Transformátory pre UMZCH

Jeden z najpopulárnejších amatérskych rádiových návrhov je zosilňovače akustického výkonu UMZCH, Na vysoko kvalitné počúvanie hudobných programov doma používajú najčastejšie pomerne silné, 25 ... 50 W / kanál, zvyčajne stereo zosilňovače.

Taký veľký výkon nie je vôbec potrebný na dosiahnutie veľmi vysokej hlasitosti: zosilňovač pracujúci pri polovičnom výkone umožňuje čistejší zvuk, skreslenie v tomto režime a dokonca aj tie najlepšie UMZCH, ktoré sú k dispozícii, sú takmer neviditeľné.

Je dosť zložité zostaviť a nastaviť dobrý výkonný UMZCH, ale toto tvrdenie je pravdivé, ak je zosilňovač zostavený z diskrétnych častí - tranzistory, rezistory, kondenzátory, diódy, možno dokonca operačné zosilňovače, Takýto návrh môže vykonať dostatočne kvalifikovaný rádioamatér, ktorý už zostavil viac ako jeden alebo dva zosilňovače a pri prvých experimentoch spaľoval nie jeden kilogram výkonných tranzistorov.

Moderné obvody sa vyhýbajú takýmto materiálnym, a čo je najdôležitejšie, morálnym nákladom. Ak chcete zostaviť dostatočne výkonný a kvalitný UMZCH, môžete si kúpiť jeden alebo dva mikroobvody, pridať k nim niekoľko pasívnych častí, všetko spájkovať na malú dosku s plošnými spojmi a prosím, pred UMZCH, ktorý bude fungovať okamžite po zapnutí.

Kvalita prehrávania bude veľmi dobrá. Samozrejme nebude možné získať zvuk „trubice“, ale zostane pozadu veľa proprietárnych a najmä čínskych zosilňovačov. Živým príkladom takého riešenia problému vysokokvalitného zvuku je čip TDA7294.

Bipolárne napájacie napätie mikroobvodu má veľmi široký rozsah ± 10 ... ± 40V, čo vám umožňuje získať energiu z mikroobvodu nad 50 W pri záťaži 4 Ω. Ak takáto energia nie je potrebná, jednoducho trochu znížte napájacie napätie. Výstupný stupeň zosilňovača je vyrobený na tranzistoroch s efektom poľa, čo zaručuje dobrú kvalitu zvuku.

Je veľmi ťažké zakázať čip. Výstupný stupeň má ochranu proti skratu, navyše je tu tiež tepelná ochrana. Čip ako zosilňovač pracuje v triede AB, ktorej účinnosť je 66%. Preto, aby sa dosiahol výstupný výkon 50 W, bude potrebný napájací zdroj s výkonom 50 / 0,66 = 75,757 W.

Zostavený zosilňovač je namontovaný na chladiči. Ak chcete zmenšiť rozmery chladiča, nie je vôbec zlé, že teplo z chladiča je odvádzané ventilátorom. Na tieto účely je celkom vhodný malý počítačový chladič, napríklad z grafických kariet. Konštrukcia zosilňovača je znázornená na obrázku 1.

Obrázok 1. Zosilňovač na čipe TDA7294

Malo by sa poznamenať, že čip TDA7294 je malou vlastnosťou. U všetkých takýchto výkonných mikroobvodov je zadná kovová zadná časť s otvorom na pripojenie k chladiču spojená s drôtom spoločného obvodu. To vám umožní pripevniť čip na kovové puzdro zosilňovača bez izolačného prúžku.

Na čipe TDA7294 je tento upevňovací prvok elektricky pripojený k zápornému pólu zdroja energie, k terminálu 15. Preto je jednoducho potrebné izolačné tesnenie s tepelne vodivou pastou KPT-8. Je ešte lepšie, ak je mikroobvod nainštalovaný na chladiči bez toho, aby bol položený vôbec, iba pomocou pasty vedúcej teplo a samotný žiarič je izolovaný od tela (spoločný drôt) zosilňovača.

