Transformadores para UMZCH

Uno de los diseños de radioaficionados más populares son amplificadores de potencia de sonido UMZCH. Para escuchar programas de música de alta calidad en el hogar, la mayoría de las veces utilizan amplificadores bastante potentes, de 25 ... 50W / canal, generalmente estéreo.

No se necesita una potencia tan grande para obtener un volumen muy alto: un amplificador que funciona a la mitad de la potencia permite un sonido más limpio, distorsiones en este modo, e incluso el mejor UMZCH los tiene, son casi invisibles.

Es bastante difícil ensamblar y configurar un buen UMZCH potente, pero esta afirmación es cierta si el amplificador se ensambla a partir de partes discretas: transistores, resistencias, condensadores, diodos, tal vez incluso amplificadores operacionales. Tal diseño puede ser realizado por un radioaficionado suficientemente calificado, que ya ha ensamblado más de uno o dos amplificadores, quemando en los primeros experimentos no un kilogramo de transistores de salida potentes.

Los circuitos modernos evitan dicho material y, lo que es más importante, los costos morales. Para ensamblar un UMZCH suficientemente potente y de alta calidad, puede comprar uno o dos microcircuitos, agregarles algunas partes pasivas, soldar todo esto en una pequeña placa de circuito impreso y, por favor, antes de UMZCH, que funcionará inmediatamente después de encenderlo.

La calidad de reproducción será muy buena. Por supuesto, no será posible obtener un sonido de "tubo", pero muchos amplificadores patentados y, especialmente, chinos, se quedarán atrás. Un ejemplo vívido de tal solución al problema del sonido de alta calidad puede considerarse el chip TDA7294.

El voltaje de suministro bipolar del microcircuito tiene un rango muy grande de ± 10 ... ± 40V, lo que hace posible obtener energía del microcircuito en exceso de 50W a una carga de 4Ω. Si no se requiere dicha potencia, simplemente baje un poco la tensión de alimentación. La etapa de salida del amplificador se realiza en transistores de efecto de campo, lo que garantiza una buena calidad de sonido.

Es muy difícil deshabilitar un chip. La etapa de salida tiene protección contra cortocircuito, además también hay protección térmica. El chip, como amplificador, opera en la clase AB, cuya eficiencia es del 66%. Por lo tanto, para obtener una potencia de salida de 50 W, se requerirá una fuente de alimentación con una potencia de 50 / 0.66 = 75.757 W.

El amplificador ensamblado está montado en el radiador. Para reducir las dimensiones del radiador, no está nada mal que el calor del radiador sea eliminado por un ventilador. Para estos fines, un pequeño refrigerador de computadora, por ejemplo, de tarjetas de video, es bastante adecuado. El diseño del amplificador se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Amplificador en chip TDA7294

Cabe señalar una pequeña característica del chip TDA7294. Para todos estos microcircuitos potentes, la parte posterior metálica posterior con un orificio para conectar al radiador está conectada a un cable de circuito común. Esto le permite fijar el chip en la carcasa metálica del amplificador sin una tira aislante.

En el chip TDA7294, este sujetador está conectado eléctricamente al terminal negativo de la fuente de alimentación, terminal 15. Por lo tanto, simplemente es necesaria una junta aislante con pasta termoconductora KPT-8. Aún mejor, si el microcircuito se instala en el radiador sin colocarlo, solo con pasta termoconductora, y el radiador en sí está aislado del cuerpo (cable común) del amplificador.

Figura 2. Circuito de conmutación TDA7294 típico

Se puede decir mucho sobre los amplificadores en el chip TDA7294, y esas pocas líneas que se escribieron anteriormente no pretenden ser información completa. Este amplificador se menciona solo para mostrar cuánta potencia puede necesitar un transformador, cómo determinar sus parámetros, porque el artículo se llama "Transformadores para UMZCH".

A menudo sucede que la construcción comienza con la creación de prototipos, cuya potencia se produce a partir de la fuente de alimentación del laboratorio. Si el esquema resultó ser exitoso, entonces comienza todo el resto del trabajo de “carpintería”: se hace el caso o se usa uno adecuado de un dispositivo industrial similar. En la misma etapa, se fabrica la fuente de alimentación y se selecciona un transformador adecuado.

Entonces, ¿qué tipo de transformador se necesita?

Se calculó un poco más alto que la fuente de alimentación debería ser de al menos 75 vatios, y esto es solo para un canal. Pero, ¿dónde puedes encontrar un amplificador monofónico ahora? Ahora este es al menos un dispositivo de dos canales. Por lo tanto, para la opción estéreo, se requiere un transformador con una potencia de al menos ciento cincuenta vatios. De hecho, esto no es del todo cierto.

