Transformatory do UMZCH

Jednym z najpopularniejszych amatorskich projektów radiowych jest wzmacniacze mocy akustycznej UMZCH. Do wysokiej jakości słuchania programów muzycznych w domu najczęściej używają one dość mocnych, 25 ... 50 W / kanał, zwykle wzmacniaczy stereo.

Tak duża moc wcale nie jest potrzebna do uzyskania bardzo wysokiej głośności: wzmacniacz pracujący z połową mocy pozwala na czystszy dźwięk, zniekształcenia w tym trybie, a nawet najlepszy UMZCH ma je, są prawie niewidoczne.

Całkiem trudno jest zmontować i ustawić dobrą mocną UMZCH, ale to stwierdzenie jest prawdziwe, jeśli wzmacniacz jest złożony z dyskretnych części - tranzystorów, rezystorów, kondensatorów, diod, a może nawet wzmacniacze operacyjne. Taki projekt może wykonać wystarczająco wykwalifikowany amator radiowy, który już zmontował więcej niż jeden lub dwa wzmacniacze, spalając w pierwszych eksperymentach nie kilogram tranzystorów wyjściowych o dużej mocy.

Nowoczesne obwody unikają takich materiałów, a co najważniejsze, kosztów moralnych. Aby zmontować wystarczająco mocny i wysokiej jakości UMZCH, możesz kupić jeden lub dwa mikroukłady, dodać do nich kilka pasywnych części, przylutować to wszystko na małej płytce drukowanej i proszę, zanim zrobisz UMZCH, który zadziała natychmiast po włączeniu.

Jakość odtwarzania będzie bardzo dobra. Oczywiście nie będzie możliwe uzyskanie „lampowego” dźwięku, ale wiele zastrzeżonych, a zwłaszcza chińskich wzmacniaczy, pozostanie w tyle. Żywym przykładem takiego rozwiązania problemu wysokiej jakości dźwięku może być układ TDA7294.

Dwubiegunowe napięcie zasilające mikroukładu ma bardzo duży zakres ± 10 ... ± 40V, co pozwala uzyskać moc z mikroukładu przekraczającą 50W przy obciążeniu 4 Ω. Jeśli taka moc nie jest wymagana, po prostu nieco obniż napięcie zasilania. Stopień wyjściowy wzmacniacza wykonany jest na tranzystorach polowych, co zapewnia dobrą jakość dźwięku.

Bardzo trudno jest wyłączyć układ. Stopień wyjściowy jest zabezpieczony przed zwarciem, dodatkowo istnieje również zabezpieczenie termiczne. Układ jako wzmacniacz działa w klasie AB, której sprawność wynosi 66%. Dlatego w celu uzyskania mocy wyjściowej 50 W wymagany będzie zasilacz o mocy 50 / 0,66 = 75,757 W.

Zmontowany wzmacniacz jest zamontowany na grzejniku. Aby zmniejszyć wymiary grzejnika, wcale nie jest źle, że ciepło z chłodnicy jest usuwane przez wentylator. Do tych celów odpowiednia jest mała chłodziarka komputerowa, na przykład z kart graficznych. Konstrukcja wzmacniacza pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Wzmacniacz na układzie TDA7294

Należy zauważyć niewielką cechę układu TDA7294. Dla wszystkich tak potężnych mikroukładów tylny metalowy tył z otworem do przymocowania do chłodnicy jest podłączony do wspólnego przewodu obwodu. Umożliwia to zamocowanie układu na metalowej obudowie wzmacniacza bez paska izolacyjnego.

W układzie TDA7294 ten łącznik jest elektrycznie połączony z ujemnym zaciskiem źródła zasilania, zaciskiem 15. Dlatego po prostu konieczna jest uszczelka izolacyjna z pastą przewodzącą ciepło KPT-8. Jeszcze lepiej, jeśli mikroukład jest zainstalowany na grzejniku w ogóle bez układania, tylko z pastą przewodzącą ciepło, a sam grzejnik jest izolowany od korpusu (wspólnego drutu) wzmacniacza.

