Trasformatori per UMZCH

Uno dei progetti radio amatoriali più popolari sono amplificatori di potenza sonora UMZCH. Per l'ascolto di alta qualità di programmi musicali a casa, il più delle volte usano amplificatori stereo abbastanza potenti, da 25 a 50 W / canale.

Una potenza così grande non è affatto necessaria per ottenere un volume molto elevato: un amplificatore che funziona a metà potenza consente un suono più pulito, distorsioni in questa modalità e persino il migliore UMZCH li ha, sono quasi invisibili.

È abbastanza difficile assemblare e installare un buon potente UMZCH, ma questa affermazione è vera se l'amplificatore è assemblato da parti discrete - transistor, resistori, condensatori, diodi, forse anche amplificatori operazionali. Un tale progetto può essere realizzato da un radioamatore sufficientemente qualificato, che ha già assemblato più di uno o due amplificatori, bruciando sui primi esperimenti non un chilogrammo di potenti transistor di uscita.

I circuiti moderni evitano tali costi materiali e, soprattutto, morali. Per assemblare un UMZCH sufficientemente potente e di alta qualità, è possibile acquistare uno o due microcircuiti, aggiungere alcune parti passive ad essi, saldare tutto questo su un piccolo circuito stampato e, per favore, prima di UMZCH, che funzionerà immediatamente dopo l'accensione.

La qualità di riproduzione sarà molto buona. Naturalmente, non sarà possibile ottenere un suono "a valvole", ma molti amplificatori proprietari e, soprattutto, cinesi, rimarranno indietro. Un vivido esempio di tale soluzione al problema del suono di alta qualità può essere considerato il chip TDA7294.

La tensione di alimentazione bipolare del microcircuito ha una gamma molto ampia di ± 10 ... ± 40 V, che consente di ottenere energia dal microcircuito superiore a 50 W con un carico di 4 Ω. Se tale potenza non è richiesta, è sufficiente abbassare leggermente la tensione di alimentazione. Lo stadio di uscita dell'amplificatore è realizzato su transistor ad effetto di campo, che garantiscono una buona qualità del suono.

È molto difficile disabilitare un chip. Lo stadio di uscita ha protezione contro i cortocircuiti, inoltre è presente anche la protezione termica. Il microchip, come amplificatore, funziona in classe AB, la cui efficienza è del 66%. Pertanto, per ottenere una potenza di uscita di 50 W, sarà richiesto un alimentatore con una potenza di 50 / 0,66 = 75,757 W.

L'amplificatore assemblato è montato sul radiatore. Per ridurre le dimensioni del radiatore, non è affatto male che il calore del radiatore venga rimosso da una ventola. Per questi scopi, un dispositivo di raffreddamento per piccoli computer, ad esempio, da schede video, è abbastanza adatto. Il design dell'amplificatore è mostrato nella Figura 1.

Figura 1. Amplificatore su chip TDA7294

Va notato una piccola caratteristica del chip TDA7294. Per tutti questi microcircuiti così potenti, la parte posteriore in metallo posteriore con un foro per il fissaggio al radiatore è collegata a un filo di circuito comune. Ciò consente di fissare il chip sull'alloggiamento metallico dell'amplificatore senza una striscia isolante.

Sul chip TDA7294, questo dispositivo di fissaggio è collegato elettricamente al terminale negativo della fonte di alimentazione, terminale 15. Pertanto, è semplicemente necessaria una guarnizione isolante con pasta termoconduttiva KPT-8. È ancora meglio se il microcircuito è installato sul radiatore senza posa, solo con pasta termoconduttiva e il radiatore stesso è isolato dal corpo (filo comune) dell'amplificatore.

Figura 2. Circuito di commutazione tipico TDA7294

Si può dire molto sugli amplificatori sul chip TDA7294 e quelle poche righe che sono state scritte sopra non pretendono affatto di essere informazioni complete. Questo amplificatore è menzionato solo per mostrare quanta potenza potrebbe servire un trasformatore, come determinare i suoi parametri, perché l'articolo si chiama "Transformers for UMZCH".