Obrázok 2. Typický spínací obvod TDA7294

O zosilňovačoch na čipe TDA7294 sa dá veľa povedať a tých niekoľko riadkov, ktoré boli napísané vyššie, vôbec nepredstierajú, že ide o úplné informácie. Tento zosilňovač je uvedený iba na to, aby ukázal, koľko energie potrebuje transformátor, ako určiť jeho parametre, pretože tento článok sa nazýva „Transformátory pre UMZCH“.

Často sa stáva, že stavba sa začína tvorbou prototypov, ktorých sila sa vyrába z laboratórneho zdroja energie. Ak sa schéma ukáže byť úspešná, potom sa začne celá práca „tesárstva“: je vyrobený prípad alebo je použitý vhodný obal z podobného priemyselného zariadenia. V rovnakom štádiu sa vyrobí napájací zdroj a vyberie sa vhodný transformátor.

Aký transformátor je potrebný?

Bolo vypočítané trochu vyššie, že napájanie by malo byť najmenej 75 wattov, a to len pre jeden kanál. Ale kde teraz môžete nájsť monofónny zosilňovač? Teraz je to najmenej dvojkanálové zariadenie. Preto pre stereofónny variant je potrebný transformátor s výkonom najmenej sto päťdesiat wattov. V skutočnosti to nie je úplne pravda.

Takáto veľká sila môže byť potrebná, iba ak je zosilnený sínusový signál: stačí priviesť sínusoid na vstup a sedieť, počúvať. Ale dlho počúvanie monotónneho truchlivého bzučenia pravdepodobne nebude potešením. Normálni ľudia preto častejšie počúvajú hudbu alebo sledujú filmy so zvukom. Tu ovplyvňuje rozdiel medzi hudobným signálom a čistou sinusovou vlnou.

Skutočný hudobný signál nie je sínusoid, ale kombinácia veľkých krátkodobých špičiek a dlhodobých signálov s nízkym výkonom, takže priemerná energia spotrebovaná zo zdroja energie je oveľa menšia.

Obrázok 3. Skutočný akustický výkon. Stredné úrovne (žltá čiara) sínusových a skutočných zvukových signálov pri rovnakých maximálnych úrovniach

Ako vypočítať napájací zdroj UMZCH

Metodika výpočtu napájacieho zdroja je uvedená v článku „Výpočet napájacieho zdroja pre výkonový zosilňovač“, ktorý sa nachádza na odkaze,

Tento článok poskytuje úvahy o výbere parametrov napájacieho zdroja, kde si môžete tiež stiahnuť program na výpočet napájacieho zdroja so zreteľom na vlastnosti reprodukovaných hudobných programov. Program funguje bez inštalácie do systému, stačí rozbaliť archív. Výsledky programu sa uložia do textového súboru, ktorý sa zobrazí v priečinku, v ktorom sa nachádza výpočtový program. Screenshoty programu sú zobrazené na obrázkoch 4 a 5.

Obrázok 4. Vkladanie údajov do programu výpočtu

Výpočty sa vykonali pre zdroj energie zostavený podľa schémy znázornenej na obrázku 5.

Obrázok 5. Napájací zdroj UMZCH. Výsledky výpočtu

Preto pre 50-kanálový dvojkanálový zosilňovač so záťažou 4 Ω je potrebný transformátor s výkonom 55 W. Sekundárne vinutie v strede s napätím 2 * 26,5 V so záťažovým prúdom 1A. Z týchto dôvodov by ste mali zvoliť transformátor pre UMZCH.

Zdá sa, že transformátor sa ukázal byť dosť slabý. Ale ak si pozorne prečítate vyššie uvedený článok, potom všetko padne na miesto: autor dostatočne presvedčivo povie, aké kritériá by sa mali zohľadniť pri výpočte napájania UMZCH.