Rysunek 2. Typowy obwód przełączający TDA7294

Możemy dużo mówić o wzmacniaczach na układzie TDA7294, a te kilka linii, które zostały napisane powyżej, wcale nie udają kompletnych informacji. Wzmacniacz ten został wspomniany tylko po to, aby pokazać, ile mocy może potrzebować transformator, jak określić jego parametry, ponieważ artykuł nazywa się „Transformatory dla UMZCH”.

Często zdarza się, że budowa rozpoczyna się od stworzenia prototypów, których moc jest wytwarzana z zasilacza laboratoryjnego. Jeśli program okazał się sukcesem, rozpoczyna się cała reszta prac „stolarskich”: obudowa jest wykonana lub używana jest odpowiednia z podobnego urządzenia przemysłowego. Na tym samym etapie wytwarzany jest zasilacz i wybierany jest odpowiedni transformator.

Jaki rodzaj transformatora jest potrzebny?

Obliczono nieco wyżej, że zasilacz powinien wynosić co najmniej 75 watów, a dotyczy to tylko jednego kanału. Ale gdzie teraz możesz znaleźć wzmacniacz monofoniczny? Teraz jest to co najmniej dwukanałowe urządzenie. Dlatego w przypadku opcji stereo wymagany jest transformator o mocy co najmniej sto pięćdziesiąt watów. W rzeczywistości nie jest to do końca prawda.

Tak duża moc może być wymagana tylko wtedy, gdy sygnał sinusoidalny jest wzmacniany: po prostu przyłożyliśmy sinusoidę do wejścia i siedzimy, słuchamy. Ale długie słuchanie monotonnego żałobnego szumu raczej nie będzie przyjemnością. Dlatego normalni ludzie częściej słuchają muzyki lub oglądają filmy z dźwiękiem. Tutaj wpływa różnica między sygnałem muzycznym a czystą falą sinusoidalną.

Prawdziwy sygnał muzyczny nie jest sinusoidą, ale kombinacją dużych krótkoterminowych pików i długoterminowych sygnałów o niskiej mocy, więc średnia moc pobierana ze źródła zasilania jest znacznie mniejsza.

Rysunek 3. Rzeczywista moc dźwięku. Średnie poziomy (żółta linia) sinusoidalnych i rzeczywistych sygnałów dźwiękowych na tych samych maksymalnych poziomach

Jak obliczyć zasilacz UMZCH

Metodologię obliczania zasilacza podano w artykule „Obliczanie zasilacza dla wzmacniacza mocy”, który można znaleźć pod linkiem

Artykuł zawiera rozważania na temat wyboru parametrów zasilacza, skąd można także pobrać program do obliczania zasilacza, biorąc pod uwagę cechy odtwarzanych programów muzycznych. Program działa bez instalacji w systemie, wystarczy rozpakować archiwum. Wyniki programu są zapisywane w pliku tekstowym, który pojawia się w folderze, w którym znajduje się program obliczeniowy. Zrzuty ekranu programu pokazano na rycinach 4 i 5.

Rysunek 4. Wprowadzanie danych do programu obliczeniowego

Obliczenia przeprowadzono dla zasilacza zmontowanego zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 5.

Rysunek 5. Zasilacz UMZCH. Wyniki obliczeń

Zatem w przypadku dwukanałowego wzmacniacza 50 W o obciążeniu 4 Ω wymagany jest transformator 55 W. Uzwojenie wtórne z punktem środkowym o napięciu 2 * 26,5 V o prądzie obciążenia 1A. Z tych rozważań powinieneś wybrać transformator dla UMZCH.

Wydawałoby się, że transformator okazał się raczej słaby. Ale jeśli dokładnie przeczytasz artykuł wspomniany powyżej, wszystko układa się na swoim miejscu: autor dość przekonująco mówi, jakie kryteria należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu zasilacza UMZCH.

Tutaj możesz natychmiast zadać pytanie przeciwne: „A jeśli moc transformatora pod ręką będzie większa niż obliczenia?”. Tak, nic złego się nie stanie, po prostu transformator będzie działał bez entuzjazmu, nie będzie szczególnie obciążał się i rozgrzewał. Oczywiście napięcia wyjściowe transformatora powinny być takie same, jak obliczone.

