrábí z laboratorního zdroje. Pokud se ukázalo, že schéma bylo úspěšné, začíná se celá zbývající „tesařská“ práce: je vyroben kufr nebo je použit vhodný z podobného průmyslového zařízení. Ve stejné fázi je vyroben napájecí zdroj a je vybrán vhodný transformátor.

Jaký transformátor je tedy třeba?

Bylo vypočteno o něco vyšší, že napájení by mělo být alespoň 75 wattů, a to je pouze pro jeden kanál. Ale kde teď můžete najít monofonní zesilovač? Nyní se jedná o alespoň dvoukanálové zařízení. Proto je pro stereofonní variantu vyžadován transformátor s výkonem nejméně sto padesát wattů. Ve skutečnosti to není úplně pravda.

Taková velká síla může být vyžadována, pouze pokud je zesílen sinusový signál: stačí přivést sinusoid na vstup a sedět, poslouchat. Ale dlouhé poslouchání monotónního truchlivého bzučení není pravděpodobné, že to bude potěšení. Normální lidé proto častěji poslouchají hudbu nebo sledují filmy se zvukem. Zde ovlivňuje rozdíl mezi hudebním signálem a čistou sinusovou vlnou.

Skutečný hudební signál není sínusoid, ale kombinace velkých krátkodobých špiček a dlouhodobých signálů s nízkým výkonem, takže průměrná energie spotřebovaná ze zdroje energie je mnohem menší.

Obrázek 3. Skutečný akustický výkon. Střední úrovně (žlutá čára) sinusových a skutečných zvukových signálů při stejných maximálních úrovních

Jak vypočítat napájecí zdroj UMZCH

Metodika výpočtu zdroje napájení je uvedena v článku „Výpočet zdroje napájení výkonového zesilovače“, který naleznete na odkazu,

V článku jsou uvedeny úvahy o výběru parametrů zdroje napájení, kde si také můžete stáhnout program pro výpočet zdroje napájení s ohledem na funkce reprodukovaných hudebních programů. Program funguje bez instalace v systému, pouze rozbalte archiv. Výsledky programu se uloží do textového souboru, který se objeví ve složce, ve které je program pro výpočet umístěn. Screenshoty programu jsou znázorněny na obrázcích 4 a 5.

Obrázek 4. Vkládání dat do výpočtového programu

Výpočty byly provedeny pro napájení sestavené podle schématu znázorněného na obrázku 5.

Obrázek 5. Napájecí zdroj UMZCH. Výsledky výpočtu

Pro 50W dvoukanálový zesilovač se zátěží 4Ω je tedy zapotřebí transformátor 55 W. Sekundární vinutí ve středu s napětím 2 * 26,5 V se zátěžovým proudem 1A. Z těchto důvodů byste měli zvolit transformátor pro UMZCH.

Zdálo by se, že transformátor se ukázal být spíše slabý. Ale pokud si pozorně přečtete výše uvedený článek, pak vše zapadne na místo: autor přesvědčivě dostatečně řekne, jaká kritéria by měla být zohledněna při výpočtu napájení UMZCH.

Zde si můžete okamžitě položit protioznámení: „A jestli bude výkon po ruce transformátoru větší než výpočet?“. Ano, nic špatného se nestane, jen transformátor bude pracovat napůl, nebude nijak zvlášť zatěžovat a být velmi horký. Výstupní napětí transformátoru by samozřejmě mělo být stejné jako vypočtené.

Celkový výkon transformátoru

Není těžké si všimnout, že čím výkonnější je transformátor, tím větší je jeho velikost a hmotnost. A to není vůbec překvapivé, protože existuje něco jako celková síla transformátoru. Jinými slovy, čím větší a těžší je transformátor, tím větší je jeho výkon, tím větší je výkon zátěže připojené k sekundárnímu vinutí.

Výpočet celkového výkonu podle vzorce

K určení celkové síly transformátoru stačí změřit geometrické rozměry jádra jednoduchým pravítkem a poté s přijatelnou přesností vypočítat vše pomocí zjednodušeného vzorce.

P = 1,3 * Sc * Takže,

kde P je celková síla, Sc = a * b je oblast jádra, takže = c * h je oblast okna. Možné typy jader jsou znázorněny na obrázku 5. Jádra sestavená podle schématu HL se nazývají pancéřovaná, zatímco ponorková jádra se nazývají jádra.

Obrázek 6. Typy transformátorových jader

V učebnicích elektrotechniky je vzorec pro výpočet celkové energie úžasný a mnohem delší. Ve zjednodušeném vzorci jsou akceptovány následující podmínky, které jsou vlastní většině síťových transformátorů, pouze některé průměrované hodnoty.

