Transformateurs pour UMZCH

L'une des conceptions de radio amateur les plus populaires est amplificateurs de puissance acoustique UMZCH. Pour écouter des programmes musicaux de haute qualité à la maison, ils utilisent le plus souvent des amplificateurs assez puissants, 25 ... 50W / canal, généralement stéréo.

Une telle puissance n'est pas du tout nécessaire pour obtenir un volume très élevé: un amplificateur fonctionnant à la moitié de la puissance permet un son plus propre, des distorsions dans ce mode, et même les meilleurs UMZCH en ont, ils sont presque invisibles.

Il est assez difficile à assembler et à configurer un bon UMZCH puissant, mais cette affirmation est vraie si l'amplificateur est assemblé à partir de pièces discrètes - transistors, résistances, condensateurs, diodes, peut-être même amplificateurs opérationnels. Une telle conception peut être faite par un radio-amateur suffisamment qualifié, qui a déjà assemblé plus d'un ou deux amplificateurs, brûlant sur les premières expériences pas un kilogramme de transistors de sortie puissants.

Les circuits modernes évitent de tels matériaux, et surtout, les coûts moraux. Pour assembler un UMZCH suffisamment puissant et de haute qualité, vous pouvez acheter un ou deux microcircuits, y ajouter quelques pièces passives, souder tout cela sur une petite carte de circuit imprimé, et s'il vous plaît, avant UMZCH, qui fonctionnera immédiatement après la mise sous tension.

La qualité de lecture sera très bonne. Bien sûr, il ne sera pas possible d'obtenir un son «à lampe», mais de nombreux amplificateurs propriétaires, et en particulier chinois, seront laissés pour compte. Un exemple frappant d'une telle solution au problème du son de haute qualité peut être considéré comme la puce TDA7294.

La tension d'alimentation bipolaire du microcircuit a une très large plage de ± 10 ... ± 40V, ce qui permet d'obtenir une puissance du microcircuit supérieure à 50W à une charge de 4Ω. Si une telle puissance n'est pas requise, abaissez simplement un peu la tension d'alimentation. L'étage de sortie de l'amplificateur est réalisé sur des transistors à effet de champ, ce qui garantit une bonne qualité sonore.

Il est très difficile de désactiver une puce. L'étage de sortie a une protection contre les courts-circuits, en plus il y a aussi une protection thermique. La puce, en tant qu'amplificateur, fonctionne en classe AB, dont l'efficacité est de 66%. Par conséquent, afin d'obtenir une puissance de sortie de 50 W, une alimentation avec une puissance de 50 / 0,66 = 75,757 W sera nécessaire.

L'amplificateur assemblé est monté sur le radiateur. Pour réduire les dimensions du radiateur, ce n'est pas mal du tout que la chaleur du radiateur soit évacuée par un ventilateur. À ces fins, un petit refroidisseur d'ordinateur, par exemple, à partir de cartes vidéo, convient tout à fait. La conception de l'amplificateur est illustrée à la figure 1.

Figure 1. Amplificateur sur la puce TDA7294

Il convient de noter une petite caractéristique de la puce TDA7294. Pour tous ces microcircuits puissants, le dos métallique arrière avec un trou pour la fixation au radiateur est connecté à un fil de circuit commun. Cela vous permet de fixer la puce sur le boîtier métallique de l'amplificateur sans bande isolante.

Sur la puce TDA7294, cette attache est connectée électriquement à la borne négative de la source d'alimentation, la borne 15. Par conséquent, un joint isolant avec de la pâte thermoconductrice KPT-8 est simplement nécessaire. C'est encore mieux si le microcircuit est installé sur le radiateur sans aucune pose, uniquement avec de la pâte conductrice de chaleur, et que le radiateur lui-même est isolé du corps (fil commun) de l'amplificateur.

Figure 2. Circuit de commutation TDA7294 typique

On peut en dire beaucoup sur les amplificateurs de la puce TDA7294, et ces quelques lignes écrites ci-dessus ne prétendent pas du tout être des informations complètes. Cet amplificateur n'est mentionné que pour montrer la puissance dont un transformateur pourrait avoir besoin, comment déterminer ses paramètres, car l'article s'appelle «Transformers for UMZCH».

Il arrive souvent que la construction commence par la création de prototypes, dont la puissance est produite à partir de l'alimentation du laboratoire. Si le projet s'est avéré réussi, alors tout le reste du travail de «menuiserie» commence: le boîtier est fabriqué ou un boîtier approprié à partir d'un appareil industriel similaire est utilisé. Au même stade, l'alimentation électrique est fabriquée et un transformateur approprié est sélectionné.

Alors, quel type de transformateur est nécessaire?

