Переделка дешевого ИБП для УМЗЧ
Для изготовления блоков питания усилителей мощности как правило применяются низкочастотные 50-герцовые трансформаторы. Они надежные, не создают вч-помех и сравнительно просты в изготовлении. Но есть и минусы – габариты и вес. Иногда такие недостатки оказываются решающими и приходится искать другие решения. Частично вопрос габаритных размеров (точнее, только высоты) решается применением торроидального трансформатора. Но такой трансформатор из-за сложности в изготовлении стоит немалых денег. И при этом все так же имеет значительный вес. Решением данной проблемы может стать использование импульсного блока питания.
Но тут свои особенности: сложность в изготовлении, или переделке. Чтобы приспособить под питание УМ компьютерный блок питания, необходимо перепаять половину платы и скорее всего, перемотать вторичную обмотку трансформатора. Но современная китайская промышленность выпускает в большом количестве 12-вольтовые блоки питания Ташибра и им подобные, обещая приличную выходную мощность, 50, 100, 150 Вт и выше. При этом стоимость таких блоков питания смешная.
На рисунке пара таких блоков, выше BUKO, ниже Ultralight, но по сути та же самая Ташибра. Они имеют небольшие отличия (возможно, были сделаны в разных провинциях Китая): вторичная обмотка Ташибры имеет 5 витков, а в BUKO – 8 витков. Кроме того, у Ultralight плата немного больше, предусмотрены места для установки дополнительных деталей. Несмотря на это, переделываются они идентично. Во время процесса доработки необходимо быть предельно аккуратным, поскольку на плате присутствует высокое напряжение, после диодного моста это 300 вольт. Кроме того, если случайно закоротить выход, то сгорят транзисторы.
Схема блоков питания от 50 до 150 ватт одинаковая, отличие только в мощности использованных деталей.
Что нужно доработать?
1. Нужно подпаять электролитический конденсатор после диодного моста. Емкость конденсатора должна быть как можно больше. При данной переделке был применен конденсатор 100мкФ на напряжение 400вольт.
2. Нужно заменить обратную связь по току обратной связью по напряжению. Для чего это нужно? Для того, чтобы блок питания запускался без нагрузки.
3. Если это необходимо, то перемотать трансформатор.
4. Нужно будет выпрямить выходное переменное напряжение диодным мостом. Для этих целей можно применить отечественные диоды КД213, или импортные, высокочастотные. Лучше конечно же Шоттки. Также необходимо сгладить пульсации на выходе конденсатором.
Вот схема переделанного блока питания.
Блок питания для УНЧ обычно биполярный, в данном случае необходимо получить 2 напряжения по 30 вольт. Вторичная обмотка силового трансформатора имеет 5 витков. При выходном напряжении 12 вольт получается 2,4 вольта на один виток. Чтобы получить 30 вольт, нужно намотать 30 Вольт/2,4Вольт = 12,5 витков. Следовательно, необходимо намотать 2 катушки по 12,5 витков. Для этого необходимо отпаять трансформатор от платы, временно смотать два витка обратной связи по напряжению и смотать вторичную обмотку. После этого наматываются простым многожильным проводом рассчитанные две вторичные обмотки. Вначале мотается одна катушка, потом другая. Соединяются два конца разных обмоток – это будет нулевой вывод.
Если будет необходимо получить другое напряжение, мотается больше/меньше витков.
Частота работы блока питания с катушкой связи по напряжению где-то 30 кГц.
Затем собирается диодный мост, подпаиваются электролиты и параллельно им керамические конденсаторы для гашения высокочастотных помех. Вот еще варианты соединения вторичных обмоток.
Расчет и намотка выходного трансформатора для лампового усилителя
Выбираем выходную лампу – строим нагрузочную прямую и выбираем РТ на ВАХах, находим приведенное сопротивление, выбираем сопротивление акустики (нагрузки), в результате вычисляем соотношение витков первичной и вторичной обмоток = Ктр = √КВ (приведенное сопротивление анода: сопротивление акустики).
