Transformers voor UMZCH

Een van de meest populaire amateurradioontwerpen is geluidsversterkers UMZCH. Voor thuis luisteren naar muziekprogramma's van hoge kwaliteit, gebruiken ze meestal vrij krachtige, 25 ... 50 W / kanaal, meestal stereoversterkers.

Zo'n groot vermogen is helemaal niet nodig om een ​​zeer hoog volume te krijgen: een versterker die op de helft van het vermogen werkt, zorgt voor een schoner geluid, vervormingen in deze modus, en zelfs de beste UMZCH heeft ze, ze zijn bijna onzichtbaar.

Het is vrij moeilijk om een ​​goede krachtige UMZCH te monteren en in te stellen, maar deze verklaring is waar als de versterker is samengesteld uit afzonderlijke onderdelen - transistors, weerstanden, condensatoren, diodes, misschien zelfs operationele versterkers. Een dergelijk ontwerp kan worden gedaan door een voldoende gekwalificeerde radioamateur, die al meer dan een of twee versterkers heeft geassembleerd en bij de eerste experimenten niet één kilogram krachtige uitgangstransistors verbrandt.

Moderne schakelingen vermijden dergelijk materiaal, en vooral morele kosten. Om een ​​voldoende krachtige en hoogwaardige UMZCH te assembleren, kunt u een of twee microschakelingen kopen, een paar passieve onderdelen toevoegen, dit alles op een kleine printplaat solderen, en alstublieft, voordat u UMZCH, dat onmiddellijk na het inschakelen zal werken.

De afspeelkwaliteit is erg goed. Het is natuurlijk niet mogelijk om een ​​"buisgeluid" te krijgen, maar veel eigen, en vooral Chinese versterkers, blijven achter. Een levendig voorbeeld van een dergelijke oplossing voor het probleem van geluid van hoge kwaliteit kan worden beschouwd als de chip TDA7294.

De bipolaire voedingsspanning van de microcircuit heeft een zeer groot bereik van ± 10 ... ± 40V, waarmee u stroom van de microcircuit van meer dan 50W kunt krijgen bij een belasting van 4Ω. Als een dergelijk vermogen niet nodig is, verlaagt u de voedingsspanning gewoon een beetje. De uitgangstrap van de versterker is gemaakt op veldeffecttransistors, wat zorgt voor een goede geluidskwaliteit.

Het is heel moeilijk om een ​​chip uit te schakelen. De uitgangstrap heeft bescherming tegen kortsluiting, daarnaast is er ook thermische bescherming. De chip werkt als versterker in klasse AB, waarvan de efficiëntie 66% is. Om een ​​uitgangsvermogen van 50 W te verkrijgen, is daarom een ​​voeding nodig met een vermogen van 50 / 0.66 = 75.757 W.

De geassembleerde versterker is op de radiator gemonteerd. Om de afmetingen van de radiator te verminderen, is het helemaal niet erg dat de warmte van de radiator wordt verwijderd door een ventilator. Voor deze doeleinden is een kleine computerkoeler, bijvoorbeeld van videokaarten, zeer geschikt. Het ontwerp van de versterker is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. Versterker op TDA7294-chip

Opgemerkt moet worden een klein kenmerk van de TDA7294-chip. Voor al dergelijke krachtige microschakelingen is de metalen achterkant met een gat voor bevestiging aan de radiator verbonden met een gemeenschappelijke circuitdraad. Hiermee kunt u de chip op de metalen behuizing van de versterker bevestigen zonder een isolerende strip.

Op de TDA7294-chip is dit bevestigingsmiddel elektrisch verbonden met de negatieve aansluiting van de voedingsbron, aansluiting 15. Daarom is een isolerende pakking met warmtegeleidende pasta KPT-8 eenvoudig noodzakelijk. Nog beter, als de microcircuit op de radiator wordt geïnstalleerd zonder te leggen, alleen met warmtegeleidende pasta, en de radiator zelf is geïsoleerd van het lichaam (gemeenschappelijke draad) van de versterker.