Una potencia tan grande puede ser necesaria solo si se amplifica una señal sinusoidal: solo alimenta una sinusoide a la entrada y siéntate, escucha. Pero es poco probable que sea un placer escuchar durante mucho tiempo un zumbido monótono y triste. Por lo tanto, las personas normales con mayor frecuencia escuchan música o miran películas con sonido. Aquí es donde afecta la diferencia entre la señal musical y la onda sinusoidal pura.

Una señal musical real no es una sinusoide, sino una combinación de grandes picos a corto plazo y señales a largo plazo de baja potencia, por lo que la potencia promedio consumida de la fuente de energía es mucho menor.

Figura 3. Potencia de sonido real. Niveles medios (línea amarilla) de señales de sonido sinusoidales y reales en los mismos niveles máximos

Cómo calcular la fuente de alimentación UMZCH

La metodología para calcular la fuente de alimentación se proporciona en el artículo "Cálculo de la fuente de alimentación para el amplificador de potencia", que se puede encontrar en el enlace,

El artículo proporciona consideraciones sobre la elección de los parámetros de la fuente de alimentación, donde también puede descargar el programa para calcular la fuente de alimentación teniendo en cuenta las características de los programas de música reproducidos. El programa funciona sin instalación en el sistema, solo descomprime el archivo. Los resultados del programa se guardan en un archivo de texto que aparece en la carpeta donde se encuentra el programa de cálculo. Las capturas de pantalla del programa se muestran en las figuras 4 y 5.

Figura 4. Introducción de datos en el programa de cálculo

Los cálculos se realizaron para la fuente de alimentación ensamblada de acuerdo con el esquema que se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Fuente de alimentación UMZCH. Resultados de calculo

Por lo tanto, para un amplificador de doble canal de 50W con una carga de 4Ω, se requiere un transformador de 55W. Bobinado secundario con un punto medio con voltajes de 2 * 26.5V con una corriente de carga de 1A. A partir de estas consideraciones, debe elegir un transformador para UMZCH.

Parece que el transformador resultó ser bastante débil. Pero, si lee cuidadosamente el artículo mencionado anteriormente, entonces todo encaja: el autor dice de manera convincente qué criterios deben tenerse en cuenta al calcular la fuente de alimentación UMZCH.

Aquí puede hacer inmediatamente una contrapregunta: "¿Y si la potencia del transformador en cuestión será mayor que el cálculo?". Sí, no pasará nada malo, solo el transformador funcionará a medias, no se tensará particularmente y se calentará mucho. Naturalmente, los voltajes de salida del transformador deben ser los mismos que los calculados.

Potencia total del transformador.

No es difícil notar que cuanto más poderoso es el transformador, mayor es su tamaño y peso. Y esto no es para nada sorprendente, porque existe la potencia total de un transformador. En otras palabras, cuanto más grande y pesado sea el transformador, mayor será su potencia, mayor será la potencia de la carga conectada al devanado secundario.

Cálculo de la potencia total mediante la fórmula.

Para determinar la potencia general del transformador, es suficiente medir las dimensiones geométricas del núcleo con una regla simple y luego, con una precisión aceptable, calcular todo utilizando una fórmula simplificada.

P = 1.3 * Sc * Entonces,

donde P es la potencia total, Sc = a * b es el área central, entonces = c * h es el área de la ventana. Los posibles tipos de núcleos se muestran en la Figura 5. Los núcleos ensamblados de acuerdo con el esquema HL se denominan blindados, mientras que los núcleos submarinos se denominan núcleos.

Figura 6. Tipos de núcleos de transformador

En los libros de texto de ingeniería eléctrica, la fórmula para calcular la potencia general es asombrosa y mucho más larga. En la fórmula simplificada, se aceptan las siguientes condiciones que son inherentes a la mayoría de los transformadores de red, solo algunos valores promediados.

Se cree que la eficiencia del transformador es 0.9, la frecuencia de la tensión de red es 50 Hz, la densidad de corriente en los devanados es 3.5 A / mm2 y la inducción magnética es 1.2 T. Además, el factor de relleno de cobre es 0.4, y el factor de relleno de acero es 0.9. Todos estos valores están incluidos en la fórmula "real" para calcular la potencia total. Como cualquier otra fórmula simplificada, esta fórmula puede dar un resultado con un error del cincuenta por ciento, tal es el precio pagado por simplificar el cálculo.