Выбираем трансформатор – больше «железа», меньше меди, без фанатизма с габаритной мощностью (из практики воспроизведения низких частот) достаточно 100-160 Вт (10-14 см 2 площади центрального керна). Парадокс, лучший звук у Ш «железа» от компьютерных китайских бесперебойников. Неплохие результаты показал ТСШ-170, правда у него неудобство со сборкой и креплением.
Запасаемся большим тюбиком клея “Момент”, тонким канцелярским и нешироким малярным скотчем. Штанген, металлическая точная линейка, калькулятор, карандаш. ЗАМЕРЫ – окно, что ограничивает железо, точно до десятых мм.
На столе – таблица номиналов диаметров намоточного провода, сечений по меди и по лаку, допустимый ток при токовой нагрузке.
Готовим каркас катушки – чистим от заусенцев, думаем и потом сверлим необходимое количество «дырок» для выводов проводов и контактных для пайки-крепления. Если не получается с мозгами – пропиливаем сквозную щель, одну-две.
Дырки для выводов, для фторопластового провода, чтобы намоточный тонкий не ломался. Дырки для крепления-пайки под голую медь 0,75-1,0 мм, потом залудим.
Готовим межсекционную изоляцию – полоски офисной бумаги с бахромой по 1,5 мм шире окна катушки с каждой стороны.
Замеряем:
Пример: 34,5х10 мм, дно = 34,5 мм, высота = 10 мм.
Секционирование – соединение обмоток ТОЛЬКО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ! Любой слой заполняется только полностью и без просветов.
Сначала не меньше половины первички, затем межсекционная изоляция – 3 слоя подготовленной офисной бумаги с бахромой, затем – слой вторички, межсекционная изоляция, затем четверть первички, межсекционная 3 слоя, слой вторички, межсекционная, оставшаяся четверть первички, межсекционная 3 слоя, затем можно слой первички (около 200 витков) для катодной обмотки, и последний оставшийся слой вторички – на нем желательно делать выводы-петли через каждые 5-7 витков для подстройки под конкретную акустику, на слух.
Итого получается: ½ I – II – ¼ I – II – ¼ I – К – II (5+5+5+5+5+5)
РАСЧЕТ
Прикидываем – количество витков вторички в одном слое проводом около 1,0 по меди (из практики) – 1,09 лак.
34,5 : 1,09 = 31,65 – 1 виток = 30 витков слой вторички.
Таких слоя будет 3 (три).
Моя задача – первичка 5к и два вывода на 8 Ом и 16 Ом.
Вычисляем витки первички. Через Ктр, для 8 Ом = 25, для 16 Ом = 17.
(Ктр = кв.корень [5к : Ra]) = корень (5000 : 8) = корень 625 = 25 для 8 Ом, и соответственно 16 Ом = 17.
Значит два слоя вторички – 8 Ом, три слоя – 16 Ом.
Прикидываем равенство первичек.
Два слоя вторички = 60 витков (на 8 Ом) х 25 (Ктр 8 Ом) = 1500 витков – прикидочная первичка на 8 Ом.
Три слоя вторички = 90 витков (на 16 Ом) х 17 (Ктр 16 Ом) = 1530 витков – почти одинаково. Выбираем среднее (да простят ГУРУ инета) = итого первичка 1515 витков.
Расчет диаметра первички
По таблице по лаку ищем ближайшее меньшее, получается по меди: 0,25 – 0,23 мм.
Т.к. провод по меди 0,23 «держит» не менее 110 мА = нам хватит, его и применяем.
ИТОГО: карта намотки = 758 (1515:2) витков 0,23 мм – изоляция – 30 витков 1 мм – изоляция – 379 (1515:4) витков 0,23 мм – изоляция – 30 витков – изоляция – 379 витков 0,23 мм – изоляция – слой 0,23 мм – изоляция – 30 (5+5+5+5+5+5) 1.
Мотаем:
Под начало и в конце любого слоя кладем немного клея, чтобы провод не «микрофонил» и укреплял бумагу.