Figuur 2. Typisch TDA7294 schakelcircuit

Er kan veel worden gezegd over de versterkers op de TDA7294-chip, en die paar regels die hierboven zijn geschreven, doen helemaal niet alsof ze volledige informatie zijn. Deze versterker wordt alleen genoemd om te laten zien hoeveel vermogen een transformator nodig heeft, hoe de parameters ervan kunnen worden bepaald, omdat het artikel "Transformers voor UMZCH" wordt genoemd.

Het gebeurt vaak dat de constructie begint met het maken van prototypes, waarvan de stroom wordt geproduceerd door de laboratoriumvoeding. Als het schema succesvol bleek te zijn, begint al de rest van het “timmerwerk” -werk: de zaak wordt gemaakt of een geschikte uit een soortgelijk industrieel apparaat wordt gebruikt. In dezelfde fase wordt de voeding geproduceerd en wordt een geschikte transformator geselecteerd.

Dus wat voor soort transformator is nodig?

Er werd iets hoger berekend dat de voeding minimaal 75 watt moet zijn, en dit is voor slechts één kanaal. Maar waar kun je nu een monofone versterker vinden? Nu is dit minimaal een tweekanaals apparaat. Daarom is voor de stereo-optie een transformator met een vermogen van minimaal honderdvijftig watt vereist. In feite is dit niet helemaal waar.

Zo'n groot vermogen kan alleen nodig zijn als een sinusvormig signaal wordt versterkt: voer gewoon een sinusoïde naar de ingang en zit, luister. Maar lang luisteren naar een monotone treurzucht is onwaarschijnlijk een plezier. Daarom luisteren normale mensen vaker naar muziek of kijken ze films met geluid. Dit is waar het verschil tussen het muzikale signaal en de zuivere sinusgolf van invloed is.

Een echt muzikaal signaal is geen sinusoïde, maar een combinatie van grote kortetermijnpieken en langetermijnsignalen met laag vermogen, waardoor het gemiddelde stroomverbruik van de stroombron veel minder is.

Figuur 3. Werkelijke geluidssterkte. Middenniveaus (gele lijn) van sinusvormige en echte geluidssignalen op dezelfde maximale niveaus

Hoe de voeding UMZCH te berekenen

De methodologie voor het berekenen van de voeding wordt gegeven in het artikel "Berekening van de voeding voor de eindversterker", die te vinden is op de link,

Het artikel bevat overwegingen bij het kiezen van de parameters van de voeding, waar u ook het programma kunt downloaden voor het berekenen van de voeding, rekening houdend met de kenmerken van gereproduceerde muziekprogramma's. Het programma werkt zonder installatie in het systeem, pak het archief uit. De resultaten van het programma worden opgeslagen in een tekstbestand dat verschijnt in de map waarin het berekeningsprogramma zich bevindt. Screenshots van het programma worden getoond in figuur 4 en 5.

Figuur 4. Gegevens invoeren in het rekenprogramma

De berekeningen zijn uitgevoerd voor de stroomvoorziening volgens het schema in figuur 5.

Figuur 5. Voeding UMZCH. Berekeningsresultaten

Voor een 50W tweekanaals versterker met een belasting van 4Ω is dus een transformator van 55 W vereist. Secundaire wikkeling met een middelpunt met spanningen van 2 * 26.5V met een laadstroom van 1A. Uit deze overwegingen moet u een transformator voor UMZCH kiezen.

Het lijkt erop dat de transformator nogal zwak bleek te zijn. Maar als u het hierboven genoemde artikel aandachtig leest, valt alles op zijn plaats: de auteur vertelt overtuigend genoeg met welke criteria rekening moet worden gehouden bij de berekening van de UMZCH-voeding.

Hier kunt u meteen een tegenvraag stellen: "En of het vermogen van de transformator bij de hand groter is dan de berekening?". Ja, er zal niets ergs gebeuren, alleen de transformator werkt halfslachtig, zal niet bijzonder belasten en erg heet worden. Uiteraard moeten de uitgangsspanningen van de transformator dezelfde zijn als die welke zijn berekend.

