Об изготовлении выходных трансформаторов для ламповых УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности ламповые

 Комментарии к статье

Наблюдается интересная тенденция: чем дальше мы отходим от "ламповой" эпохи, тем больше мифов и тумана создается вокруг выходного трансформатора лампового усилителя. Причем не только в вопросах расчета, но и его изготовления. Производителей понять можно, расхваливание своей продукции - закон рекламы, но и во множестве статей независимых авторов процесс намотки трансформатора смахивает на описание тайного обряда.

Давайте разберемся, насколько это сложно и как много времени на это требуется. Разговор пойдет о выходных трансформаторах для однотактных каскадов, а также о других трансформаторах, где не требуются высокая симметрия полуобмоток и выполнение жестких требований по условиям эксплуатации. Предполагается, что у вас есть достаточного сечения магнитолровод, намоточные провода и хотя бы примитивное приспособление для намотки катушек, снабженное счетчиком витков. Имеется в виду любая конструкция - от электрической или ручной дрели, зажатой в тисках, до согнутой резьбовой шпильки, укрепленной в двух деревянных брусках.

Изготовление катушки - дело кропотливое, но не сложное. Чертеж деталей каркаса сборной катушки из гетинакса или текстолита с защелками показан на рисунке. На чертеже в позиции 1 - щечки; 2, 3 - пластины. Размеры h, b, у, y1и толщина деталей каркаса связаны с размерами и формой магнитопровода. Лучшим материалом для его изготовления можно считать стеклотекстолит (без фольги) толщиной 1,5...2 мм.

При изготовлении деталей оставляйте припуск на окончательную доводку при сборке. Если попытаться сразу выпилить деталь по размеру, то велика вероятность, что ничего защелкиваться не будет, а катушка развалится. У собранной катушки опилите острые углы надфилем и оберните одним-двумя слоями бумаги толщиной 0,1...0,15 мм. На изготовление катушки потребуется два-три часа.

Технологию изготовления трансформатора галетной конструкции затрагивать вообще не будем, поскольку при относительно малом числе галет она проигрывает классической конструкции с неглубоким секционированием и по коэффициенту заполнения, и по индуктивности рассеяния.

Далее начинается более интересное - намотка. Большинство любителей используют рядовую намотку, т. е. провод мотают виток к витку, и через каждый слой укладывают прокладку. Намотать таким образом без станка с укладчиком 3000-4000 витков тонким проводом - титанический труд. Возникает вопрос: а почему не намотать внавал?

Если отбросить благородное возмущение истинных аудиофилов и обратиться к первоисточникам [1, 2], то выяснится, что с коэффициентом заполнения для тонкого провода (0,15-0,4 мм) не так плохо: Г. Цыкин приводит значения 0,7...0,75, у меня получалось 0,5...0,53, что для единичных экземпляров трансформатора с секционированными обмотками вполне допустимо.

Индуктивность рассеяния практически не зависит от способа и плотности намотки. Собственная емкость обмотки (при намотке внавал) получается на 5...10 % меньше. Основной проблемой представляется пониженная электрическая прочность.

Кстати, высокие значения коэффициента заполнения позволяют сделать трансформатор меньше или в тех же габаритах получить большую индуктивность намагничивания. Это важно, так как для высококачественных устройств следует стремиться реализовать трансформатор с минимальными габаритами при заданной индуктивности первичной обмотки. Чем меньше размеры магнитопровода трансформатора, тем лучше - меньше индуктивность рассеяния при заданном секционировании.

Вернемся к обеспечению электрической прочности. В книгах все написано правильно, но большинство рекомендаций относится к серийному производству трансформаторов и соответствию их определенным стандартам. Выполнить трансформатор в соответствии с ними в домашних условиях нереально: нет ни соответствующих материалов, ни технологий. Поэтому будем исходить из двух критериев: первое - реальные условия эксплуатации, второе - неприемлемое в производстве вполне подходит при самостоятельном изготовлении единичных образцов.

Так какое же напряжение может быть на первичной обмотке трансформатора? Допустим, выходная мощность Р усилителя - 5 Вт (это немало для однотактного каскада на распространенных лампах), приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки R - 2 кОм, напряжение питания Ua - 300 В и КПД трансформатора КПД- 0,85. Чтобы получить такую мощность, действующее напряжение на первичной обмотке должно быть равно:

Urms= √PR/КПД= 117B.

Соответственно его амплитуда будет равна: U rms= √2 Urms = 166 В.

С учетом напряжения питания максимальное напряжение на первичной обмотке относительно корпуса усилителя будет равно:

Uw - U + Ua - 466 В.