Резвой – «длинные обмотки укладываем аккуратно кучками в четверть высоты, заполняем слой»
При очень длинных обмотках возможно применение межслойного канцелярского скотча в один слой.
Выводы тонкого обмоточного провода желательно маркировать разноцветными кембриками:
Собираем
Пушпул = без зазора, однотакт = с зазором.
Выводы толстых проводов соединяем и формуем как клеммы подключения, придумывать ничего не надо. Тонкие – зачищаем обжигом и аккуратно чистим мелкой наждачкой. Залуживаем и надежно припаиваем к подготовленной панельке из текстолита с закрепленными голого провода около 1 мм клеммами. Эту панельку для удобства крепим на болтах в ближайшем месте от выводов из катушки.
Не забываем маркировку – на «пузе» катушки с удобной стороны под скотч приклеиваем бирку карты намотки и расположения контактов.
Осталось за малым, рассчитываем усилитель (чуть позже), достаём лампы-деталюшки, «слесарим» корпус, изголяемся с питанием, монтируем, жжём канифоль, ругаемся на несоответствие действительности инетовских подписанных ВАХов, пересчитываем под реальные замеры, жжём канифоль, заменяем выбитые квартирные пробки, плюемся на акустику, и наслаждаемся Вотерсом, ну или звуком “Бегущего по лезвию” (Шоночка просто красавица!).
Ответы на вопросы «Почему?» ищем в первоисточниках и не дай божЕ слушаем инетовских ГореГуру (а есть и с сангиг образованием), только через разрядку 450 В конденсаторов на собственных пальцах = другого пути нетУ!
AudioKiller’s site
Audio, Hi-Fi, Hi-End. Электроника. Аудио.
Материалы раздела:
Трансформатор для питания усилителя
О том, что для усилителя мощности не обязательно использовать очень мощные трансформаторы я писал в статье “Расчет источника питания УМЗЧ“. Почему-то в народе статья большого отклика не нашла – так все и продолжают советовать друг другу в усилитель мощностью 50 Вт ставить трансформатор мощностью 250 ВА. 
Хотя тут вполне можно использовать транс в 60 ВА. Тем не менее некоторые профи несколько меня покритиковали. Их замечания сводились к двум пунктам:
Чтобы еще раз это все проверить и доказать, что я прав, я собрал небольшую кучку трансформаторов мощностью 20…250 ВА на напряжение 2х24 вольта и приступил к экспериментам.
Я взял стерео усилитель, в его блок питания устанавливал исследуемый трансформатор и подавал на вход либо музыкальный стереосигнал со звуковой карты компьютера (для реалистичных испытаний), либо синусоиду (для тестов). К усилителям был подключен клип-детектор, позволяющий определять моменты ограничения сигнала. Вот схема экспериментальной установки:
Эксперимент проводился следующим образом: я использовал два музыкальных фрагмента с пик-фактором 13 дБ и 16 дБ. На каждом из них я устанавливал наибольшую громкость, но так, чтобы не было ограничения. После этого измерял уровень выходного сигнала и вычислял выходную мощность как мощность синусоидального сигнала с амплитудой, равной амплитуде музыкального сигнала. Все это я проделывал с разными трансформаторами и разными конденсаторами фильтра питания (от 2200 мкФ до 40 000 мкФ).
Скажу сразу – я оказался прав по обоим пунктам.
Действительно, для получения большой выходной мощности усилителя вполне достаточно трансформатора сравнительно небольшой мощности (и моя программа считает абсолютно верно!). Вот графики результатов исследований, здесь разные линии одного цвета соответствуют разным емкостям конденсаторов фильтра:
В конце-концов, все линии переходят в горизонталь: самая максимальная выходная мощность ограничена напряжением питания. Так что вместо тупого наращивания мощности трансформатора, гораздо выгоднее поднять напряжение питания (если такое возможно).
Наибольшая зависимость выходной мощности от мощности трансформатора (и самая низкая выходная мощность) получается для синусоиды. Это как раз то, о чем мне говорили оппоненты: под большой постоянной токовой нагрузкой сильно падает напряжение на обмотках трансформатора и конденсаторах фильтра. Для музыки это не так актуально из-за ее большого пик-фактора и маленькой средней мощности.