Aquí es suficiente recordar al menos la eficiencia del transformador: cuanto mayor es la potencia total, mayor es la eficiencia. Por lo tanto, los transformadores con una potencia de 10 ... 20 W tienen una eficiencia de 0.8, y los transformadores de 100 ... 300 W y más tienen una eficiencia de 0.92 ... 0.95. Dentro de los mismos límites, pueden variar otras cantidades que forman parte de la fórmula "real".

La fórmula, por supuesto, es bastante simple, pero hay tablas en los directorios donde "todo ya está calculado para nosotros". Así que no te compliques la vida y aprovecha un producto terminado.

Figura 7. Tabla para determinar la potencia total del transformador. Valores calculados para 50Hz

El tercer dígito en la marca del núcleo del submarino indica el parámetro h - la altura de la ventana, como se muestra en la Figura 6.

Además de la potencia general, la tabla también tiene un parámetro tan importante como el número de vueltas por voltio. Además, se observa este patrón: cuanto mayor es el tamaño del núcleo, menor es el número de vueltas por voltio. Para el devanado primario, este número se indica en la penúltima columna de la tabla. La última columna indica el número de vueltas por voltio para los devanados secundarios, que es ligeramente mayor que en el devanado primario.

Esta diferencia se debe al hecho de que el devanado secundario está ubicado más lejos del núcleo (núcleo) del transformador y está en un campo magnético debilitado que el devanado primario. Para compensar este debilitamiento, es necesario aumentar ligeramente el número de vueltas de los devanados secundarios. Aquí, un cierto coeficiente empírico entra en vigencia: si a una corriente en el devanado secundario de 0.2 ... 0.5 A el número de vueltas se multiplica por un factor de 1.02, entonces para corrientes de 2 ... 4 A el coeficiente aumenta a 1.06.

Cómo determinar el número de vueltas por voltio

Muchas fórmulas en ingeniería eléctrica son empíricas, obtenidas por el método de numerosos experimentos, así como por ensayo y error. Una de estas fórmulas es la fórmula para calcular el número de vueltas por voltio en el devanado primario del transformador. La fórmula es bastante simple:

ω = 44 / S

aquí, todo parece ser claro y simple: ω es el número deseado de vueltas / voltios, S es el área central en centímetros cuadrados, pero 44 es, como dicen algunos autores, un coeficiente constante.

Otros autores sustituyen 40 o incluso 50 en la fórmula del "coeficiente constante". Entonces, ¿quién tiene razón y quién no?

Para responder a esta pregunta, la fórmula debe ser ligeramente transformada, en lugar del "coeficiente constante" sustituya la letra, bueno, al menos K.

ω = K / S,

Luego, en lugar de un coeficiente constante, se obtiene una variable o, como dicen los programadores, una variable. Esta variable puede tomar varios valores, naturalmente, hasta cierto punto. La magnitud de esta variable depende del diseño del núcleo y del grado del acero del transformador. Por lo general, la variable K está en el rango de 35 ... 60. Los valores más pequeños de este coeficiente conducen a un modo de operación más estricto del transformador, pero facilitan el devanado debido a menos vueltas.

Si el transformador está diseñado para funcionar en equipos de audio de alta calidad, entonces K se elige lo más alto posible, generalmente 60.Esto ayudará a eliminar la interferencia con la frecuencia de la red proveniente del transformador de potencia.

Ahora puede consultar la tabla que se muestra en la Figura 7. Hay un núcleo ШЛ32X64 con un área de 18.4 cm2. La penúltima columna de la tabla indica el número de vueltas por voltio para el devanado primario. Para hierro, ШЛ32X64 es 1.8 vueltas / V. Para saber qué valor K utilizaron los desarrolladores para calcular este transformador, es suficiente hacer un cálculo simple:

K = ω * S = 1.8 * 18.4 = 33.12

Un coeficiente tan pequeño sugiere que la calidad del transformador de hierro es buena o simplemente busca ahorrar cobre.

Sí, la mesa está bien. Si hay un deseo, tiempo, núcleo y cable de devanado, solo queda enrollar los manguitos y enrollar el transformador requerido. Es aún mejor si puede comprar un transformador adecuado o obtenerlo de sus propias reservas "estratégicas".

Transformadores industriales

Érase una vez, la industria soviética produjo toda una serie de transformadores de pequeño tamaño: TA, TAN, TN y CCI. Estas abreviaturas se descifran como transformador anódico, filamento anódico, filamento y transformador para alimentar equipos semiconductores. Ese es el transformador de la marca TPP que puede ser el más adecuado para el amplificador considerado anteriormente. Los transformadores de este modelo están disponibles con una capacidad de 1.65 ... 200W.