Это и определяет требования к межобмоточной изоляции (как правило, один конец вторичной обмотки заземлен) и изоляционным свойствам каркаса. Кабельной бумаги толщиной 0,12 мм достаточно два слоя, можно использовать конденсаторную бумагу в 4-5 слоев либо комбинацию из слоя сантехнической фторопластовой ленты и слоя писчей бумаги. Стеклотекстолитовый каркас с лихвой обеспечивает необходимую электрическую прочность.

Высококачественные выходные трансформаторы всегда выполняют секционированными, иначе не удается получить приемлемые значения индуктивности рассеяния. В простейшем случае первичную обмотку делят на две части, но лучше - на три, между которыми располагают вторичную обмотку. Возможно и более глубокое секционирование, но при этом значительно снижается коэффициент заполнения окна магнитопровода и возрастает емкость между обмотками. Из-за усложнения намотки глубокое секционирование используется довольно редко.

Остановимся на трех секциях первичной обмотки.

Минимум индуктивности рассеяния достигается при неравномерном разделении числа витков - в крайних секциях их число в два раза меньше, чем в средней. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки, то в отсутствие сигнала все витки первичной обмотки эквипотенциальны; при максимальной мощности напряжение на частях обмотки будет пропорционально их индуктивности. Следовательно, максимальное переменное напряжение возникает на средней секции обмотки; его амплитуда равна 83 В. Пробивное напряжение изоляции обмоточного провода диаметром более 0,15 мм (ПЭТВ, ПЭВ, ПВТЛ и др.) - не менее 600 В, а число микродефектов допустимо не более 5-7 на 15 м. Для провода диаметром более 0,35 мм микродефекты вообще недопустимы. Поэтому обмотку можно мотать внавал вообще без всяких прокладок; вероятность появления короткозамкнутых витков очень мала.

Для лучшей укладки витков и повышения надежности трансформатора целесообразно через каждые 300-500 витков обмотки укладывать прокладку из конденсаторной бумаги толщиной 0,022 мм в два слоя (такую бумажную ленту можно добыть из старых бумажных конденсаторов - например, группы КБГ). Поэтому основная задача при намотке трансформатора - исключить западание витков.

Межобмоточная изоляция достигается стандартным способом - прокладку делают шире каркаса на 4-5 мм и по ее краям нарезают насечку. Это можно сделать быстро, свернув прокладку в трубку: ее край по контуру прокусывают острыми кусачками. Так как в этом случае используется более толстая и жесткая изоляция (как из условий электрической прочности, так и для возможности нормальной укладки следующей обмотки), западание витков исключено, если вы достаточно внимательны. Желательно исключить западание витков и при укладке межслоевой изоляции. Тут возникают сложности. Так как поверхность обмотки имеет неровности, то даже при наличии насечки на краях прокладки исключить западания витков не удается - провод ее стягивает. Решается этот вопрос следующим образом. На края прокладки накладывается бандаж из узкой полоски тонкой липкой бумаги (можно использовать "малярную ленту") с насечкой по краю, она удерживает прокладку от сползания (или закрывает витки, с которых прокладка уже сползла).

Итак, порядок намотки трансформатора следующий - секции первичной обмотки наматывают внавал с межслоевыми прокладками через каждые 300- 500 витков, секции вторичной обмотки - виток к витку без прокладок (при диаметре провода более 0,6 мм этот процесс сложности не вызывает). Напоминаю еще раз, что межобмоточная изоляция должна быть достаточно жесткой - витки вторичной обмотки должны ложиться ровно. При намотке секций первичной обмотки следует обеспечивать достаточное натяжение провода и стараться, чтобы поверхность обмотки была как можно ровнее. Кстати, при намотке желательно не касаться провода руками, а удерживать его кусочком тонкого фетра или мягкой замши. Намотка ведется от края до края катушки. Выводы обмоток выполняются непосредственно обмоточным проводом с надетой на него фторопластовой трубкой (тонкая трубка прекрасно тянется; растягивая миллиметровую трубочку, можно получить трубку меньшего диаметра). Если провод слишком тонкий, то для повышения механической прочности вывода провод складывают в три-четыре раза и плотно свивают. Эта косичка используется как вывод обмотки, естественно, ее начало должно быть изолировано и надежно закреплено на обмотке. Выводы из цветных проводов, конечно, красивее, но такой вариант практичнее. Конечная изоляция обмоток выполняется из двух слоев кабельной бумаги (можно и писчей).

Коэффициент заполнения окна магнитопровода при двух секциях первичной обмотки находится около 0,45, при трех секциях первичной обмотки - около 0,4. Это усредненные данные по результатам намотки нескольких десятков трансформаторов разной мощности.

Управиться с такой работой, в зависимости от имеющегося опыта, вполне можно за пару вечеров.

Для чего пропитывают катушку трансформатора? Основная цель - повышение электрической прочности при неблагоприятных внешних условиях, также пропитка улучшает отвод тепла из внутренних слоев катушки и повышает ее механическую прочность. Конечно, есть и обратная сторона медали, любая пропитка увеличивает собственную емкость трансформатора.

