Трансформатори за UMZCH

Един от най-популярните дизайни на любителски радио са усилватели за звукова мощност UMZCH, За висококачествено слушане на музикални програми у дома, най-често използват доста мощни, 25 ... 50W / канал, обикновено стерео усилватели.

Такава голяма мощност изобщо не е необходима, за да се получи много голям обем: усилвател, работещ на половината мощност, позволява по-чист звук, изкривявания в този режим и дори най-добрият UMZCH ги има, те са почти невидими.

Доста е трудно да се сглоби и настрои добър мощен UMZCH, но това твърдение е вярно, ако усилвателят е сглобен от отделни части - транзистори, резистори, кондензатори, диоди, може би дори операционни усилватели, Такъв дизайн може да бъде направен от достатъчно квалифициран радиолюбител, който вече е сглобил повече от един или два усилвателя, изгаряйки при първите експерименти не един килограм мощни изходни транзистори.

Съвременната схема избягва подобни материални и най-важното морални разходи. За да сглобите достатъчно мощен и висококачествен UMZCH, можете да закупите една или две микросхеми, да добавите към тях няколко пасивни части, да спойкате всичко това на малка печатна платка и, моля, преди да използвате UMZCH, който ще работи веднага след включването.

Качеството на възпроизвеждане ще бъде много добро. Разбира се, няма да е възможно да се получи звук от "тръба", но много собствени и особено китайски усилватели ще бъдат оставени след себе си. Ярък пример за такова решение на проблема с висококачествения звук може да се счита чипът TDA7294.

Биполярното захранващо напрежение на микросхемата има много голям диапазон от ± 10 ... ± 40V, което ви позволява да получавате мощност от микросхемата над 50 W при натоварване от 4Ω. Ако такава мощност не е необходима, просто намалете малко захранващото напрежение. Изходният етап на усилвателя е направен на полеви транзистори, което гарантира добро качество на звука.

Много е трудно да деактивирате чип. Изходният етап има защита срещу късо съединение, в допълнение има и термична защита. Чипът като усилвател работи в клас AB, ефективността на който е 66%. Следователно, за да се получи изходна мощност 50 W, ще е необходимо захранване с мощност 50 / 0,66 = 75,757 W.

Сглобеният усилвател е монтиран на радиатора. За да намалите размерите на радиатора, изобщо не е лошо топлината от радиатора да се отстранява от вентилатор. За тези цели е доста подходящ малък компютърен охладител, например от видеокарти. Дизайнът на усилвателя е показан на фигура 1.

Фигура 1. Усилвател на TDA7294 чип

Трябва да се отбележи малка особеност на чипа TDA7294. За всички такива мощни микросхеми, задната метална облегалка с отвор за закрепване към радиатора е свързана към общ проводник на веригата. Това ви позволява да фиксирате чипа върху металния корпус на усилвателя без изолационна лента.

В чипа TDA7294 този крепеж е електрически свързан към отрицателния извод на източника на захранване, клема 15. Следователно, изолационно уплътнение с топлопроводяща паста KPT-8 е просто необходимо. Още по-добре, ако микросхемата е инсталирана на радиатора, без изобщо да се полага, само с топлопроводяща паста, а самият радиатор е изолиран от тялото (обща жица) на усилвателя.

Фигура 2. Типична комутационна верига TDA7294

Можем да говорим много за усилватели на чипа TDA7294 и тези няколко реда, които бяха написани по-горе, изобщо не се преструват на пълна информация. Този усилвател е споменат само за да покаже колко мощност може да се нуждае от трансформатор, как да се определят неговите параметри, тъй като статията се нарича „Трансформатори за UMZCH“.

Често се случва конструкцията да започне със създаването на прототипи, силата на които се произвежда от лабораторното захранване. Ако схемата се окаже успешна, започва всички останали работи по "дърводелство": случаят е направен или се използва подходящо от подобно промишлено устройство. На същия етап се произвежда захранването и се избира подходящ трансформатор.

И така, какъв трансформатор е необходим?

Изчислено беше малко по-високо, че мощността на източника на енергия трябва да бъде най-малко 75 вата, и това е само за един канал. Но къде сега можете да намерите монофонен усилвател? Сега това е поне двуканално устройство. Затова за стерео опцията е необходим трансформатор с мощност най-малко сто петдесет вата. Всъщност това не е напълно вярно.