Для интереса – вот просадки напряжения питания на трансформаторе и выпрямителе под нагрузкой (точнее остаточное напряжение) на синусоиде:
На музыкальном сигнале просадка напряжения намного меньше, ее измерить нормально не получилось из-за непостоянства среднего значения музыкального сигнала (показания вольтметра все время “плавали”).
Вывод 1.
“Тощего” трансформатора вполне достаточно для питания усилителя. Правильный выбор трансформатора по мощности и напряжению позволит получить требуемую музыкальную выходную мощность. Так что использовать в усилителях звукового сигнала супермощные трансы совершенно не нужно. Маленький трансформатор – это и маленькие габариты, и маленькая цена.
Очень важно! Это все годится только для воспроизведения записанной музыки. Для исполнения музыки (например гитарный усилитель в рок группе) это не годится, т.к. там совсем другие условия работы всей системы!
Рассмотрим второй пункт. А будет ли перегреваться трансформатор? Рассчет по моей программе трансформатора для усилиеля 2х40 Вт дал требуемую мощность трансформатора 35 ВА. Я изготовил именно такой трансформатор (он участвовал и в предыдущих измерениях) и провел на нем проверку. В дальнейшем я использовал этот транс в деле (он предназначался для питания усилителя), поэтому я сделал его с пониженной индукцией (чтобы он давал меньше помех, т.к. он стоИт близко к плате предусилителя). В результате число витков обмоток получилось на 20% больше, значит и их сопротивление тоже на 20% больше, а на большем сопротивлении получается больший нагрев. Таким образом, если этот трансформатор у меня не перегреется, то обычный трансформатор тем более перегреваться не будет.
Вот первый эксперимент.
Я поместил трансформатор под крышку так, чтобы не было никакой вентиляции. 2 часа работы – никакого перегрева.
Однако моих критиков этот эксперимент не удовлетворил. Мне сказали, что в настоящем усилителе греется не только трансформатор, но и радиаторы, поэтому на самом деле температура в усилителе выше (несмотря на вентиляцию) и вот там-то трансформатор и перегреется.
Ну что ж, с радиаторами, так с радиаторами. У меня есть подходящий корпус, куда поместилось все вместе с радиаторами:
Два канала усилителя, два выпрямителя и трансформатор – все как раз уместилось. Вентиляционные отверстия в днище корпуса в данном случае не работают – у корпуса нет ножек, поэтому он дном лежит на столе, и воздух в отверстия не попадает. Вот как выглядит это все в рабочем виде:
В крышке отверстий нет, так что это самый неприятный случай корпуса без вентиляции. Уж тут температура будет наиболее максимальной! На фото видно две нагрузки из мощных резисторов и плата клип-детектора.
Включил в сеть, на вход подал музыкальный сигнал максимальной амплитуды (чтобы клип-детектор срабатывал, т.е. усилитель работал с небольшой перегрузкой), и 2 часа погонял всю эту систему.
Трансформатор не перегрелся! (Вот на синусоиде он бы наверняка перегрелся, но мы-то создаем систему для воспроизведения музыки, а не синусоиды!)
Вывод 2. Маломощный трансформатор годится для питания аппаратуры по всем параметрам. Проверка в самых жестких условиях это подтвердила.
И в заключение о конденсаторах фильтра. Вот зависимость выходной мощности стерео усилителя от суммарной емкости фильтра (с учетом конденсаторов, установленных на платах усилителей) для двух трансформаторов мощностью 35ВА и 80ВА и разных пик-факторах сигнала:
Видно, что при небольшой емкости мощность снижается. А повышать емкость выше 10 000…15 000 мкФ смысла нет. Моя программа говорит о том же. При самой большой емкости максимальная выходная мощность несколько падает (особенно на маломощном трансе) – это из-за того, что при этом получаются большие зарядные токи и падение напряжения на обмотках трансформатора тоже повышается.