Tu si môžete okamžite položiť protinávrh: „A či bude výkon transformátora, ktorý je po ruke, väčší ako výpočet?“. Áno, nič zlé sa nestane, iba transformátor bude pracovať napoly, nebude nijako zvlášť zaťažovať a nebude sa veľmi zahriať. Výstupné napätia transformátora by samozrejme mali byť rovnaké ako vypočítané.

Celkový výkon transformátora

Nie je ťažké si všimnúť, že čím je transformátor výkonnejší, tým väčšia je jeho veľkosť a hmotnosť. A to vôbec nie je prekvapujúce, pretože existuje taká vec ako celková sila transformátora. Inými slovami, čím väčší a ťažší je transformátor, tým väčší je jeho výkon, tým väčší je výkon záťaže pripojenej k sekundárnemu vinutiu.

Výpočet celkového výkonu pomocou vzorca

Na určenie celkovej sily transformátora stačí zmerať geometrické rozmery jadra jednoduchým pravítkom a potom s prijateľnou presnosťou vypočítať všetko pomocou zjednodušeného vzorca.

P = 1,3 * Sc * Takže,

kde P je celková sila, Sc = a * b je oblasť jadra, takže = c * h je oblasť okna. Možné typy jadier sú uvedené na obrázku 5. Jadrá zostavené podľa schémy HL sa nazývajú pancierované, zatiaľ čo ponorkové jadrá sa nazývajú jadro.

Obrázok 6. Druhy jadier transformátorov

V učebniciach elektrotechniky je vzorec na výpočet celkovej energie úžasný a oveľa dlhší. V zjednodušenom vzorci sú nasledujúce podmienky obsiahnuté vo väčšine sieťových transformátorov, len niektoré spriemerované hodnoty.

Predpokladá sa, že účinnosť transformátora je 0,9, frekvencia sieťového napätia je 50 Hz, prúdová hustota vo vinutí je 3,5 A / mm2 a magnetická indukcia je 1,2 T. Ďalej je faktor plnenia medi 0,4 a faktor plnenia ocele 0,9. Všetky tieto hodnoty sú zahrnuté vo „reálnom“ vzorci na výpočet celkového výkonu. Rovnako ako akýkoľvek iný zjednodušený vzorec, aj tento vzorec môže spôsobiť výsledok s chybou päťdesiat percent, napríklad cena zaplatená za zjednodušenie výpočtu.

Tu stačí spomenúť aspoň na účinnosť transformátora: čím väčší je celkový výkon, tým vyššia je účinnosť. Transformátory s výkonom 10 ... 20 W majú teda účinnosť 0,8 a transformátory 100 ... 300 W a vyššie majú účinnosť 0,92 ... 0,95. V rámci rovnakých limitov sa môžu líšiť aj iné množstvá, ktoré sú súčasťou „skutočného“ vzorca.

Vzorec je samozrejme pomerne jednoduchý, ale v adresároch sú tabuľky, v ktorých „pre nás je všetko už vypočítané“. Takže nekomplikujte svoj život a využívajte výhody hotového produktu.

Obrázok 7. Tabuľka na určenie celkového výkonu transformátora. Hodnoty vypočítané pre 50 Hz

Tretia číslica v označení jadra ponorky označuje parameter h - výšku okna, ako je znázornené na obrázku 6.

Okrem celkového výkonu má tabuľka tiež taký dôležitý parameter, ako je počet otáčok na volt. Okrem toho sa pozoruje takýto vzorec: čím väčšia je veľkosť jadra, tým menší je počet závitov na volt. Pri primárnom vinutí je toto číslo uvedené v predposlednom stĺpci tabuľky. Posledný stĺpec udáva počet otáčok na volt sekundárnych vinutí, ktorý je o niečo väčší ako v primárnom vinutí.

Tento rozdiel je spôsobený skutočnosťou, že sekundárne vinutie je umiestnené ďalej od jadra (jadra) transformátora a je v oslabenom magnetickom poli ako primárne vinutie. Na kompenzáciu tohto oslabenia je potrebné mierne zvýšiť počet závitov sekundárnych vinutí. Tu nadobudne účinnosť určitý empirický koeficient: ak pri prúde v sekundárnom vinutí 0,2 ... 0,5 A sa počet závitov vynásobí koeficientom 1,02, potom pre prúdy 2 ... 4 A sa koeficient zvýši na 1,06.