Accade spesso che la costruzione inizi con la creazione di prototipi, la cui potenza viene prodotta dall'alimentazione del laboratorio. Se lo schema si è rivelato efficace, inizia tutto il resto del lavoro di "carpenteria": viene realizzato il caso o viene utilizzato uno adatto da un dispositivo industriale simile. Nello stesso stadio viene prodotto l'alimentatore e viene selezionato un trasformatore adatto.

Quindi che tipo di trasformatore è necessario?

È stato calcolato un po 'più in alto che l'alimentazione dovrebbe essere di almeno 75 watt, e questo è solo per un canale. Ma dove puoi trovare un amplificatore monofonico ora? Ora questo è almeno un dispositivo a due canali. Pertanto, per l'opzione stereo, è necessario un trasformatore con una potenza di almeno centocinquanta watt. In realtà, questo non è del tutto vero.

Una potenza così grande può essere richiesta solo se viene amplificato un segnale sinusoidale: basta alimentare una sinusoide all'ingresso e sedersi, ascoltare. Ma è improbabile che ascoltare a lungo un ronzio monotono e triste sia un piacere. Pertanto, le persone normali ascoltano più spesso musica o guardano film con audio. È qui che influisce la differenza tra il segnale musicale e l'onda sinusoidale pura.

Un vero segnale musicale non è una sinusoide, ma una combinazione di grandi picchi a breve termine e segnali a lungo termine di bassa potenza, quindi la potenza media consumata dalla fonte di energia è molto inferiore.

Figura 3. Potenza sonora effettiva. Livelli medi (linea gialla) di segnali sonori sinusoidali e reali agli stessi livelli massimi

Come calcolare l'alimentatore UMZCH

La metodologia per il calcolo dell'alimentatore è riportata nell'articolo "Calcolo dell'alimentatore per l'amplificatore di potenza", che si trova al link,

L'articolo fornisce considerazioni sulla scelta dei parametri dell'alimentatore, in cui è anche possibile scaricare un programma per il calcolo dell'alimentatore tenendo conto delle caratteristiche dei programmi musicali riprodotti. Il programma funziona senza installazione nel sistema, basta decomprimere l'archivio. I risultati del programma vengono salvati in un file di testo che appare nella cartella in cui si trova il programma di calcolo. Le schermate del programma sono mostrate nelle figure 4 e 5.

Figura 4. Immissione dei dati nel programma di calcolo

I calcoli sono stati eseguiti per l'alimentatore assemblato secondo lo schema mostrato in Figura 5.

Figura 5. Alimentatore UMZCH. Risultati del calcolo

Pertanto, per un amplificatore a doppio canale da 50 W con un carico di 4 Ω, è necessario un trasformatore da 55 W. Avvolgimento secondario con punto medio con tensioni di 2 * 26,5 V con una corrente di carico di 1A. Da queste considerazioni, è necessario scegliere un trasformatore per UMZCH.

Sembrerebbe che il trasformatore si sia rivelato piuttosto debole. Ma, se leggi attentamente l'articolo menzionato sopra, allora tutto va a posto: l'autore in modo abbastanza convincente dice quali criteri dovrebbero essere presi in considerazione nel calcolo dell'alimentatore UMZCH.

Qui puoi immediatamente porre la contro domanda: "E se la potenza del trasformatore a portata di mano sarà maggiore del calcolo?". Sì, non accadrà nulla di brutto, solo il trasformatore funzionerà a cuor leggero, non si sforzerà particolarmente e diventerà molto caldo. Naturalmente, le tensioni di uscita del trasformatore dovrebbero essere le stesse calcolate.