Předpokládá se, že účinnost transformátoru je 0,9, frekvence síťového napětí je 50 Hz, proudová hustota vinutí je 3,5 A / mm2 a magnetická indukce je 1,2 T. Kromě toho je faktor výplně mědi 0,4 a faktor výplně oceli 0,9. Všechny tyto hodnoty jsou zahrnuty do „reálného“ vzorce pro výpočet celkového výkonu. Stejně jako u jiných zjednodušených vzorců může i tento vzorec vést k chybě s padesáti procenty, jako je cena zaplacená za zjednodušení výpočtu.

Zde stačí vzpomenout alespoň na účinnost transformátoru: čím větší je celkový výkon, tím vyšší je účinnost. Transformátory s výkonem 10 ... 20 W tedy mají účinnost 0,8 a transformátory 100 ... 300 W a vyšší mají účinnost 0,92 ... 0,95. V rámci stejných limitů se mohou měnit i jiná množství, která jsou součástí „reálného“ vzorce.

Vzorec je samozřejmě poměrně jednoduchý, ale v adresářích jsou tabulky, ve kterých „pro nás je vše již vypočítáno“. Takže nekomplikujte svůj život a využívejte hotový produkt.

Obrázek 7. Tabulka pro stanovení celkového výkonu transformátoru. Hodnoty vypočítané pro 50 Hz

Třetí číslice v označení jádra ponorky označuje parametr h - výšku okna, jak je znázorněno na obrázku 6.

Kromě celkového výkonu má tabulka také důležitý parametr, jako je počet otáček na volt. Navíc je pozorován takový vzor: čím větší je velikost jádra, tím menší je počet otáček na volt. Pro primární vinutí je toto číslo uvedeno v předposledním sloupci tabulky. Poslední sloupec udává počet otáček na volt sekundárních vinutí, který je o něco větší než v primárním vinutí.

Tento rozdíl je způsoben skutečností, že sekundární vinutí je umístěno dále od jádra (jádra) transformátoru a je v oslabeném magnetickém poli než primární vinutí. Pro kompenzaci tohoto oslabení je nutné mírně zvýšit počet závitů sekundárních vinutí. Zde vstupuje v platnost určitý empirický koeficient: jestliže při proudu v sekundárním vinutí 0,2 ... 0,5 A je počet závitů násoben faktorem 1,02, pak pro proudy 2 ... 4 A se koeficient zvyšuje na 1,06.

Jak určit počet otáček na volt

Mnoho vzorců v elektrotechnice je empirických, získaných metodou četných experimentů, jakož i pokusů a omylů. Jedním z těchto vzorců je vzorec pro výpočet počtu otáček na volt v primárním vinutí transformátoru. Vzorec je poměrně jednoduchý:

co = 44 / S

zde se vše jeví jako jasné a jednoduché: co je požadovaný počet otáček / voltů, S je plocha jádra v centimetrech čtverečních, ale 44 je, jak někteří autoři říkají, konstantní koeficient.

Ostatní autoři do tohoto vzorce „konstantní koeficient“ nahrazují 40 nebo dokonce 50. Kdo tedy má pravdu a kdo není?

Abychom na tuto otázku odpověděli, měl by se vzorec mírně transformovat, místo „konstantního koeficientu“ nahradit písmeno, tedy alespoň K.

ω = K / S,

Pak se místo konstantního koeficientu získá proměnná, nebo, jak říkají programátoři, proměnná. Tato proměnná může do jisté míry samozřejmě vzít různé hodnoty. Velikost této proměnné závisí na konstrukci jádra a kvalitě transformátorové oceli. Proměnná K se obvykle pohybuje v rozmezí 35 ... 60. Menší hodnoty tohoto koeficientu vedou k přísnějším režimům provozu transformátoru, ale usnadňují navíjení v důsledku menších zatáček.

Pokud je transformátor navržen pro práci ve vysoce kvalitních zvukových zařízeních, pak je K vybrána co možná nejvyšší, obvykle 60.To pomůže zbavit se interference s frekvencí sítě vycházející z výkonového transformátoru.

Nyní se můžete podívat na tabulku znázorněnou na obrázku 7. Je zde jádro ШЛ 32X64 o ploše 18,4 cm2. Předposlední sloupec tabulky udává počet otáček na volt primárního vinutí. U železa je ШЛ32X64 1,8 otáček / V. Abychom zjistili, jakou velikost K vývojáři vedli při výpočtu tohoto transformátoru, stačí provést jednoduchý výpočet:

K = w * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

Tak malý koeficient naznačuje, že kvalita transformátorového železa je dobrá nebo se jednoduše snaží šetřit měď.

Ano, stůl je dobrý. Pokud existuje přání, čas, jádro a navíjecí drát, zbývá pouze vyhrnout rukávy a navinout požadovaný transformátor. Je dokonce lepší, když si můžete koupit vhodný transformátor nebo jej získat z vlastních „strategických“ rezerv.