Ako určiť počet otáčok na volt

Mnoho vzorcov v elektrotechnike je empirických, získaných metódou početných experimentov, ako aj pokusmi a chybami. Jedným z týchto vzorcov je vzorec na výpočet počtu otáčok na volt v primárnom vinutí transformátora. Vzorec je pomerne jednoduchý:

co = 44 / S

tu sa všetko zdá byť jasné a jednoduché: ω je požadovaný počet otáčok / voltov, S je plocha jadra v centimetroch štvorcových, ale 44 je, ako niektorí autori tvrdia, konštantný koeficient.

Iní autori do vzorca „konštantný koeficient“ nahrádzajú 40 alebo 50. Kto teda má pravdu a kto nie?

Na zodpovedanie tejto otázky by sa mal vzorec mierne transformovať, namiesto „konštantný koeficient“ nahradiť písmeno, teda aspoň K.

ω = K / S,

Potom namiesto konštantného koeficientu sa získa premenná alebo, ako tvrdia programátori, premenná. Táto premenná môže do istej miery nadobudnúť rôzne hodnoty. Rozsah tejto premennej závisí od konštrukcie jadra a triedy transformátorovej ocele. Spravidla je premenná K v rozmedzí 35 ... 60. Menšie hodnoty tohto koeficientu vedú k prísnejšiemu spôsobu činnosti transformátora, ale uľahčujú navíjanie v dôsledku menšieho počtu závitov.

Ak je transformátor navrhnutý pre prácu vo vysokokvalitných zvukových zariadeniach, potom sa K vyberie čo najvyššie, zvyčajne 60.Pomôže to zbaviť sa rušenia frekvencie siete pochádzajúcej z výkonového transformátora.

Teraz sa môžete pozrieť na tabuľku znázornenú na obrázku 7. Existuje jadro ШЛ 32X64 s plochou 18,4 cm2. Predposledný stĺpec tabuľky udáva počet otáčok na volt primárneho vinutia. Pre železo je ШЛ32X64 1,8 otáčok / V. Aby sme zistili, akú veľkosť K vývojári viedli pri výpočte tohto transformátora, stačí urobiť jednoduchý výpočet:

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

Taký malý koeficient naznačuje, že kvalita transformátorového železa je dobrá alebo sa jednoducho usiluje šetriť meď.

Áno, stôl je dobrý. Ak existuje želanie, čas, jadro a navíjací drôt, zostane iba zvinutie rukávov a navinutie požadovaného transformátora. Je dokonca lepšie, ak si môžete kúpiť vhodný transformátor alebo ho získať z vlastných „strategických“ rezerv.

Priemyselné transformátory

Sovietsky priemysel kedysi vyrábal celú sériu malých transformátorov: TA, TAN, TN a CCI. Tieto skratky sú dešifrované ako anódový transformátor, anódové vlákno, vlákno a transformátor pre napájanie polovodičového zariadenia. To je transformátor značky TPP, ktorý môže byť pre zosilňovač uvedený vyššie najvhodnejší. Transformátory tohto modelu sú k dispozícii s kapacitou 1,65 ... 200 W.

Pri menovitom výkone 55 W je celkom vhodný transformátor TPP-281-127 / 220-50 s výkonom 72W. Z označenia je zrejmé, že ide o transformátor na napájanie polovodičových zariadení, vývojové sériové číslo 281, napätie primárneho vinutia 127/220 V, sieťová frekvencia 50 Hz. Posledný parameter je celkom dôležitý, pretože transformátory CCI sú k dispozícii aj pri frekvencii 400 Hz.