Potenza complessiva del trasformatore

Non è difficile notare che più potente è il trasformatore, maggiori sono le sue dimensioni e il suo peso. E questo non è affatto sorprendente, perché esiste una cosa come la potenza complessiva di un trasformatore. In altre parole, più grande e pesante è il trasformatore, maggiore è la sua potenza, maggiore è la potenza del carico collegato all'avvolgimento secondario.

Calcolo della potenza complessiva mediante la formula

Per determinare la potenza complessiva del trasformatore, è sufficiente misurare le dimensioni geometriche del nucleo con un semplice righello, quindi, con una precisione accettabile, calcolare tutto utilizzando una formula semplificata.

P = 1.3 * Sc * Quindi,

dove P è la potenza complessiva, Sc = a * b è l'area centrale, quindi = c * h è l'area della finestra. I possibili tipi di nuclei sono mostrati nella Figura 5. I nuclei assemblati secondo lo schema HL sono chiamati corazzati, mentre i nuclei sottomarini sono chiamati core.

Figura 6. Tipi di nuclei del trasformatore

Nei libri di testo di ingegneria elettrica, la formula per calcolare la potenza complessiva è eccezionale e molto più lunga. Nella formula semplificata, vengono accettate le seguenti condizioni inerenti alla maggior parte dei trasformatori di rete, solo alcuni valori medi.

Si ritiene che l'efficienza del trasformatore sia 0,9, la frequenza della tensione di rete sia 50 Hz, la densità di corrente negli avvolgimenti sia 3,5 A / mm2 e l'induzione magnetica sia 1,2 T. Inoltre, il fattore di riempimento del rame è 0,4 e il fattore di riempimento dell'acciaio è 0,9. Tutti questi valori sono inclusi nella formula "reale" per il calcolo della potenza complessiva. Come qualsiasi altra formula semplificata, questa formula può dare un risultato con un errore del cinquanta percento, ad esempio il prezzo pagato per semplificare il calcolo.

Qui è sufficiente ricordare almeno l'efficienza del trasformatore: maggiore è la potenza complessiva, maggiore è l'efficienza. Quindi i trasformatori con una potenza di 10 ... 20 W hanno un'efficienza di 0,8 e i trasformatori da 100 a 300 W e superiori hanno un'efficienza di 0,92 ... 0,95. Entro gli stessi limiti, altre quantità che fanno parte della formula "reale" possono variare.

La formula, ovviamente, è abbastanza semplice, ma ci sono tabelle nelle directory in cui "tutto è già calcolato per noi". Quindi non complicarti la vita e approfitta di un prodotto finito.

Figura 7. Tabella per la determinazione della potenza complessiva del trasformatore. Valori calcolati per 50Hz

La terza cifra nella marcatura del nucleo del sottomarino indica il parametro h - l'altezza della finestra, come mostrato nella Figura 6.

Oltre alla potenza complessiva, la tabella ha anche un parametro così importante come il numero di giri per volt. Inoltre, si osserva un tale schema: maggiore è la dimensione del nucleo, minore è il numero di giri per volt. Per l'avvolgimento primario, questo numero è indicato nella penultima colonna della tabella. L'ultima colonna indica il numero di giri per volt per gli avvolgimenti secondari, che è leggermente più grande rispetto all'avvolgimento primario.

Questa differenza è dovuta al fatto che l'avvolgimento secondario si trova più lontano dal nucleo (nucleo) del trasformatore e si trova in un campo magnetico indebolito rispetto all'avvolgimento primario. Per compensare questo indebolimento, è necessario aumentare leggermente il numero di giri degli avvolgimenti secondari. Qui entra in vigore un certo coefficiente empirico: se ad una corrente nell'avvolgimento secondario di 0,2 ... 0,5 A il numero di giri viene moltiplicato per un fattore di 1,02, quindi per correnti di 2 ... 4 A il coefficiente aumenta a 1,06.