Il a été calculé un peu plus haut que l'alimentation devrait être d'au moins 75 watts, et ce pour un seul canal. Mais où pouvez-vous trouver un amplificateur monophonique maintenant? Maintenant, c'est au moins un appareil à deux canaux. Par conséquent, pour l'option stéréo, un transformateur d'une puissance d'au moins cent cinquante watts est requis. En fait, ce n'est pas entièrement vrai.

Une telle puissance ne peut être requise que si un signal sinusoïdal est amplifié: il suffit d'alimenter une sinusoïde à l'entrée et de s'asseoir, d'écouter. Mais une longue écoute d'un bourdonnement monotone et triste est peu susceptible d'être un plaisir. Par conséquent, les gens normaux écoutent plus souvent de la musique ou regardent des films avec du son. C'est là que la différence entre le signal musical et l'onde sinusoïdale pure affecte.

Un vrai signal musical n'est pas une sinusoïde, mais une combinaison de grands pics à court terme et de signaux à long terme de faible puissance, de sorte que la puissance moyenne consommée par la source d'alimentation est bien inférieure.

Figure 3. Puissance acoustique réelle. Niveaux moyens (ligne jaune) de signaux sonores sinusoïdaux et réels aux mêmes niveaux maximaux

Comment calculer l'alimentation UMZCH

La méthodologie de calcul de l'alimentation est donnée dans l'article "Calcul de l'alimentation de l'amplificateur de puissance", qui se trouve sur le lien,

L'article fournit des considérations sur le choix des paramètres de l'alimentation, où vous pouvez également télécharger le programme de calcul de l'alimentation en tenant compte des caractéristiques des programmes musicaux reproduits. Le programme fonctionne sans installation dans le système, décompressez simplement l'archive. Les résultats du programme sont enregistrés dans un fichier texte qui apparaît dans le dossier où se trouve le programme de calcul. Des captures d'écran du programme sont présentées dans les figures 4 et 5.

Figure 4. Saisie de données dans le programme de calcul

Les calculs ont été effectués pour l'alimentation électrique assemblée selon le schéma illustré à la figure 5.

Figure 5. Alimentation UMZCH. Résultats des calculs

Ainsi, pour un amplificateur double canal de 50 W avec une charge de 4 Ω, un transformateur de 55 W est requis. Enroulement secondaire avec un point médian avec des tensions de 2 * 26,5V avec un courant de charge de 1A. De ces considérations, vous devez choisir un transformateur pour UMZCH.

Il semblerait que le transformateur se soit avéré plutôt faible. Mais, si vous lisez attentivement l'article mentionné ci-dessus, alors tout se met en place: l'auteur indique de manière suffisamment convaincante quels critères doivent être pris en compte lors du calcul de l'alimentation UMZCH.

Ici, vous pouvez immédiatement poser une contre-question: «Et si la puissance du transformateur à portée de main sera supérieure au calcul?». Oui, il ne se passera rien de mal, juste le transformateur fonctionnera sans enthousiasme, ne se fatiguera pas particulièrement et ne deviendra pas très chaud. Naturellement, les tensions de sortie du transformateur doivent être les mêmes que celles calculées.

Puissance globale du transformateur

Il n'est pas difficile de remarquer que plus le transformateur est puissant, plus sa taille et son poids sont importants. Et ce n'est pas du tout surprenant, car la puissance globale d'un transformateur existe. En d'autres termes, plus le transformateur est grand et lourd, plus sa puissance est élevée, plus la puissance de la charge connectée à l'enroulement secondaire est grande.

Calcul de la puissance globale par la formule

Pour déterminer la puissance globale du transformateur, il suffit de mesurer les dimensions géométriques du noyau avec une simple règle, puis, avec une précision acceptable, de tout calculer à l'aide d'une formule simplifiée.

P = 1,3 * Sc * Donc,

où P est la puissance globale, Sc = a * b est la zone centrale, So = c * h est la zone de la fenêtre. Les types de noyaux possibles sont illustrés à la figure 5. Les noyaux assemblés selon le schéma HL sont appelés blindés, tandis que les noyaux sous-marins sont appelés noyaux.

Figure 6. Types de noyaux de transformateur

Dans les manuels de génie électrique, la formule de calcul de la puissance globale est impressionnante et beaucoup plus longue. Dans la formule simplifiée, les conditions suivantes sont acceptées et sont inhérentes à la plupart des transformateurs de réseau, juste quelques valeurs moyennes.

On pense que le rendement du transformateur est de 0,9, la fréquence de la tension du secteur est de 50 Hz, la densité de courant dans les enroulements est de 3,5 A / mm2 et l'induction magnétique est de 1,2 T. En outre, le facteur de remplissage en cuivre est de 0,4 et le facteur de remplissage en acier est de 0,9. Toutes ces valeurs sont incluses dans la formule «réelle» pour le calcul de la puissance globale. Comme toute autre formule simplifiée, cette formule peut donner un résultat avec une erreur de cinquante pour cent, tel est le prix payé pour simplifier le calcul.