Вывод: слишком маленькие емкости и мощности все же вносят какие-то неприятные изменения в сигнал, так что их лучше не использовать.
Трансформаторы для УМЗЧ
Одной из самых популярных радиолюбительских конструкций являются усилители мощности звуковой частоты УМЗЧ. Для качественного прослушивания музыкальных программ в домашних условиях чаще всего используются достаточно мощные, 25…50Вт/канал, как правило, стереофонические усилители.
Столь большая мощность нужна вовсе не для того, чтобы получить очень большую громкость: усилитель, работающий вполовину мощности, позволяет получить более чистое звучание, искажения в таком режиме, а они есть даже у самого лучшего УМЗЧ, практически незаметны.
Современная схемотехника позволяет избежать таких материальных, а главное, моральных затрат. Чтобы собрать достаточно мощный и качественный УМЗЧ, можно купить одну–две микросхемы, добавить к ним несколько пассивных деталей, спаять все это на небольшой печатной плате, и, пожалуйста, перед Вами УМЗЧ, который заработает сразу же после включения.
Качество воспроизведения будет весьма неплохим. «Лампового» звука получить, конечно, не удастся, но многие фирменные, а, тем более, китайские усилители, останутся позади. Ярким примером такого решения проблемы высококачественного звучания можно считать микросхему TDA7294.
Двухполярное напряжение питания микросхемы имеет очень большой диапазон ±10…±40В, что позволяет получить от микросхемы мощность свыше 50Вт на нагрузке 4Ω. Если такая мощность не требуется, достаточно просто несколько понизить питающее напряжение. Выходной каскад усилителя выполнен на полевых транзисторах, что обеспечивает хорошее качество звука.
Вывести микросхему из строя очень непросто. Выходной каскад имеет защиту от КЗ, кроме того имеется также тепловая защита. Микросхема, как усилитель, работает в классе AB, коэффициент полезного действия которого 66%. Поэтому, для того, чтобы получить выходную мощность 50Вт, потребуется источник питания мощностью 50/0,66=75,757Вт.
Собранный усилитель устанавливается на радиатор. Для уменьшения габаритов радиатора совсем неплохо, чтобы тепло от радиатора отводилось вентилятором. Для этих целей вполне подойдет небольшой компьютерный кулер, например, от видеокарт. Конструкция усилителя показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Усилитель на микросхеме TDA7294
Здесь следует отметить небольшую особенность микросхемы TDA7294. У всех подобных мощных микросхем задняя металлическая спинка с отверстием для крепления к радиатору соединена с общим проводом схемы. Это позволяет закреплять микросхему на металлическом корпусе усилителя без изолирующей прокладки.
У микросхемы TDA7294 эта крепежная деталь электрически соединена с выводом отрицательного полюса источника питания, вывод 15. Поэтому, изолирующая прокладка с теплопроводной пастой КПТ-8, просто необходима. Еще лучше, если микросхема устанавливается на радиатор вообще без прокладки, только с теплопроводной пастой, а сам радиатор изолируется от корпуса (общего провода) усилителя.
Рисунок 2. Типовая схема включения TDA7294
Об усилителях на микросхеме TDA7294 можно рассказывать очень много, и те несколько строчек, что были написаны выше, вовсе не претендуют на полноту информации. Данный усилитель упоминается лишь для того, чтобы показать, какой мощности может понадобиться трансформатор, как определить его параметры, ведь статья-то называется «Трансформаторы для УМЗЧ».
Часто бывает, что создание конструкции начинается с создания макетных экземпляров, питание которых производится от лабораторного блока питания. Если схема оказалась удачной, то начинаются выполняться все остальные «плотницкие» работы: изготавливается корпус или используется подходящий от подобного промышленного устройства. На этой же стадии изготавливается блок питания и выбирается подходящий трансформатор.
Так какой нужен трансформатор?
Чуть выше было рассчитано, что мощность источника питания должна быть не менее 75 ватт, и это лишь для одного канала. Но где сейчас можно встретить монофонический усилитель? Теперь это, как минимум, двухканальный аппарат. Поэтому для стереофонического варианта потребуется трансформатор мощностью не менее ста пятидесяти ватт. На самом деле это не совсем так.