Algeheel vermogen van de transformator

Het is niet moeilijk om op te merken dat hoe krachtiger de transformator, hoe groter zijn omvang en gewicht. En dit is helemaal niet verrassend, want er is zoiets als de algehele kracht van een transformator. Met andere woorden, hoe groter en zwaarder de transformator, hoe groter zijn vermogen, hoe groter het vermogen van de belasting die is verbonden met de secundaire wikkeling.

Berekening van het totale vermogen door de formule

Om het totale vermogen van de transformator te bepalen, volstaat het om de geometrische afmetingen van de kern te meten met een eenvoudige liniaal en vervolgens, met acceptabele nauwkeurigheid, alles te berekenen met behulp van een vereenvoudigde formule.

P = 1.3 * Sc * Dus,

waar P het totale vermogen is, is Sc = a * b het kerngebied, dus = c * h is het venstergebied. Mogelijke typen kernen worden weergegeven in figuur 5. Kernen die zijn samengesteld volgens het HL-schema worden gepantserd genoemd, terwijl onderzeese kernen kern worden genoemd.

Figuur 6. Typen transformatorkernen

In de studieboeken van elektrotechniek is de formule voor het berekenen van het totale vermogen geweldig en veel langer. In de vereenvoudigde formule worden de volgende voorwaarden geaccepteerd die inherent zijn aan de meeste netwerktransformatoren, slechts enkele gemiddelde waarden.

Er wordt aangenomen dat het rendement van de transformator 0,9 is, de frequentie van de netspanning 50 Hz is, de stroomdichtheid in de wikkelingen 3,5 A / mm2 is en de magnetische inductie 1,2 T. Verder is de kopervulfactor 0,4 en de staalvulfactor 0,9. Al deze waarden zijn opgenomen in de "echte" formule voor het berekenen van het totale vermogen. Zoals elke andere vereenvoudigde formule, kan deze formule een resultaat geven met een fout van vijftig procent, zoals de betaalde prijs voor het vereenvoudigen van de berekening.

Hier is het voldoende om ten minste de efficiëntie van de transformator te herinneren: hoe groter het totale vermogen, hoe hoger de efficiëntie. Transformatoren met een vermogen van 10 ... 20 W hebben dus een rendement van 0,8, en transformatoren 100 ... 300 W en hoger hebben een rendement van 0,92 ... 0,95. Binnen dezelfde limieten kunnen andere hoeveelheden die deel uitmaken van de 'echte' formule variëren.

De formule is natuurlijk vrij eenvoudig, maar er zijn tabellen in de mappen waar 'alles al voor ons is berekend'. Maak uw leven dus niet ingewikkelder en profiteer van een afgewerkt product.

Figuur 7. Tabel voor het bepalen van het totale vermogen van de transformator. Waarden berekend voor 50Hz

Het derde cijfer in de markering van de kern van de onderzeeër geeft de parameter h aan - de hoogte van het venster, zoals weergegeven in figuur 6.

Naast het totale vermogen heeft de tabel ook een belangrijke parameter als het aantal windingen per volt. Bovendien wordt een dergelijk patroon waargenomen: hoe groter de kerngrootte, hoe kleiner het aantal windingen per volt. Voor de primaire wikkeling wordt dit nummer aangegeven in de voorlaatste kolom van de tabel. De laatste kolom geeft het aantal windingen per volt voor de secundaire wikkelingen aan, dat iets groter is dan in de primaire wikkeling.

Dit verschil is te wijten aan het feit dat de secundaire wikkeling zich verder van de kern (kern) van de transformator bevindt en zich in een verzwakt magnetisch veld bevindt dan de primaire wikkeling. Om deze verzwakking te compenseren, is het noodzakelijk om het aantal windingen van de secundaire wikkelingen enigszins te verhogen. Hier treedt een bepaalde empirische coëfficiënt in werking: als bij een stroom in de secundaire wikkeling van 0,2 ... 0,5 A het aantal windingen met een factor 1,02 wordt vermenigvuldigd, neemt de stroomcoëfficiënt voor stromen van 2 ... 4 A toe tot 1,06.