Такава голяма мощност може да се изисква само ако синусоидалният сигнал е усилен: просто подадете синусоида към входа и седнете, слушайте. Но продължителното слушане на монотонно траурно жужене едва ли ще бъде удоволствие. Затова нормалните хора по-често слушат музика или гледат филми със звук. Тук влияе разликата между музикалния сигнал и чистата синусоида.

Истинският музикален сигнал не е синусоид, а комбинация от големи краткосрочни пикове и дългосрочни сигнали с ниска мощност, така че средната мощност, консумирана от източника на енергия, е много по-малка.

Фигура 3. Действителна сила на звука. Средни нива (жълта линия) на синусоидални и реални звукови сигнали при същите максимални нива

Как да се изчисли захранването UMZCH

Методиката за изчисляване на захранването е дадена в статията "Изчисляване на захранването на усилвателя на мощността", която можете да намерите на връзката,

Статията предоставя съображения за избора на параметрите на захранването, където можете също да изтеглите програмата за изчисляване на захранването, като вземете предвид характеристиките на възпроизвежданите музикални програми. Програмата работи без инсталация в системата, просто разархивирайте архива. Резултатите от програмата се записват в текстов файл, който се появява в папката, в която се намира програмата за изчисление. Снимките на програмата са показани на фигури 4 и 5.

Фигура 4. Въвеждане на данни в изчислителната програма

Изчисленията са извършени за захранване, сглобено съгласно схемата, показана на фигура 5.

Фигура 5. Захранване UMZCH. Резултати от изчисленията

По този начин, за 50W двуканален усилвател с натоварване 4Ω е необходим трансформатор с мощност 55 W. Вторична намотка със средна точка с напрежения 2 * 26.5V с ток на натоварване 1А. От тези съображения трябва да изберете трансформатор за UMZCH.

Изглежда, че трансформаторът се оказа доста слаб. Но ако внимателно прочетете споменатата по-горе статия, тогава всичко става на мястото си: авторът доста убедително казва какви критерии трябва да се вземат предвид при изчисляване на захранването на UMZCH.

Тук можете веднага да зададете насрещния въпрос: „И дали мощността на трансформатора под ръка ще бъде по-голяма от изчислението?“. Да, нищо лошо няма да се случи, просто трансформаторът ще работи полусърдечно, няма да се напряга особено и да се нагрява много. Естествено, изходните напрежения на трансформатора трябва да бъдат същите като изчислените.

Обща мощност на трансформатора

Не е трудно да забележите, че колкото по-мощен е трансформаторът, толкова по-големи са размерите и теглото му. И това изобщо не е изненадващо, защото има такова нещо като общата мощност на трансформатор. С други думи, колкото по-голям и по-тежък е трансформаторът, толкова по-голяма е неговата мощност, толкова по-голяма е мощността на товара, свързан към вторичната намотка.

Изчисляване на общата мощност по формулата

За да определите общата мощност на трансформатора, е достатъчно да измерите геометричните размери на сърцевината с обикновена линийка и след това с приемлива точност да изчислите всичко, като използвате опростена формула.

P = 1.3 * Sc * И така,

където P е общата мощност, Sc = a * b е основната област, така че = c * h е площта на прозореца. Възможните видове ядра са показани на фигура 5. Ядра, сглобени по схемата HL, се наричат ​​бронирани, докато подводните ядра се наричат ​​ядрени.

Фигура 6. Видове трансформаторни ядра

В учебниците по електротехника формулата за изчисляване на общата мощност е страхотна и много по-дълга. В опростената формула се приемат следните условия, които са присъщи на повечето мрежови трансформатори, само някои усреднени стойности.

Смята се, че ефективността на трансформатора е 0,9, честотата на мрежовото напрежение е 50 Hz, плътността на тока в намотките е 3,5 A / mm2, а магнитната индукция е 1,2 T. Освен това, коефициентът на запълване на мед е 0,4, а коефициентът на запълване на стоманата е 0,9. Всички тези стойности са включени в „истинската“ формула за изчисляване на общата мощност. Както всяка друга опростена формула, тази формула може да даде резултат с грешка от петдесет процента, такава е цената, платена за опростяване на изчислението.