Obrázok 8. Parametre transformátora ТПП-281-127 / 220-50

Primárny prúd je indikovaný pre napätie 127 / 220V. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené napätia a prúdy sekundárnych vinutí, ako aj vedenia transformátorov, na ktoré sa tieto vinutia spájkujú. Schéma celej škály transformátorov CCI je jedna: všetky rovnaké vinutia, všetky rovnaké čísla pinov. Tu sú len napätia a prúdy vinutí pre všetky modely transformátorov rôzne, čo vám umožňuje vybrať si transformátor pre každú príležitosť.

Nasledujúci obrázok ukazuje elektrickú schému transformátora.

Obrázok 9. Elektrický obvod transformátorov CCI

Pre napájaciu jednotku dvojkanálového zosilňovača s výkonom 50 W, ktorého výpočet bol uvedený práve vyššie, je potrebný transformátor s výkonom 55 W. Sekundárne vinutie v strede s napätím 2 * 26,5 V so záťažovým prúdom 1A. Je celkom zrejmé, že na získanie týchto napätí bude potrebné prepojiť fázové vinutia 10 a 20V a v antifáze vinutie 2,62V.

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

čo je takmer v súlade s výpočtom. Existujú dve takéto vinutia, ktoré sú zapojené do série v jednom so stredným bodom. Spojenie vinutia je znázornené na obrázku 10.

Obrázok 10. Pripojenie vinutí transformátora ТПП-281-127 / 220-50

Primárne vinutia sú spojené v súlade s technickou dokumentáciou, aj keď môžete použiť iné odbočky, ktoré presnejšie zvolia výstupné napätie.

Ako pripojiť sekundárne vinutie

Vinutia 11-12 a 17-18 sú spojené vo fáze - koniec predchádzajúceho vinutia so začiatkom nasledujúceho (začiatok vinutia je označený bodkou). Výsledkom je jedno vinutie s napätím 30V a podľa podmienok úlohy 26.5 sa vyžaduje. Aby sa táto hodnota priblížila, sú vinutia 19 - 20 spojené s vinutiami 11-12 a 17-18 v antifáze. Toto spojenie je znázornené modrou čiarou, získa sa jedna polovica vinutia so stredom. Červená čiara znázorňuje spojenie druhej polovice vinutia znázorneného na obrázku 5. Spojenie bodov 19 a 21 tvorí stred vinutia.

Sériové a paralelné vinutia

Pri sériovom zapojení je najlepšie, ak sú prípustné prúdy vinutí rovnaké, výstupný prúd pre dve alebo viac vinutí bude rovnaký.Ak je prúd jedného z vinutí menší, bude to výstupný prúd výsledného vinutia. Toto zdôvodnenie je dobré, keď existuje schéma zapojenia transformátora: stačí spájky prepojiť a zmerať, čo sa stalo. A ak neexistuje žiadna schéma? O tom sa bude hovoriť v nasledujúcom článku.

Povolené je aj paralelné spojenie vinutí. Tu je požiadavka: napätie vinutí musí byť rovnaké a pripojenie je vo fáze. V prípade transformátora TPP-281-127 / 220-50 je možné pripojiť dve 10-voltové vinutia (vodiče 11-12, 13-14), dve 20-voltové vinutia (vodiče 15-16, 17-18), dve vinutia pri 2,62 V (závery 19 - 20, 21 - 22). Získajte tri vinutia s prúdmi 2.2A. Spojenie primárneho vinutia sa uskutočňuje podľa referenčných údajov transformátora.

Takto sa ukazuje, či sú známe údaje transformátora. Jedným z dôležitých parametrov transformátora je jeho cena, ktorá do veľkej miery závisí od fantázie a arogancie predávajúceho.

Napríklad transformátor TPP-281-127 / 220-50 od rôznych internetových predajcov sa ponúka za cenu 800 ... 1440 rubľov! Súhlasíte s tým, že to bude drahšie ako samotný zosilňovač. Východiskom z tejto situácie môže byť použitie vhodného transformátora získaného zo starých domácich zariadení, napríklad z lampových televízorov alebo starých počítačov.

Boris Aladyshkin

Prečítajte si tiež túto tému:Ako určiť neznáme parametre transformátora