Con una potencia nominal de 55 W, un transformador TPP-281-127 / 220-50 con una potencia de 72 W es bastante adecuado. A partir de la designación, se puede entender que este es un transformador para alimentar equipos semiconductores, número de serie de desarrollo 281, voltaje de bobinado primario 127 / 220V, frecuencia de red 50Hz. El último parámetro es bastante importante, considerando que los transformadores del CCI también están disponibles a una frecuencia de 400 Hz.

Figura 8. Parámetros del transformador ТПП-281-127 / 220-50

La corriente primaria está indicada para voltajes 127 / 220V. La siguiente tabla muestra los voltajes y corrientes de los devanados secundarios, así como los cables del transformador a los que se sueldan estos devanados. El esquema de toda la variedad de transformadores CCI es uno: todos los mismos devanados, todos los mismos números de pin. Estos son solo los voltajes y las corrientes de los devanados para todos los modelos de transformadores que son diferentes, lo que le permite elegir un transformador para cualquier ocasión.

La siguiente figura muestra el diagrama eléctrico del transformador.

Figura 9. Circuito eléctrico de transformadores CCI

Para una unidad de fuente de alimentación de un amplificador de dos canales con una potencia de 50W, un ejemplo del cálculo del cual se dio justo arriba, se requiere un transformador con una potencia de 55W. Bobinado secundario con un punto medio con voltajes de 2 * 26.5V con una corriente de carga de 1A. Es bastante obvio que para obtener tales voltajes, será necesario conectar los devanados en fase de 10 y 20 V, y el devanado en fase de 2.62 V

10 + 20-2.62 = 27.38V,

lo cual es casi consistente con el cálculo. Hay dos de estos devanados, que están conectados en serie en uno con el punto medio. La conexión del devanado se muestra en la Figura 10.

Figura 10. Conexión de los devanados del transformador ТПП-281-127 / 220-50

Los devanados primarios están conectados de acuerdo con la documentación técnica, aunque puede usar otros grifos, que seleccionarán con mayor precisión el voltaje de salida.

Cómo conectar los devanados secundarios

Los devanados 11-12 y 17-18 están conectados en fase: el final del devanado anterior, con el comienzo del siguiente (el comienzo de los devanados se indica con un punto). El resultado es un devanado con un voltaje de 30V, y de acuerdo con las condiciones de la tarea se requieren 26.5. Para acercarse a este valor, los devanados 19-20 están conectados a los devanados 11-12 y 17-18 en antifase. Esta conexión se muestra por la línea azul, se obtiene la mitad del devanado con un punto medio. La línea roja muestra la conexión de la otra mitad del devanado que se muestra en la Figura 5. La conexión de los puntos 19 y 21 forma el punto medio del devanado.

Bobinados en serie y paralelos.

Con una conexión en serie, es mejor si las corrientes de bobinado permitidas son iguales, la corriente de salida para dos o más bobinados será la misma.Si la corriente de uno de los devanados es menor, será la corriente de salida del devanado resultante. Este razonamiento es bueno cuando hay un diagrama de circuito de un transformador: solo suelde los puentes y mida lo que sucedió. ¿Y si no hay esquema? Esto se discutirá en el próximo artículo.

La conexión en paralelo de los devanados también está permitida. Aquí el requisito es este: el voltaje de los devanados debe ser el mismo y la conexión está en fase. En el caso del transformador TPP-281-127 / 220-50, es posible conectar dos devanados de 10 voltios (cables 11-12, 13-14), dos devanados de 20 voltios (cables 15-16, 17-18), dos devanados a 2.62V (conclusiones 19-20, 21-22). Obtenga tres devanados con corrientes 2.2A. La conexión del devanado primario se realiza de acuerdo con los datos de referencia del transformador.

Así de bien resulta si se conocen los datos del transformador. Uno de los parámetros importantes del transformador es su precio, que depende en gran medida de la imaginación y la arrogancia del vendedor.

Considerado como un ejemplo, el transformador TPP-281-127 / 220-50 de varios vendedores de Internet se ofrece a un precio de 800 ... 1440 rublos. Acuerde que será más costoso que el amplificador mismo. La solución a esta situación puede ser el uso de un transformador adecuado obtenido de equipos domésticos viejos, por ejemplo, de televisores con lámpara o computadoras viejas.

Boris Aladyshkin

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