Come determinare il numero di giri per volt

Molte formule nell'ingegneria elettrica sono empiriche, ottenute con il metodo di numerosi esperimenti, nonché prove ed errori. Una di queste formule è la formula per calcolare il numero di giri per volt nell'avvolgimento primario del trasformatore. La formula è abbastanza semplice:

ω = 44 / S

qui, tutto sembra essere chiaro e semplice: ω è il numero desiderato di giri / volt, S è l'area centrale in centimetri quadrati, ma 44 è, come dicono alcuni autori, un coefficiente costante.

Altri autori sostituiscono 40 o addirittura 50 in questa formula "coefficiente costante". Chi ha ragione e chi no?

Per rispondere a questa domanda, la formula dovrebbe essere leggermente trasformata, invece del "coefficiente costante" sostituire la lettera, beh, almeno K.

ω = K / S,

Quindi invece di un coefficiente costante, si ottiene una variabile o, come dicono i programmatori, una variabile. Questa variabile può assumere vari valori, naturalmente, in una certa misura. L'entità di questa variabile dipende dal design del nucleo e dal grado di acciaio del trasformatore. Di solito la variabile K è nell'intervallo 35 ... 60. Valori più piccoli di questo coefficiente portano a una modalità di funzionamento più rigorosa del trasformatore, ma facilitano l'avvolgimento a causa di meno giri.

Se il trasformatore è progettato per funzionare con apparecchiature audio di alta qualità, allora K viene scelto il più in alto possibile, di solito 60.Ciò consentirà di eliminare le interferenze con la frequenza della rete proveniente dal trasformatore di potenza.

Ora puoi fare riferimento alla tabella mostrata nella Figura 7. C'è un nucleo ШЛ32X64 con un'area di 18,4 cm2. La penultima colonna della tabella indica il numero di giri per volt per l'avvolgimento primario. Per il ferro, ШЛ32X64 è 1,8 giri / V. Per scoprire quale valore K è stato utilizzato dagli sviluppatori durante il calcolo di questo trasformatore, è sufficiente fare un semplice calcolo:

K = ω * S = 1.8 * 18.4 = 33.12

Un coefficiente così piccolo suggerisce che la qualità del ferro del trasformatore è buona o semplicemente cercata di risparmiare rame.

Sì, il tavolo è buono. Se c'è un desiderio, tempo, nucleo e filo per avvolgimento, non resta che rimboccarsi le maniche e avvolgere il trasformatore richiesto. È ancora meglio se puoi acquistare un trasformatore adatto o ottenerlo dalle tue riserve "strategiche".

Trasformatori industriali

C'era una volta l'industria sovietica che produceva tutta una serie di trasformatori di piccole dimensioni: TA, TAN, TN e CCI. Queste abbreviazioni sono decifrate come trasformatore di anodo, filamento di anodo, filamento e trasformatore per alimentare apparecchiature a semiconduttore. Questo è il trasformatore del marchio TPP che può essere il più adatto per l'amplificatore considerato sopra. I trasformatori di questo modello sono disponibili con una capacità di 1,65 ... 200 W.

Con una potenza nominale di 55 W, un trasformatore TPP-281-127 / 220-50 con una potenza di 72 W è abbastanza adatto. Dalla designazione, si può capire che si tratta di un trasformatore per l'alimentazione di apparecchiature a semiconduttore, numero di serie di sviluppo 281, tensione di avvolgimento primaria 127 / 220V, frequenza di rete 50Hz. L'ultimo parametro è abbastanza importante, considerando che i trasformatori del CCI sono disponibili anche con una frequenza di 400 Hz.

Figura 8. Parametri del trasformatore ТПП-281-127 / 220-50

La corrente primaria è indicata per tensioni 127 / 220V. La tabella seguente mostra le tensioni e le correnti degli avvolgimenti secondari, nonché i conduttori del trasformatore a cui sono saldati questi avvolgimenti. Lo schema dell'intera varietà di trasformatori CCI è uno: tutti gli stessi avvolgimenti, tutti gli stessi numeri di pin. Qui sono solo le tensioni e le correnti degli avvolgimenti per tutti i modelli di trasformatori diversi, che consente di scegliere un trasformatore per ogni occasione.