Hoe het aantal windingen per volt te bepalen

Veel formules in de elektrotechniek zijn empirisch, verkregen door de methode van talloze experimenten, evenals vallen en opstaan. Een van deze formules is de formule voor het berekenen van het aantal windingen per volt in de primaire wikkeling van de transformator. De formule is vrij eenvoudig:

ω = 44 / S

hier lijkt alles duidelijk en eenvoudig: ω is het gewenste aantal windingen / volt, S is het kerngebied in vierkante centimeters, maar 44 is, zoals sommige auteurs zeggen, een constante coëfficiënt.

Andere auteurs vervangen 40 of zelfs 50 in de formule "constante coëfficiënt". Dus wie heeft gelijk en wie niet?

Om deze vraag te beantwoorden, moet de formule enigszins worden getransformeerd, in plaats van de "constante coëfficiënt" die de letter vervangt, nou ja, ten minste K.

ω = K / S,

Dan wordt in plaats van een constante coëfficiënt een variabele verkregen, of, zoals programmeurs zeggen, een variabele. Deze variabele kan natuurlijk tot op zekere hoogte verschillende waarden aannemen. De grootte van deze variabele hangt af van het kernontwerp en de kwaliteit van transformatiestaal. Gewoonlijk ligt de variabele K in het bereik van 35 ... 60. Kleinere waarden van deze coëfficiënt leiden tot een strengere werkingsmodus van de transformator, maar vergemakkelijken wikkeling door minder windingen.

Als de transformator is ontworpen om te werken in hoogwaardige audioapparatuur, wordt K zo hoog mogelijk gekozen, meestal 60.Dit helpt bij het wegwerken van interferentie met de frequentie van het netwerk afkomstig van de transformator.

Nu kunt u de tabel in figuur 7 raadplegen. Er is een kern ШЛ32X64 met een oppervlakte van 18,4 cm2. De voorlaatste kolom van de tabel geeft het aantal windingen per volt voor de primaire wikkeling aan. Voor ijzer is ШЛ32X64 1,8 omwentelingen / V. Om erachter te komen welke grootte K de ontwikkelaars hebben gekregen bij het berekenen van deze transformator, volstaat het om een ​​eenvoudige berekening te maken:

K = ω * S = 1.8 * 18.4 = 33.12

Een dergelijke kleine coëfficiënt suggereert dat de kwaliteit van transformatorijzer goed is of eenvoudig wordt gezocht om koper te redden.

Ja, de tafel is goed. Als er een wens, tijd, kern en wikkeldraad is, blijft het alleen om de mouwen op te rollen en de vereiste transformator op te winden. Het is nog beter als u een geschikte transformator kunt kopen of deze uit uw eigen "strategische" reserves kunt halen.

Industriële transformatoren

Er was eens een Sovjetindustrie die een hele reeks kleine transformatoren produceerde: TA, TAN, TN en CCI. Deze afkortingen worden ontcijferd als, anodetransformator, anodefilament, filament en transformator voor het voeden van halfgeleiderapparatuur. Dat is de transformator van het merk TPP die misschien het meest geschikt is voor de hierboven overwogen versterker. Transformatoren van dit model zijn beschikbaar met een capaciteit van 1,65 ... 200W.

Met een nominaal vermogen van 55W is een transformator TPP-281-127 / 220-50 met een vermogen van 72W zeer geschikt. Uit de aanduiding kan worden begrepen dat dit een transformator is voor het voeden van halfgeleiderapparatuur, ontwikkelingsserienummer 281, primaire wikkelspanning 127 / 220V, netfrequentie 50Hz. De laatste parameter is vrij belangrijk, gezien het feit dat de transformatoren van de CCI ook beschikbaar zijn met een frequentie van 400 Hz.

Figuur 8. Transformatorparameters ТПП-281-127 / 220-50

Primaire stroom wordt aangegeven voor spanningen 127 / 220V. De onderstaande tabel toont de spanningen en stromen van de secundaire wikkelingen, evenals de transformatorleidingen waaraan deze wikkelingen zijn gesoldeerd. Het schema van de hele reeks CCI-transformatoren is er één: allemaal dezelfde wikkelingen, allemaal dezelfde pincodes. Hier zijn alleen de spanningen en stromen van de wikkelingen voor alle transformatormodellen verschillend, waardoor u voor elke gelegenheid een transformator kunt kiezen.