Całkowita moc transformatora

Nietrudno zauważyć, że im mocniejszy transformator, tym większy jest jego rozmiar i waga. I wcale nie jest to zaskakujące, ponieważ istnieje coś takiego jak ogólna moc transformatora. Innymi słowy, im większy i cięższy transformator, tym większa jest jego moc, tym większa moc obciążenia podłączonego do uzwojenia wtórnego.

Obliczanie całkowitej mocy według wzoru

Aby określić całkowitą moc transformatora, wystarczy zmierzyć geometryczne wymiary rdzenia za pomocą prostej linijki, a następnie, z dopuszczalną dokładnością, obliczyć wszystko za pomocą uproszczonego wzoru.

P = 1,3 * Sc * Tak więc

gdzie P jest mocą całkowitą, Sc = a * b to obszar rdzenia, więc = c * h to obszar okna. Możliwe typy rdzeni pokazano na rycinie 5. Rdzenie zmontowane zgodnie ze schematem HL nazywane są opancerzonymi, a rdzenie podwodne nazywane są rdzeniami.

Rysunek 6. Rodzaje rdzeni transformatorów

W podręcznikach elektrotechniki formuła obliczania całkowitej mocy jest niesamowita i znacznie dłuższa. W uproszczonej formule akceptowane są następujące warunki, które są nieodłączne dla większości transformatorów sieciowych, tylko niektóre wartości uśrednione.

Uważa się, że wydajność transformatora wynosi 0,9, częstotliwość napięcia sieciowego wynosi 50 Hz, gęstość prądu w uzwojeniach wynosi 3,5 A / mm2, a indukcja magnetyczna wynosi 1,2 T. Ponadto współczynnik wypełnienia miedzią wynosi 0,4, a współczynnik wypełnienia stali wynosi 0,9. Wszystkie te wartości są zawarte we „prawdziwej” formule do obliczania całkowitej mocy. Jak każda inna uproszczona formuła, ta formuła może dać wynik z błędem pięćdziesięciu procent, taka jest cena zapłacona za uproszczenie obliczeń.

Tutaj wystarczy przypomnieć przynajmniej wydajność transformatora: im większa moc całkowita, tym wyższa wydajność. Tak więc transformatory o mocy 10 ... 20 W mają sprawność 0,8, a transformatory 100 ... 300 W i wyższe mają wydajność 0,92 ... 0,95. W tych samych granicach inne wielkości wchodzące w skład „rzeczywistej” formuły mogą się różnić.

Formuła jest oczywiście dość prosta, ale w katalogach znajdują się tabele, w których „wszystko jest już dla nas obliczone”. Więc nie komplikuj swojego życia i skorzystaj z gotowego produktu.

Rysunek 7. Tabela określająca całkowitą moc transformatora. Wartości obliczone dla 50 Hz

Trzecia cyfra w oznaczeniu rdzenia łodzi podwodnej wskazuje parametr h - wysokość okna, jak pokazano na rysunku 6.

Oprócz ogólnej mocy tabela ma również tak ważny parametr, jak liczba zwojów na wolt. Ponadto obserwuje się taki wzór: im większy rozmiar rdzenia, tym mniejsza liczba zwojów na wolt. W przypadku uzwojenia pierwotnego liczba ta jest wskazana w przedostatniej kolumnie tabeli. Ostatnia kolumna wskazuje liczbę zwojów na wolt dla uzwojenia wtórnego, która jest nieco większa niż w uzwojeniu pierwotnym.

Różnica wynika z faktu, że uzwojenie wtórne znajduje się dalej od rdzenia (rdzenia) transformatora i znajduje się w osłabionym polu magnetycznym niż uzwojenie pierwotne. Aby zrekompensować to osłabienie, konieczne jest nieznaczne zwiększenie liczby zwojów uzwojenia wtórnego. W tym przypadku obowiązuje pewien współczynnik empiryczny: jeśli przy prądzie w uzwojeniu wtórnym wynoszącym 0,2 ... 0,5 A liczba zwojów zostanie pomnożona przez współczynnik 1,02, wówczas dla prądów 2 ... 4 A współczynnik wzrośnie do 1,06.