La figura seguente mostra lo schema elettrico del trasformatore.

Figura 9. Circuito elettrico dei trasformatori CCI

Per un'unità di alimentazione di un amplificatore a due canali con una potenza di 50 W, un esempio del cui calcolo è stato fornito appena sopra, è necessario un trasformatore con una potenza di 55 W. Avvolgimento secondario con punto medio con tensioni di 2 * 26,5 V con una corrente di carico di 1A. È abbastanza ovvio che per ottenere tali tensioni, sarà necessario collegare gli avvolgimenti in fase di 10 e 20 V e in antifase l'avvolgimento è di 2,62 V

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

che è quasi coerente con il calcolo. Esistono due di questi avvolgimenti, che sono collegati in serie in uno con il punto medio. La connessione dell'avvolgimento è mostrata nella Figura 10.

Figura 10. Collegamento degli avvolgimenti del trasformatore ТПП-281-127 / 220-50

Gli avvolgimenti primari sono collegati in conformità con la documentazione tecnica, sebbene sia possibile utilizzare altri rubinetti, che selezioneranno più accuratamente la tensione di uscita.

Come collegare gli avvolgimenti secondari

Gli avvolgimenti 11-12 e 17-18 sono collegati in fase - la fine dell'avvolgimento precedente, con l'inizio del successivo (l'inizio degli avvolgimenti è indicato da un punto). Il risultato è un avvolgimento con una tensione di 30 V e in base alle condizioni dell'attività sono necessari 26,5. Per avvicinarsi a questo valore, gli avvolgimenti 19-20 sono collegati agli avvolgimenti 11-12 e 17-18 in antifase. Questa connessione è mostrata dalla linea blu, si ottiene una metà dell'avvolgimento con un punto medio. La linea rossa mostra la connessione dell'altra metà dell'avvolgimento mostrato nella Figura 5. La connessione dei punti 19 e 21 costituisce il punto medio dell'avvolgimento.

Serie e avvolgimenti paralleli

Con una connessione in serie, è meglio se le correnti ammissibili degli avvolgimenti sono uguali, la corrente di uscita per due o più avvolgimenti sarà la stessa.Se la corrente di uno degli avvolgimenti è inferiore, sarà la corrente di uscita dell'avvolgimento risultante. Questo ragionamento è buono quando c'è uno schema circuitale di un trasformatore: basta saldare i ponticelli e misurare ciò che è successo. E se non esiste uno schema? Questo sarà discusso nel prossimo articolo.

È consentita anche la connessione parallela degli avvolgimenti. Qui il requisito è questo: la tensione degli avvolgimenti deve essere la stessa e la connessione è in fase. Nel caso del trasformatore TPP-281-127 / 220-50, è possibile collegare due avvolgimenti da 10 volt (conduttori 11-12, 13-14), due avvolgimenti da 20 volt (conduttori 15-16, 17-18), due avvolgimenti a 2,62 V (conclusioni 19-20, 21-22). Ottieni tre avvolgimenti con correnti 2.2A. Il collegamento dell'avvolgimento primario viene effettuato in base ai dati di riferimento del trasformatore.

Ecco come risulta se i dati del trasformatore sono noti. Uno dei parametri importanti del trasformatore è il suo prezzo, che dipende in larga misura dall'immaginazione e dall'arroganza del venditore.

Considerato come esempio, il trasformatore TPP-281-127 / 220-50 di vari venditori su Internet è offerto ad un prezzo di 800 ... 1440 rubli! Concordo sul fatto che sarà più costoso dell'amplificatore stesso. La via d'uscita da questa situazione può essere l'uso di un trasformatore adatto ottenuto da vecchie apparecchiature domestiche, ad esempio da televisori a lampada o vecchi computer.

Boris Aladyshkin

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