De volgende afbeelding toont het elektrische schema van de transformator.

Figuur 9. Elektrisch circuit van transformatoren CCI

Voor een voedingseenheid van een tweekanaals versterker met een vermogen van 50W, waarvan een voorbeeld werd gegeven net hierboven, is een transformator met een vermogen van 55W vereist. Secundaire wikkeling met een middelpunt met spanningen van 2 * 26.5V met een laadstroom van 1A. Het is vrij duidelijk dat om dergelijke spanningen te verkrijgen, het nodig is om in-fase wikkelingen van 10 en 20V aan te sluiten, en in antifase wikkeling 2.62V

10 + 20-2.62 = 27.38V,

wat bijna consistent is met de berekening. Er zijn twee van dergelijke wikkelingen, die in serie zijn verbonden in één met het middelpunt. De wikkelverbinding wordt getoond in figuur 10.

Figuur 10. Aansluiting van transformatorwikkelingen ТПП-281-127 / 220-50

De primaire wikkelingen zijn aangesloten in overeenstemming met de technische documentatie, hoewel u andere aftakkingen kunt gebruiken die de uitgangsspanning nauwkeuriger zullen selecteren.

Hoe de secundaire wikkelingen aan te sluiten

Wikkelingen 11-12 en 17-18 zijn in fase verbonden - het einde van de vorige wikkeling, met het begin van de volgende (het begin van de wikkelingen wordt aangegeven door een punt). Het resultaat is één wikkeling met een spanning van 30V en volgens de voorwaarden van de taak zijn 26.5 vereist. Om dichter bij deze waarde te komen, zijn wikkelingen 19-20 verbonden met wikkelingen 11-12 en 17-18 in antifase. Deze verbinding wordt weergegeven door de blauwe lijn, de helft van de wikkeling met een middelpunt wordt verkregen. De rode lijn toont de verbinding van de andere helft van de wikkeling getoond in figuur 5. De verbinding van punten 19 en 21 vormt het middelpunt van de wikkeling.

Serie en parallelle wikkelingen

Bij een serieverbinding is het het beste als de toelaatbare wikkelstromen gelijk zijn, de uitgangsstroom voor twee of meer wikkelingen hetzelfde is.Als de stroom van een van de wikkelingen minder is, is dit de uitgangsstroom van de resulterende wikkeling. Deze redenering is goed als er een schakelschema van een transformator is: soldeer de jumpers en meet wat er is gebeurd. En als er geen schema is? Dit wordt in het volgende artikel besproken.

Parallelle aansluiting van de wikkelingen is ook toegestaan. Hier is de vereiste dit: de spanning van de wikkelingen moet hetzelfde zijn en de verbinding is in fase. In het geval van de transformator TPP-281-127 / 220-50 is het mogelijk om twee 10-volt wikkelingen (kabels 11-12, 13-14), twee 20-volt wikkelingen (kabels 15-16, 17-18), twee wikkelingen aan te sluiten bij 2,62 V (conclusies 19-20, 21-22). Krijg drie wikkelingen met stromingen 2.2A. De verbinding van de primaire wikkeling wordt gemaakt in overeenstemming met de transformatorreferentiegegevens.

Dat is hoe goed het blijkt als de transformatorgegevens bekend zijn. Een van de belangrijke parameters van de transformator is de prijs, die in grote mate afhankelijk is van de verbeelding en de arrogantie van de verkoper.

Beschouwd als een voorbeeld, wordt de transformator TPP-281-127 / 220-50 van verschillende internetverkopers aangeboden tegen een prijs van 800 ... 1440 roebel! Ben het ermee eens dat het duurder zal zijn dan de versterker zelf. De uitweg uit deze situatie kan het gebruik van een geschikte transformator zijn, verkregen uit oude huishoudelijke apparatuur, bijvoorbeeld van lamp-tv's of oude computers.

Boris Aladyshkin

Lees ook over dit onderwerp:Hoe onbekende transformatorparameters te bepalen