Такая большая мощность может потребоваться лишь в том случае, если будет усиливаться синусоидальный сигнал: вот просто подали на вход синусоиду и сидим, слушаем. Но долго слушать однообразное заунывное гудение, вряд ли доставит удовольствие. Поэтому нормальные люди чаще слушают музыку или смотрят фильмы со звуком. Вот тут и сказывается отличие музыкального сигнала от чистой синусоиды.
Реальный музыкальный сигнал синусоидой не является, а представляет собой сочетание больших кратковременных пиков и долговременных сигналов небольшой мощности, поэтому средняя мощность, потребляемая от источника питания, получается намного меньше.
Рисунок 3. Реальная мощность звукового сигнала. Средние уровни (желтая линия) синусоидального и реального звукового сигналов при одинаковых максимальных уровнях
Как рассчитать блок питания УМЗЧ
Методика расчета блока питания приводится в статье «Расчет блока питания для усилителя мощности», которую можно найти по ссылке,
http://www.interlavka.narod.ru/stats03/blok_pitaniy.htm Автор статьи Андрей Данилов.
В статье приводятся соображения по выбору параметров блока питания, там же можно скачать программу для расчета блока питания с учетом особенностей воспроизводимых музыкальных программ. Программа работает без установки в системе, достаточно просто распаковать архив. Результаты работы программы сохраняются в текстовом файле, который появляется в папке, где находится программа расчета. Скриншоты работы программы показаны на рисунках 4 и 5.
Рисунок 4. Ввод данных в программу расчета
Расчеты выполнены для блока питания собранного по схеме, показанной на рисунке 5.
Рисунок 5. Блок питания УМЗЧ. Результаты расчета
Таким образом, для двухканального усилителя мощностью 50Вт с нагрузкой 4Ω потребуется трансформатор мощностью 55Вт. Вторичная обмотка со средней точкой с напряжениями 2*26,5В с током нагрузки 1А. Вот из таких соображений следует выбирать трансформатор для УМЗЧ.
Казалось бы, что трансформатор получился слабоват. Но, если внимательно почитать упомянутую чуть выше статью, то все становится на свои места: автор достаточно убедительно рассказывает, из каких критериев следует исходить при расчете блока питания УМЗЧ.
Тут можно сразу задать встречный вопрос: «А если мощность имеющегося под рукой трансформатора окажется больше, чем по расчету?». Да ничего страшного не произойдет, просто трансформатор будет работать вполсилы, не будет особо напрягаться и сильно греться. Естественно, что выходные напряжения трансформатора должны быть те же, что получились по расчету.
Габаритная мощность трансформатора
Совсем нетрудно заметить, что чем мощнее трансформатор, тем больше его размер и вес. И это нисколько не удивительно, ведь есть такое понятие, как габаритная мощность трансформатора. Другими словами, чем больше и тяжелее трансформатор, тем больше его мощность, тем больше мощность подключаемой к вторичной обмотке нагрузки.
Расчет габаритной мощности по формуле
Чтобы определить габаритную мощность трансформатора достаточно простой линейкой измерить геометрические размеры сердечника, а затем, с приемлемой точностью, рассчитать все по упрощенной формуле.
Рисунок 6. Типы сердечников трансформаторов
В учебниках электротехники формула для расчета габаритной мощности имеет вид устрашающий, и куда более длинный. В упрощенной формуле приняты следующие условия, присущие большинству сетевых трансформаторов, просто некоторые усредненные значения.
Считается, что КПД трансформатора 0,9, частота сетевого напряжения 50Гц, плотность тока в обмотках 3,5А/мм2, магнитная индукция 1,2Тл. При этом коэффициент заполнения медью 0,4, а коэффициент заполнения сталью 0,9. Все эти величины как раз и входят в «настоящую» формулу для расчета габаритной мощности. Как и всякая другая упрощенная формула, эта формула может дать результат с ошибкой процентов в пятьдесят, такова расплата за упрощение расчета.