Jak określić liczbę zwojów na wolt

Wiele wzorów w elektrotechnice jest empirycznych, uzyskanych metodą licznych eksperymentów, a także prób i błędów. Jednym z tych wzorów jest wzór do obliczania liczby zwojów na wolt w uzwojeniu pierwotnym transformatora. Formuła jest dość prosta:

ω = 44 / S

tutaj wszystko wydaje się jasne i proste: ω jest wymaganą liczbą zwojów / woltów, S to pole rdzenia w centymetrach kwadratowych, ale 44 to, jak twierdzą niektórzy autorzy, stały współczynnik.

Inni autorzy zastępują 40 lub nawet 50 formułą „stałego współczynnika”. Więc kto ma rację, a kto nie?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, wzór należy nieco przekształcić, zamiast „stałego współczynnika” zastąpić literę, no cóż, przynajmniej K.

ω = K / S,

Następnie zamiast stałego współczynnika uzyskuje się zmienną lub, jak mówią programiści, zmienną. Ta zmienna może oczywiście przyjmować różne wartości. Wielkość tej zmiennej zależy od konstrukcji rdzenia i gatunku stali transformatorowej. Zwykle zmienna K jest w zakresie 35 ... 60. Mniejsze wartości tego współczynnika prowadzą do bardziej rygorystycznego trybu pracy transformatora, ale ułatwiają uzwojenie z powodu mniejszej liczby zwojów.

Jeśli transformator jest zaprojektowany do pracy z wysokiej jakości sprzętem audio, wówczas K jest wybierane tak wysoko, jak to możliwe, zwykle 60.Pomoże to pozbyć się zakłóceń częstotliwości sieci pochodzących z transformatora mocy.

Teraz możesz odnieść się do tabeli pokazanej na rysunku 7. Jest rdzeń 32Л32X64 o powierzchni 18,4 cm2. Przedostatnia kolumna tabeli wskazuje liczbę zwojów na wolt dla uzwojenia pierwotnego. W przypadku żelaza 32Л32X64 wynosi 1,8 obrotu / V. Aby dowiedzieć się, jaką wielkość K prowadzili programiści przy obliczaniu tego transformatora, wystarczy wykonać proste obliczenie:

K = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

Tak mały współczynnik sugeruje, że jakość żelaza transformatora jest dobra lub po prostu dąży się do oszczędzania miedzi.

Tak, stół jest dobry. Jeśli istnieje potrzeba, czas, rdzeń i drut uzwojenia, pozostaje tylko zwinąć tuleje i zwinąć wymagany transformator. Jeszcze lepiej, jeśli możesz kupić odpowiedni transformator lub uzyskać go ze swoich własnych „strategicznych” rezerw.

Transformatory przemysłowe

Dawno, dawno temu przemysł radziecki wyprodukował całą serię małych transformatorów: TA, TAN, TN i CCI. Skróty te są odszyfrowane jako transformator anodowy, włókno anodowe, filament i transformator do zasilania urządzeń półprzewodnikowych. Oznacza to, że transformator marki TPP może być najbardziej odpowiedni dla rozważanego powyżej wzmacniacza. Transformatory tego modelu są dostępne o mocy 1,65 ... 200 W.

Przy mocy znamionowej 55 W dość odpowiedni jest transformator TPP-281-127 / 220-50 o mocy 72 W. Z oznaczenia można zrozumieć, że jest to transformator do zasilania urządzeń półprzewodnikowych, numer seryjny opracowania 281, napięcie uzwojenia pierwotnego 127 / 220V, częstotliwość sieci 50 Hz. Ostatni parametr jest dość ważny, biorąc pod uwagę, że transformatory CCI są również dostępne na częstotliwości 400 Hz.

Rysunek 8. Parametry transformatora ТПП-281-127 / 220-50

Prąd pierwotny jest wskazany dla napięć 127/220 V. Poniższa tabela pokazuje napięcia i prądy uzwojeń wtórnych, a także przewody transformatora, do których lutowane są te uzwojenia. Schemat całej różnorodności transformatorów CCI jest jeden: wszystkie te same uzwojenia, wszystkie te same numery styków. Oto tylko napięcia i prądy uzwojenia dla wszystkich modeli transformatorów są różne, co pozwala wybrać transformator na każdą okazję.