Тук е достатъчно да си припомним поне ефективността на трансформатора: колкото по-голяма е общата мощност, толкова по-висока е ефективността. Така трансформаторите с мощност 10 ... 20 W имат ефективност 0,8, а трансформаторите 100 ... 300 W и по-висока имат ефективност 0,92 ... 0,95. В същите граници, други количества, които са част от „истинската“ формула, могат да варират.

Формулата, разбира се, е доста проста, но в директории има таблици, където „всичко вече е изчислено за нас“. Затова не усложнявайте живота си и се възползвайте от готов продукт.

Фигура 7. Таблица за определяне на общата мощност на трансформатора. Стойности, изчислени за 50Hz

Третата цифра в маркирането на сърцевината на подводницата показва параметъра h - височината на прозореца, както е показано на фигура 6.

В допълнение към общата мощност, таблицата има и такъв важен параметър като броя на завъртанията на волт. Освен това се наблюдава такъв модел: колкото по-голям е размерът на сърцевината, толкова по-малък е броят завъртания на волт. За първичната намотка този номер е посочен в предпоследната колона на таблицата. Последната колона показва броя на завъртанията на волт за вторичните намотки, който е малко по-голям, отколкото при първичната намотка.

Тази разлика се дължи на факта, че вторичната намотка е разположена по-далеч от сърцевината (сърцевината) на трансформатора и е в отслабено магнитно поле от първичната намотка. За да се компенсира това отслабване, е необходимо леко да се увеличи броят на завоите на вторичните намотки. Тук влиза в сила определен емпиричен коефициент: ако при ток във вторичната намотка 0,2 ... 0,5 A броят на завоите се умножи по коефициент 1,02, тогава за токове 2 ... 4 A коефициентът се увеличава на 1,06.

Как да определим броя завои на волт

Много формули в електротехниката са емпирични, получени по метода на многобройни експерименти, както и опит и грешка. Една от тези формули е формулата за изчисляване на броя на завъртанията на волт в първичната намотка на трансформатора. Формулата е доста проста:

ω = 44 / S

тук всичко изглежда ясно и просто: ω е желаният брой завъртания / волта, S е основната площ в квадратни сантиметри, но 44 е, както казват някои автори, постоянен коефициент.

Други автори заместват 40 или дори 50 в тази формула "постоянен коефициент" .Той кой е прав и кой не?

За да отговорите на този въпрос, формулата трябва леко да се трансформира, вместо „постоянният коефициент“ да се замени буквата, добре, поне K.

ω = K / S,

Тогава вместо постоянен коефициент се получава променлива или, както казват програмистите, променлива. Тази променлива може да приема различни стойности, естествено, до известна степен. Големината на тази променлива зависи от конструкцията на сърцевината и степента на трансформаторната стомана. Обикновено променливата К е в диапазона 35 ... 60. По-малките стойности на този коефициент водят до по-строг режим на работа на трансформатора, но улесняват навиването поради по-малко завои.

Ако трансформаторът е проектиран да работи в висококачествено аудио оборудване, тогава K се избира възможно най-високо, обикновено 60.Това ще помогне да се отървете от смущения в честотата на мрежата, идваща от силовия трансформатор.

Сега можете да се обърнете към таблицата, показана на фигура 7. Има ядро ​​ШЛ32X64 с площ от 18,4 см2. Предпоследната колона на таблицата показва броя на завъртанията на волт за първичната намотка. За желязо ШЛ32X64 е 1,8 оборота / V. За да разберете каква величина K са разработили разработчиците при изчисляването на този трансформатор, достатъчно е да направите просто изчисление:

K = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

Такъв малък коефициент подсказва, че качеството на трансформаторното желязо е добро или просто се стреми да спести мед.

Да, масата е добра. Ако има желание, време, сърцевина и навиване на тел, остава само да запретнете ръкавите и да навиете необходимия трансформатор. Още по-добре е, ако можете да закупите подходящ трансформатор или да го получите от собствените си „стратегически“ резерви.

Промишлени трансформатори

Някога съветската промишленост произвеждаше цяла серия трансформатори с малък размер: TA, TAN, TN и CCI. Тези съкращения са дешифрирани като, аноден трансформатор, анодна нишка, нажежаема жичка и трансформатор за захранване на полупроводниково оборудване. Това е, че трансформаторът на марката TPP може да е най-подходящият за разгледания по-горе усилвател. Трансформаторите на този модел се предлагат с мощност 1,65 ... 200W.