Здесь достаточно вспомнить хотя бы про КПД трансформатора: чем больше габаритная мощность, тем выше КПД. Так трансформаторы мощностью 10…20Вт имеют КПД 0,8, а трансформаторы 100…300Вт и выше имеют КПД 0,92…0,95. В таких же пределах могут изменяться и другие величины, входящие в «настоящую» формулу.
Формула, конечно, достаточно простая, но в справочниках существуют таблицы, где «все уже подсчитано до нас». Так не надо усложнять себе жизнь, и воспользоваться уже готовым продуктом.
Рисунок 7. Таблица для определения габаритной мощности трансформатора. Значения рассчитаны для частоты 50Гц
Третья цифра в маркировке сердечников ПЛ обозначает параметр h – высота окна, как показано на рисунке 6.
Кроме габаритной мощности, в таблице также имеется такой важный параметр, как число витков на вольт. Причем, наблюдается такая закономерность: чем больше размер сердечника, тем меньше число витков на вольт. Для первичной обмотки это число указано в предпоследней колонке таблицы. В последней колонке указано число витков на вольт для вторичных обмоток, которое несколько больше, чем в первичной обмотке.
Это различие связано с тем, что вторичная обмотка расположена дальше от сердечника (керна) трансформатора и находится в ослабленном магнитном поле, нежели первичная обмотка. Чтобы компенсировать это ослабление приходится несколько увеличивать количество витков вторичных обмоток. Здесь вступает в силу некоторый эмпирический коэффициент: если при токе во вторичной обмотке 0,2…0,5А число витков умножается на коэффициент 1,02, то для токов 2…4А коэффициент увеличивается до 1,06.
Как определить число витков на вольт
Многие формулы в электротехнике являются эмпирическими, полученными методом многочисленных опытов, а также проб и ошибок. Одной из таких формул является формула для расчета числа витков на вольт в первичной обмотке трансформатора. Формула достаточно проста:
Другие авторы подставляют в эту формулу «постоянный коэффициент» 40 или даже 50. Так кто же прав, а кто нет?
Чтобы ответить на этот вопрос следует несколько преобразовать формулу, вместо «постоянного коэффициента» подставить букву, ну, хотя бы K.
Тогда вместо постоянного коэффициента получается переменная величина, или, как говорят программисты, переменная. Эта переменная может принимать различные значения, естественно, в каких-то пределах. Величина этой переменной зависит от конструкции сердечника и марки трансформаторной стали. Обычно переменная K находится в диапазоне 35…60. Меньшие значения этого коэффициента приводят к более жесткому режиму работы трансформатора, но облегчают намотку, за счет меньшего количества витков.
Если трансформатор предназначается для работы в высококачественной аудио аппаратуре, то K выбирают по возможности выше, как правило, 60. Это поможет избавиться от наводок с частотой сети идущих от силового трансформатора.
Теперь можно обратиться к таблице, показанной на рисунке 7. Там есть сердечник ШЛ32X64 с площадью 18,4 см2. В предпоследней колонке таблицы указано число витков на вольт для первичной обмотки. Для железа ШЛ32X64 это 1,8 витков/В. Чтобы узнать, какой величиной K руководствовались разработчики при расчете этого трансформатора, достаточно произвести несложный подсчет:
такой маленький коэффициент позволяет утверждать, что качество трансформаторного железа хорошее или просто стремились к экономии меди.
Да, таблица это хорошо. Если есть желание, время, сердечник и обмоточный провод, остается только засучить рукава и намотать требуемый трансформатор. Еще лучше, если есть возможность купить подходящий трансформатор или достать его из собственных «стратегических» запасов.
Трансформаторы промышленного изготовления
Когда-то советская промышленность выпускала целую серию малогабаритных трансформаторов: ТА, ТАН, ТН и ТПП. Эти аббревиатуры расшифровываются как, трансформатор анодный, анодно-накальный, накальный и трансформатор для питания полупроводниковой аппаратуры. Вот именно трансформатор марки ТПП может оказаться наиболее подходящим для рассматриваемого выше усилителя. Трансформаторы этой модели выпускаются мощностью 1,65…200Вт.