Poniższy rysunek pokazuje schemat elektryczny transformatora.

Rysunek 9. Obwód elektryczny transformatorów CCI

W przypadku zasilacza dwukanałowego wzmacniacza o mocy 50 W, którego przykład obliczenia podano tuż powyżej, wymagany jest transformator o mocy 55 W. Uzwojenie wtórne z punktem środkowym o napięciu 2 * 26,5 V o prądzie obciążenia 1A. Oczywistym jest, że aby uzyskać takie napięcia, konieczne będzie połączenie uzwojenia międzyfazowego 10 i 20 V oraz uzwojenia międzyfazowego 2,62 V.

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

co jest prawie zgodne z obliczeniami. Istnieją dwa takie uzwojenia, które są połączone szeregowo w jednym z punktem środkowym. Połączenie uzwojenia pokazano na rysunku 10.

Rysunek 10. Podłączenie uzwojenia transformatora ТПП-281-127 / 220-50

Uzwojenia pierwotne są podłączone zgodnie z dokumentacją techniczną, chociaż można użyć innych zaczepów, które dokładniej wybiorą napięcie wyjściowe.

Jak podłączyć uzwojenia wtórne

Uzwojenia 11-12 i 17-18 są połączone fazowo - koniec poprzedniego uzwojenia, z początkiem następnego (początek uzwojenia jest oznaczony kropką). Rezultatem jest jedno uzwojenie o napięciu 30 V i zgodnie z warunkami zadania 26,5 są wymagane. Aby zbliżyć się do tej wartości, uzwojenia 19-20 są połączone z uzwojeniami 11-12 i 17-18 w przeciwfazie. Połączenie to pokazuje niebieska linia, uzyskana jest połowa uzwojenia z punktem środkowym. Czerwona linia pokazuje połączenie drugiej połowy uzwojenia pokazanego na rycinie 5. Połączenie punktów 19 i 21 tworzy punkt środkowy uzwojenia.

Uzwojenia szeregowe i równoległe

Przy połączeniu szeregowym najlepiej jest, jeśli dopuszczalne prądy uzwojenia są równe, prąd wyjściowy dla dwóch lub więcej uzwojeń będzie taki sam.Jeśli prąd jednego z uzwojeń jest mniejszy, będzie to prąd wyjściowy wynikowego uzwojenia. Takie rozumowanie jest dobre, gdy istnieje schemat obwodu transformatora: po prostu przylutuj zworki i zmierz, co się stało. A jeśli nie ma schematu? Zostanie to omówione w następnym artykule.

Dozwolone jest również równoległe połączenie uzwojeń. Tutaj wymóg jest następujący: napięcie uzwojeń musi być takie samo, a połączenie jest w fazie. W przypadku transformatora TPP-281-127 / 220-50 można podłączyć dwa uzwojenia 10-woltowe (przewody 11-12, 13-14), dwa uzwojenia 20-woltowe (przewody 15-16, 17-18), dwa uzwojenia przy 2,62 V (konkluzje 19-20, 21-22). Uzyskaj trzy uzwojenia z prądami 2.2A. Połączenie uzwojenia pierwotnego wykonuje się zgodnie z danymi odniesienia transformatora.

Tak dobrze się okazuje, jeśli dane transformatora są znane. Jednym z ważnych parametrów transformatora jest jego cena, która w dużej mierze zależy od wyobraźni i arogancji sprzedawcy.

Jako przykład, transformator TPP-281-127 / 220-50 od różnych sprzedawców internetowych jest oferowany w cenie 800 ... 1440 rubli! Zgódź się, że będzie droższy niż sam wzmacniacz. Wyjściem z tej sytuacji może być użycie odpowiedniego transformatora uzyskanego ze starego sprzętu gospodarstwa domowego, na przykład z telewizorów lampowych lub starych komputerów.

Boris Aladyshkin

Przeczytaj także na ten temat:Jak określić nieznane parametry transformatora