В 99,9 % случаев любительский усилитель стоит на почетном месте в комнате при практически нормальных условиях. Тепловая нагрузка на выходной трансформатор высококачественного усилителя тоже не велика. Во-первых, проектируются такие трансформаторы по несколько иным критериям, чем сетевые, во-вторых, при прослушивании музыки, даже если усилитель имеет значительную выходную мощность, средняя мощность на выходе составляет всего несколько ватт. Поэтому я не советую использовать какую-либо пропитку и тем самым ухудшать, даже незначительно, электрические параметры трансформатора. Конечно, если вы намерены слушать музыку в условиях тропического климата, планируете установить усилитель в автомобиле или предложить его рок-группе, тогда надо задуматься над пропиточным составом и способом пропитки.

Другое дело - магнитопровод трансформатора. В любительской практике часто используют витые магнитопроводы от серийных трансформаторов, которые гри разборке имеют тенденцию расслаиваться. Это не опасно, но отслоившиеся пластинки будут создавать призвуки. По возможности, их следует подклеить, но это мало что даст. Эффективный способ утихомирить трансформатор (клеить все равно надо) - перед окончательной сборкой окунуть подковы магнитопровода в масляный лак. Шихтованный магнитопровод тоже целесообразно прокрасить лаком.

При окончательной сборке трансформатора таким же лаком промазывают и формирующую немагнитный зазор прокладку (для ШЛ и ПЛ их соответственно три и две), толщина которой задана при расчете. Ее можно изготовить из тонкого листа электрокартона, текстолита, гети-накса или иного жесткого термостойкого материала. Очень важно обеспечить фиксацию зазора в магнитолроводе надежной стяжкой: стабильность зазора способствует минимизации нелинейных искажений самого трансформатора на низких частотах.

Изготовленный таким образом трансформатор будет иметь электрические параметры не хуже, а возможно, и лучше, чем изготовленный в заводском цехе. В условиях, близких к нормальным, такие трансформаторы работают безотказно.

Итак, сложность самостоятельного изготовления выходного трансформатора сильно преувеличена. Основные хлопоты связаны с поиском магнитопровода, намоточных проводов и сопутствуюших материалов, а не с намоткой. Залогом хороших результатов является обычная аккуратность и внимательность. Даже не имея опыта, вполне реально за неделю изготовить комплект выходных трансформаторов для стереоусилителя. Конечно, не все может получиться сразу, но под лежачий камень вода не течет, поэтому смело беритесь за работу и собирайте свой лучший ламповый усилитель.

Замечу, что теперь появилось много современных изоляционных материалов, так что применять бумагу совсем не обязательно. Использование полиэтилентерефталатной, лавсановой пленки, армированного фторопласта, стеклоткани приветствуется; применяйте, что легче достать.

У мощных усилителей возможно появление значительного перепада напряжения на выходном трансформаторе при резком сбросе нагрузки. Если при сравнительных прослушиваниях аппаратуры вы предпочитаете делать коммутацию нагрузки на ходу, то не стоит увеличивать электрическую прочность трансформатора, проще зашунтировать его первичную обмотку подходящим варистором или разрядником на 1 кВ.

Естественно, качество трансформ тора зависит и от применяемого магнитопровода, но не следует возводить это в абсолют. В трансформаторах питания бытовой аппаратуры наиболее часто использовалась электротехническая сталь 3411. Она уступает по своим магнитным свойствам современным сталям (производители часто используют сталь 3408), но эти отличия не настолько велики, чтобы их нельзя было частично компенсировать на этапе проектирования трансформатора. На витом магнитопроводе от сетевого трансформатора можно изготовить отличный выходной трансформатор. И вообще, наблюдается любопытный парадокс. Многие производители предлагают высококачественные выходные трансформаторы, но ограничиваются приведением только их основных параметров - чистый "кот в мешке". А трансформаторы с магнитопроводами из стали 3408 и аморфного сплава - "две большие разницы"!

Литература:

1. Цыкин Г. С. Трансформаторы низкой частоты. - М.: Связьиздат, 1955.
2. Горский А. Н., Русин Ю. С. и др. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. - М.: Радио и связь. 1988.