При расчетной мощности 55Вт вполне подойдет трансформатор ТПП-281-127/220-50 мощностью 72Вт. Из обозначения можно понять, что это трансформатор для питания полупроводниковой аппаратуры, порядковый номер разработки 281, напряжение первичной обмотки 127/220В, частота питающей сети 50Гц. Последний параметр достаточно важный, если учесть, что трансформаторы ТПП выпускаются также на частоту 400Гц.
Рисунок 8. Параметры трансформатора ТПП-281-127/220-50
Ток первичной обмотки указан для напряжений 127/220В. В таблице ниже указаны напряжения и токи вторичных обмоток, а также выводы трансформатора, на которые эти обмотки распаяны. Схема всего многообразия трансформаторов ТПП одна: все те же обмотки, все те же номера выводов. Вот только напряжения и токи обмоток для всех моделей трансформаторов разные, что позволяет подобрать трансформатор для любого случая.
На следующем рисунке показана электрическая схема трансформатора.
Рисунок 9. Электрическая схема трансформаторов ТПП
Для блока питания двухканального усилителя мощностью 50Вт, пример расчета которого был приведен чуть выше, потребуется трансформатор мощностью 55Вт. Вторичная обмотка со средней точкой с напряжениями 2*26,5В с током нагрузки 1А. Совершенно очевидно, что для получения таких напряжений, потребуется соединить синфазно обмотки 10 и 20В, и в противофазе обмотку 2,62В
что почти соответствует расчету. Таких обмоток получается две, которые соединяются последовательно в одну со средней точкой. Соединение обмоток показано на рисунке 10.
Рисунок 10. Соединение обмоток трансформатора ТПП-281-127/220-50
Первичные обмотки соединены в соответствии с технической документацией, хотя можно воспользоваться и другими отводами, что позволит точнее подобрать выходные напряжения.
Как соединить вторичные обмотки
Обмотки 11-12 и 17-18 соединены синфазно – конец предыдущей обмотки, с началом следующей (начало обмоток обозначается точкой). В результате получается одна обмотка с напряжением 30В, а по условиям задачи требуется 26,5. Чтобы приблизиться к этому значению, к обмоткам 11-12 и 17-18 в противофазе подключена обмотка 19-20. Это соединение показано синей линией, получается одна половина обмотки со средней точкой. Красной линией показано соединение другой половины обмотки, показанной на рисунке 5. Соединение точек 19 и 21 образует среднюю точку обмотки.
Последовательное и параллельное соединение обмоток
При последовательном соединении лучше всего, если допустимые токи обмоток равны, таким же будет и выходной ток для двух и более обмоток. Если ток одной из обмоток меньше, именно он будет выходным током полученной обмотки. Такое рассуждение хорошо, когда имеется принципиальная схема трансформатора: просто паяй перемычки и меряй что получилось. А если схемы нет? Об этом будет рассказано в следующей статье.
Допускается также параллельное соединение обмоток. Здесь требование такое: напряжение обмоток должно быть одинаковым, а соединение синфазным. В случае трансформатора ТПП-281-127/220-50 возможно соединить две 10-ти вольтовые обмотки (выводы 11-12, 13-14), две 20-ти вольтовые обмотки (выводы 15-16, 17-18), две обмотки по 2,62В (выводы 19-20, 21-22). Получится три обмотки с токами 2,2А. Соединение первичной обмотки выполнено в соответствии со справочными данными трансформатора.
Вот так хорошо все получается, если данные трансформатора известны. Одним из немаловажных параметров трансформатора является его цена, которая в немалой степени зависит от фантазии и наглости продавца.
Рассмотренный в качестве примера трансформатор ТПП-281-127/220-50 у разных продавцов интернете предлагается по цене 800…1440 рублей! Согласитесь, что это будет дороже самого усилителя. Выходом из такого положения может стать использование подходящего трансформатора добытого из старой бытовой аппаратуры, например, от ламповых телевизоров или старых ЭВМ.