Ici, il suffit de rappeler au moins le rendement du transformateur: plus la puissance globale est élevée, plus le rendement est élevé. Ainsi, les transformateurs d'une puissance de 10 ... 20 W ont une efficacité de 0,8, et les transformateurs 100 ... 300 W et plus ont une efficacité de 0,92 ... 0,95. Dans les mêmes limites, d'autres quantités faisant partie de la formule «réelle» peuvent varier.

La formule, bien sûr, est assez simple, mais il y a des tableaux dans les répertoires où "tout est déjà calculé pour nous". Alors ne compliquez pas votre vie, et profitez d'un produit fini.

Figure 7. Tableau de détermination de la puissance globale du transformateur. Valeurs calculées pour 50 Hz

Le troisième chiffre dans le marquage du cœur du sous-marin indique le paramètre h - la hauteur de la fenêtre, comme le montre la figure 6.

En plus de la puissance globale, la table a également un paramètre aussi important que le nombre de tours par volt. De plus, un tel schéma est observé: plus la taille du noyau est grande, plus le nombre de tours par volt est faible. Pour l'enroulement primaire, ce numéro est indiqué dans l'avant-dernière colonne du tableau. La dernière colonne indique le nombre de tours par volt pour les enroulements secondaires, qui est légèrement plus grand que dans l'enroulement primaire.

Cette différence est due au fait que l'enroulement secondaire est situé plus loin du noyau (noyau) du transformateur et se trouve dans un champ magnétique affaibli que l'enroulement primaire. Pour compenser cet affaiblissement, il faut augmenter légèrement le nombre de tours des enroulements secondaires. Ici, un certain coefficient empirique entre en vigueur: si à un courant dans l'enroulement secondaire de 0,2 ... 0,5 A, le nombre de tours est multiplié par un facteur de 1,02, puis pour des courants de 2 ... 4 A, le coefficient augmente à 1,06.

Comment déterminer le nombre de tours par volt

De nombreuses formules en génie électrique sont empiriques, obtenues par la méthode de nombreuses expériences, ainsi que par essais et erreurs. L'une de ces formules est la formule de calcul du nombre de tours par volt dans l'enroulement primaire du transformateur. La formule est assez simple:

ω = 44 / S

ici, tout semble clair et simple: ω est le nombre de tours / volts souhaité, S est la zone centrale en centimètres carrés, mais 44 est, comme certains auteurs disent, un coefficient constant.

D'autres auteurs substituent 40 ou même 50 dans la formule du «coefficient constant». Alors, qui a raison et qui ne l'est pas?

Pour répondre à cette question, la formule doit être légèrement transformée, au lieu de remplacer le «coefficient constant» par la lettre, enfin, au moins K.

ω = K / S,

Ensuite, au lieu d'un coefficient constant, une variable est obtenue, ou, comme le disent les programmeurs, une variable. Cette variable peut prendre diverses valeurs, naturellement, dans une certaine mesure. L'amplitude de cette variable dépend de la conception du noyau et de la qualité de l'acier du transformateur. Habituellement, la variable K est de l'ordre de 35 ... 60. Des valeurs plus petites de ce coefficient conduisent à un mode de fonctionnement plus strict du transformateur, mais facilitent l'enroulement en raison de moins de spires.

Si le transformateur est conçu pour fonctionner dans un équipement audio de haute qualité, K est choisi aussi haut que possible, généralement 60.Cela aidera à éliminer les interférences avec la fréquence du réseau provenant du transformateur de puissance.

Vous pouvez maintenant vous référer au tableau de la figure 7. Il existe un noyau ШЛ32X64 avec une surface de 18,4 cm2. L'avant-dernière colonne du tableau indique le nombre de tours par volt pour l'enroulement primaire. Pour le fer, ШЛ32X64 est de 1,8 tours / V. Pour savoir quelle grandeur K les développeurs ont été guidés dans le calcul de ce transformateur, il suffit de faire un calcul simple:

K = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

Un si petit coefficient suggère que la qualité du fer du transformateur est bonne ou vise simplement à économiser le cuivre.

Oui, la table est bonne. S'il y a un désir, du temps, du noyau et du fil de bobinage, il ne reste plus qu'à enrouler les manchons et bobiner le transformateur requis. C'est encore mieux si vous pouvez acheter un transformateur approprié ou l'obtenir à partir de vos propres réserves «stratégiques».

Transformateurs industriels

Il était une fois, l'industrie soviétique a produit toute une série de transformateurs de petite taille: TA, TAN, TN et CCI. Ces abréviations sont déchiffrées comme: transformateur d'anode, filament d'anode, filament et transformateur pour alimenter des équipements semi-conducteurs. C'est le transformateur de la marque TPP qui peut être le plus adapté à l'amplificateur considéré ci-dessus. Les transformateurs de ce modèle sont disponibles avec une capacité de 1,65 ... 200W.