Průmyslové transformátory

Sovětský průmysl kdysi produkoval celou řadu malých transformátorů: TA, TAN, TN a CCI. Tyto zkratky jsou dešifrovány jako anodový transformátor, anodové vlákno, vlákno a transformátor pro napájení polovodičového zařízení. To je transformátor značky TPP může být nejvhodnější pro výše uvedený zesilovač. Transformátory tohoto modelu jsou k dispozici s kapacitou 1,65 ... 200 W.

Při jmenovitém výkonu 55 W je zcela vhodný transformátor TPP-281-127 / 220-50 s výkonem 72W. Z označení je zřejmé, že se jedná o transformátor pro napájení polovodičových zařízení, vývojové sériové číslo 281, napětí primárního vinutí 127 / 220V, síťová frekvence 50 Hz. Poslední parametr je docela důležitý, vezmeme-li v úvahu, že transformátory CCI jsou k dispozici také při frekvenci 400 Hz.

Obrázek 8. Parametry transformátoru ТПП-281-127 / 220-50

Primární proud je indikován pro napětí 127 / 220V. Níže uvedená tabulka ukazuje napětí a proudy sekundárních vinutí, jakož i vedení transformátorů, na které jsou tato vinutí pájena. Schéma celé řady transformátorů CCI je jedno: všechna stejná vinutí, všechna stejná čísla pinů. Zde jsou pouze napětí a proudy vinutí pro všechny modely transformátorů odlišné, což vám umožňuje vybrat si transformátor pro každou příležitost.

Následující obrázek ukazuje elektrické schéma transformátoru.

Obrázek 9. Elektrický obvod transformátorů CCI

Pro napájecí jednotku dvoukanálového zesilovače s výkonem 50 W, jehož příklad výpočtu byl uveden právě výše, je vyžadován transformátor s výkonem 55 W. Sekundární vinutí ve středu s napětím 2 * 26,5 V se zátěžovým proudem 1A. Je zcela zřejmé, že pro získání takových napětí bude nutné připojit fázová vinutí 10 a 20V a v antifázi vinutí 2,62V

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

což je téměř v souladu s výpočtem. Existují dvě taková vinutí, která jsou spojena v sérii v jednom se středem. Spojení vinutí je znázorněno na obrázku 10.

Obrázek 10. Připojení vinutí transformátoru ТПП-281-127 / 220-50

Primární vinutí jsou připojena v souladu s technickou dokumentací, ale můžete použít i jiné odbočky, které přesněji zvolí výstupní napětí.

Jak připojit sekundární vinutí

Vinutí 11-12 a 17-18 jsou spojena ve fázi - konec předchozího vinutí, se začátkem dalšího (začátek vinutí je označen tečkou). Výsledkem je jedno vinutí s napětím 30 V a podle podmínek úkolu je požadováno 26,5. Pro přiblížení k této hodnotě jsou vinutí 19-20 připojena k vinutím 11-12 a 17-18 v antifázi. Toto spojení je znázorněno modrou čarou, získá se polovina vinutí se středem. Červená čára ukazuje spojení druhé poloviny vinutí znázorněného na obrázku 5. Spojení bodů 19 a 21 tvoří střed vinutí.

Série a paralelní vinutí

Při sériovém zapojení je nejlepší, pokud jsou přípustné proudy vinutí stejné, výstupní proud pro dvě nebo více vinutí bude stejný.Pokud je proud jednoho z vinutí menší, bude to výstupní proud výsledného vinutí. Toto zdůvodnění je dobré, když existuje schéma zapojení transformátoru: stačí pájet propojky a změřit, co se stalo. A pokud neexistuje žádný systém? To bude probráno v dalším článku.

Rovněž je povoleno paralelní spojení vinutí. Zde je požadavek: napětí vinutí musí být stejné a připojení je fázové. V případě transformátoru TPP-281-127 / 220-50 je možné připojit dvě 10 V vinutí (vedení 11-12, 13-14), dvě 20 V vinutí (vedení 15-16, 17-18), dvě vinutí při 2,62 V (závěry 19-20, 21-22). Získejte tři vinutí s proudy 2.2A. Připojení primárního vinutí se provádí podle referenčních dat transformátoru.

To je, jak dobře se ukazuje, pokud jsou známa data transformátoru. Jedním z důležitých parametrů transformátoru je jeho cena, která do značné míry závisí na představivosti a aroganci prodávajícího.

Jako příklad lze uvést transformátor TPP-281-127 / 220-50 od různých internetových prodejců za cenu 800 ... 1440 rublů! Souhlasíte, že to bude dražší než samotný zesilovač. Cesta z této situace může být použití vhodného transformátoru získaného ze starých domácích zařízení, například z lampových televizorů nebo starých počítačů.

Boris Aladyshkin

Přečtěte si také toto téma:Jak zjistit neznámé parametry transformátoru