Автор: Е. Карпов, г. Одесса, Украина; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности ламповые.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Горькие продукты улучшают работу мозга 08.11.2025

Как выяснили японские ученые, горький вкус флаванолов играет важную роль в стимуляции центральной нервной системы. Даже при минимальном усвоении этих веществ организм получает сигнал к повышению активности нейромедиаторов и улучшению когнитивных функций, что делает натуральные продукты с горьким вкусом потенциально полезными для мозга и общей физиологии. В поисках способов улучшить работу мозга ученые все чаще обращаются к натуральным соединениям, содержащимся в привычных продуктах питания. Одним из таких веществ являются флаванолы, присутствующие в какао, красном вине и ягодах. Исследователи из Технологического института Сибаура в Японии выяснили, что горький и вяжущий вкус этих соединений способен активировать мозг через вкусовые рецепторы, способствуя улучшению памяти, внимания и способности к обучению. Ранее было известно, что флаванолы защищают нейроны и поддерживают когнитивные функции, однако их биодоступность - доля вещества, поступающая в кровь - крайне низка. Это вызвал ...>>

Дождевой электрогенератор 08.11.2025

Группа разработчиков Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики представила дождевой электрогенератор, который превращает дождевые капли в источник электричества, используя саму воду как структурный и электрический элемент. В отличие от традиционных капельных генераторов, где электричество создается на твердых диэлектрических пленках с металлическими электродами, новое устройство плавает непосредственно на поверхности воды. Вода одновременно выполняет роль опоры и проводника, что позволило снизить вес системы на 80%, а стоимость уменьшить почти наполовину, сохранив при этом мощность до 250 вольт на каждую каплю. "Мы позволили воде одновременно выполнять структурную и электрическую функции, создав легкую, доступную и масштабируемую систему", - объяснил профессор Ванлин Гуо, ведущий автор исследования. Такая концепция открывает путь к созданию гидровольтаических систем, которые могут работать в водоемах без использования суши, дополняя солнечные и ветровые технологии. П ...>>

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Случайная новость из Архива Игровые ноутбуки Asus ROG с частотой обновления 300 Гц 06.09.2019 Бренд Republic of Gamers, принадлежащий Asus, представил дисплеи с рекордной частотой обновления 300 Гц в ряде игровых ноутбуков серий Strix и Zephyrus. Первая модель с такими параметрами, Zephyrus S (GX701), появится в октябре, за ней последует еще ряд геймерских устройств с высочайшей частотой обновления экрана. Целью инженеров ROG было не только добиться рекордной частоты обновления, но и сделать игровой процесс максимально плавным и отзывчивым. Высокая частота обновления экрана позволяет увеличить фреймрейт, что особенно важно в динамичных играх, где каждая доля секунды может решить исход битвы. С высокой частотой обновления игровой процесс ощущается более плавно, а сокращенное время отклика позволяет избежать размытия при отображении быстро движущихся объектов. На практике в динамичных играх это означает возможность быстрее реагировать на происходящее, например, точнее прицеливаться по движущимся объектам. В матрице с частотой обновления 144 Гц время отклика от серого к серому было сокращено до всего 7 мс, это в четыре раза меньше, чем у аналогов на тот момент. В 2018 году был сделан еще один важный шаг: время отклика сократилось до 3 мс, а высокая частота обновления стала доступна в экранах всей линейки игровых ноутбуков ROG на базе процессоров Intel Coffee Lake. Повышенная до 300 Гц частота обновления экрана на 25% превосходит актуальный стандарт профессиональных киберспортивных турниров и в пять раз превышает частоту обновления 60 Гц в обычных мониторах. В сочетании с мощной видеокартой, способной обрабатывать огромное количество кадров в секунду, игровой процесс на таком ноутбуке проходит абсолютно плавно. Высокая частота обновления экрана будет поддерживаться и ультратонкими игровыми ноутбуками Zephyrus, одинаково хорошо подходящими и для игр, и для профессиональной работы с графикой. Частоту обновления 300 Гц будут поддерживать 15- и 17-дюймовые модели Zephyrus S (GX502 и GX701). Кроме того, обе модели ноутбуков Zephyrus S оснащены эксклюзивной функцией переключения графического режима. Технология NVIDIA Optimus позволяет использовать встроенную видеокарту ноутбука по умолчанию и подключать дискретную графику с поддержкой технологии G-Sync только для требовательных к графическим ресурсам задач и игр. Дисплеи моделей Zephyrus S проходят фабричную калибровку и обладают сертификацией PANTONE Validated, что гарантирует высокую точность цветопередачи, необходимую для профессиональной работы с компьютерной графикой.

Другие интересные новости:

▪ Автомобильная фара на светодиодах

▪ Карьерный самосвал Hitachi с динамической зарядкой батареи

▪ Общая черта всех счастливых пар

▪ Умный гранатомет XM25

▪ Приемопередатчик CC1310F128 с потреблением 16 мкА

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детская научная лаборатория. Подборка статей

▪ статья Ночь длинных ножей. Крылатое выражение

▪ статья Как скоро американский президент Вудро Вильсон нарушил свое главное предвыборное обещание? Подробный ответ

▪ статья Машинист трелевочной машины. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Простое противоугонное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вода не выливается из бутылки. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025