Avec une puissance nominale de 55W, un transformateur TPP-281-127 / 220-50 d'une puissance de 72W convient parfaitement. D'après la désignation, il peut être compris qu'il s'agit d'un transformateur pour alimenter des équipements semi-conducteurs, numéro de série de développement 281, tension d'enroulement primaire 127 / 220V, fréquence secteur 50Hz. Le dernier paramètre est assez important, étant donné que les transformateurs de la CCI sont également disponibles à une fréquence de 400 Hz.

Figure 8. Paramètres du transformateur ТПП-281-127 / 220-50

Le courant primaire est indiqué pour les tensions 127 / 220V. Le tableau ci-dessous montre les tensions et les courants des enroulements secondaires, ainsi que les fils du transformateur auxquels ces enroulements sont soudés. Le schéma de toute la variété des transformateurs CCI est un: tous les mêmes enroulements, tous les mêmes numéros de broches. Voici juste les tensions et les courants des enroulements pour tous les modèles de transformateurs sont différents, ce qui vous permet de choisir un transformateur pour toute occasion.

La figure suivante montre le schéma électrique du transformateur.

Figure 9. Circuit électrique des transformateurs CCI

Pour un bloc d'alimentation d'un amplificateur à deux canaux d'une puissance de 50W, dont un exemple de calcul a été donné juste au-dessus, un transformateur d'une puissance de 55W est nécessaire. Enroulement secondaire avec un point médian avec des tensions de 2 * 26,5V avec un courant de charge de 1A. Il est bien évident que pour obtenir de telles tensions, il faudra connecter les enroulements en phase de 10 et 20V, et en antiphase l'enroulement est de 2,62V

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

ce qui est presque cohérent avec le calcul. Il existe deux enroulements de ce type, qui sont connectés en série en un avec le point médian. La connexion d'enroulement est illustrée à la figure 10.

Figure 10. Connexion des enroulements du transformateur ТПП-281-127 / 220-50

Les enroulements primaires sont connectés conformément à la documentation technique, bien que vous puissiez utiliser d'autres prises, qui sélectionneront plus précisément la tension de sortie.

Comment connecter les enroulements secondaires

Les enroulements 11-12 et 17-18 sont connectés en phase - la fin de l'enroulement précédent, avec le début du suivant (le début des enroulements est indiqué par un point). Le résultat est un enroulement avec une tension de 30V, et selon les conditions de la tâche 26,5 sont nécessaires. Pour se rapprocher de cette valeur, les enroulements 19-20 sont connectés aux enroulements 11-12 et 17-18 en antiphase. Cette connexion est indiquée par la ligne bleue, une moitié de l'enroulement avec un point médian est obtenue. La ligne rouge montre la connexion de l'autre moitié de l'enroulement représenté sur la figure 5. La connexion des points 19 et 21 forme le milieu de l'enroulement.

Enroulements en série et parallèles

Avec une connexion en série, il est préférable que les courants d'enroulement autorisés soient égaux, le courant de sortie pour deux enroulements ou plus sera le même.Si le courant de l'un des enroulements est inférieur, ce sera le courant de sortie de l'enroulement résultant. Ce raisonnement est bon quand il y a un schéma de circuit d'un transformateur: il suffit de souder les cavaliers et de mesurer ce qui s'est passé. Et s'il n'y a pas de schéma? Cela sera discuté dans le prochain article.

La connexion parallèle des enroulements est également autorisée. Ici, l'exigence est la suivante: la tension des enroulements doit être la même et la connexion est en phase. Dans le cas du transformateur TPP-281-127 / 220-50, il est possible de connecter deux enroulements 10 volts (fils 11-12, 13-14), deux enroulements 20 volts (fils 15-16, 17-18), deux enroulements à 2,62 V (conclusions 19-20, 21-22). Obtenez trois enroulements avec des courants 2,2A. Le raccordement de l'enroulement primaire se fait conformément aux données de référence du transformateur.

C'est ainsi que cela se passe si les données du transformateur sont connues. L'un des paramètres importants du transformateur est son prix, qui dépend dans une large mesure de l'imagination et de l'arrogance du vendeur.

Considéré à titre d'exemple, le transformateur TPP-281-127 / 220-50 de divers vendeurs Internet est proposé au prix de 800 ... 1440 roubles! Convenez qu'il sera plus cher que l'amplificateur lui-même. La solution à cette situation peut être l'utilisation d'un transformateur approprié obtenu à partir de vieux équipements ménagers, par exemple, de téléviseurs à lampes ou de vieux ordinateurs.

Boris Aladyshkin

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