С номинална мощност 55W е напълно подходящ трансформатор TPP-281-127 / 220-50 с мощност 72W. От обозначението може да се разбере, че това е трансформатор за захранване на полупроводниково оборудване, сериен номер на разработка 281, напрежение на първичната намотка 127 / 220V, мрежова честота 50Hz. Последният параметър е доста важен, като се има предвид, че трансформаторите на CCI също се предлагат с честота 400 Hz.

Фигура 8. Параметри на трансформатора ТПП-281-127 / 220-50

Основният ток е посочен за напрежения 127 / 220V. Таблицата по-долу показва напреженията и токовете на вторичните намотки, както и проводниците на трансформатора, към които тези намотки са споени. Схемата на цялото разнообразие от трансформатори CCI е една: всички еднакви намотки, еднакви номера на щифтове. Ето само напреженията и токовете на намотките за всички модели трансформатори са различни, което ви позволява да изберете трансформатор за всеки повод.

Следващата фигура показва електрическата схема на трансформатора.

Фигура 9. Електрическа верига на трансформатори CCI

За захранващ блок на двуканален усилвател с мощност 50 W, пример за изчисляването на който е даден малко по-горе, е необходим трансформатор с мощност 55 W. Вторична намотка със средна точка с напрежения 2 * 26.5V с ток на натоварване 1А. Напълно очевидно е, че за да се получат такива напрежения, ще е необходимо да се свържат вътрешнофазните намотки от 10 и 20 V, а в антифазна намотка е 2,62 V

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

което е почти в съответствие с изчислението. Има две такива намотки, които са свързани последователно в едно със средната точка. Връзката на намотката е показана на фигура 10.

Фигура 10. Свързване на намотки на трансформатори ТПП-281-127 / 220-50

Първичните намотки са свързани в съответствие с техническата документация, въпреки че можете да използвате други кранове, които ще изберат по-точно изходното напрежение.

Как да свържете вторичните намотки

Намотките 11-12 и 17-18 са свързани във фаза - края на предишната намотка, с началото на следващата (началото на намотките е обозначено с точка). Резултатът е една намотка с напрежение 30V, а според условията на задачата са необходими 26.5. За да се доближим до тази стойност, намотките 19-20 са свързани с намотки 11-12 и 17-18 в антифаза. Тази връзка е показана от синята линия, получена е половината от намотката със средна точка. Червената линия показва връзката на другата половина на намотката, показана на фигура 5. Връзката на точки 19 и 21 образува средната точка на намотката.

Серийни и паралелни намотки

При серийно свързване е най-добре, ако допустимите токове на намотките са равни, изходният ток за две или повече намотки ще бъде еднакъв.Ако токът на една от намотките е по-малък, това ще бъде изходният ток на получената намотка. Това разсъждение е добро, когато има схема на трансформатор: просто спойка джъмперите и измервайте какво се е случило. И ако няма схема? Това ще бъде разгледано в следващата статия.

Допуска се и паралелно свързване на намотките. Тук изискването е това: напрежението на намотките трябва да е същото, а връзката е във фаза. В случая на трансформатора TPP-281-127 / 220-50 е възможно да се свържат две 10-волтови намотки (отводи 11-12, 13-14), две 20-волтови намотки (води 15-16, 17-18), две намотки при 2.62V (изводи 19-20, 21-22). Вземете три намотки с токове 2.2А. Свързването на първичната намотка се извършва в съответствие с референтните данни на трансформатора.

Така се оказва, ако данните на трансформатора са известни. Един от важните параметри на трансформатора е неговата цена, която до голяма степен зависи от въображението и арогантността на продавача.

Разгледан като пример, трансформаторът TPP-281-127 / 220-50 от различни интернет продавачи се предлага на цена от 800 ... 1440 рубли! Съгласете се, че ще бъде по-скъпо от самия усилвател. Изходът от тази ситуация може да бъде използването на подходящ трансформатор, получен от старо домакинско оборудване, например от телевизори с лампи или стари компютри.

Борис Аладишкин

Прочетете също по тази тема:Как да определим неизвестни параметри на трансформатора