Розрахунок вихідних трансформаторів
Призначення вихідного трансформатора
Вихідний трансформатор радіоприймача або підсилювача потрібен для узгодження вихідного опору кінцевої лампи каскаду з навантаженням, т. Е. Гучномовцем.
Якість роботи вихідного каскаду в основному характеризується величиною частотних і нелінійних спотворень.
Частотні спотворення з'являються внаслідок мінливості величини опору навантаження для різних частот.
Внаслідок нелінійності характеристик ламп кінцевого каскаду виникають нелінійні спотворення. Великий коефіцієнт нелінійних спотворень в підсилювачі нетерпимий, тому що веде за собою різке погіршення якості звучання.
Як величина корисної потужності, так і значення коефіцієнта нелінійних спотворень в великій мірі залежать від величини навантажувального опору кінцевого каскаду. При неправильному виборі величини навантаження зменшується корисна потужність, що віддається лампою, і зростає коефіцієнт спотворень. Найвигідніші значенняопорів навантаження для типових режимів конкретних ламп будуть приведені в табл.1 в наступному випуску розсилки.
Потрібна величина опору навантаження для більшості ламп становить кілька тисяч Ом. Величина ж опору звукових динамічних гучномовців виражається в одиницях ома. Тому безпосереднє включення котушки гучномовця в анодний ланцюг лампи недоцільно.
Для узгодження цих опорів я застосовують вихідні трансформатори.
Розрахунок вихідних трансформаторів
приведена принципова спрощена схема вихідного каскаду, на рис.2
зображені еквівалентні схеми цього каскаду для різних частот підсилюється сигналу. Тут R1 - внутрішній опір лампи; r1 - активний опір первинної обмотки; r2 - активний опір вторинної обмотки; Ls - індуктивність розсіювання трансформатора; R1 - приведений опір навантаження (опір з боку первинної обмотки при включенні у вторинну навантаження); La індуктивність первинної обмотки.
Розрахунок вихідного трансформатора можна розділити на дві частини: електричний розрахунок і конструктивний розрахунок (за даними електричного розрахунку).
При електричному розрахунку визначаються такі параметри трансформатора, як коефіцієнт трансформації, індуктивність первинної обмотки, індуктивність розсіювання і активні опори обмоток.
При конструктивному розрахунку знаходяться числа витків обмоток, діаметр проводів, габарити і перетин сталевого сердечника.
Заданими величинами при розрахунку зазвичай є: внутрішній опір лампи, найвигідніше опір навантаження. Величина постійної складової анодного струму лампи (струму спокою), потужність гучномовця і опір його звукової котушки, а також граничні частоти смуги пропускання (частоти, для яких посилення повинно бути не менше 0,7 від максимального рівня).
Наближений розрахунок, що володіє достатньою для радіоаматорського практики точністю, може бути проведено за спрощеними формулами, без врахування активних втрат в обмотках трансформатора і його індуктивності розсіювання. Тому розрахунок трансформатора по заданих параметрах лампи і гучномовця зведеться до визначення коефіцієнта трансформації, індуктивності первинної обмотки, число витків обмоток, діаметра проводів і обсягу і перетину сталевого сердечника.
Розрахунок вихідних трансформаторів для однотактний каскадів
Заданими величинами при розрахунку є: внутрішній опір лампи Ri, приведений опір навантаження R1, постійна складова анодного струму лампи Iо, потужність гучномовця і опір його звукової котушки, а також допустимі частотні спотворення.
Розрахунок трансформатора починається з визначення необхідного коефіцієнта трансформації, що приводить опір навантаження до потрібної величиною в області середніх частот, за формулою:
де n - коефіцієнт трансформації, що виражає собою відношення чисел витків вторинної обмотки до первинної; Rн - опір звукової котушки гучномовця; R1 - приведений опір навантаження.
Наступним етапом розрахунку є визначення індуктивності первинної обмотки, величина якої визначає частотні спотворення каскаду в області низьких частот.
Первинна обмотка трансформатора, як це видно з еквівалентної схеми для низьких частот (рис. 2, б), включена паралельно приведеним опором навантаження. Індуктивний опір обмотки на низьких частотах зменшується, що призводить до зменшення коефіцієнта посилення. Для того щоб коефіцієнт частотних спотворень не перевищував заданого значення, індуктивність первинної обмотки не повинна бути менше певної величини. Ця величина визначається за формулою:
де при використанні в вихідному каскаді тріода R = Ri, а для променевого тетрода або пентода R = 0,1Ri; fн - частота, відповідна нижній межі смуги пропускання підсилювача; М - коефіцієнт частотних спотворень, що є відношенням коефіцієнта посилення на середніх частотах (прийнятий за одиницю) до коефіцієнта посилення на низьких частотах
Якщо прийняти fн = 80 Гц, а М = 1,22, то формула для розрахунку індуктивності первинної обмотки трансформатора спроститься і набуде вигляду:
Після визначення величин n і L2 необхідно знайти, виходячи з потужності гучномовця тобто тієї потужності, яку потрібно передати з первинної обмотки у вторинну, тип і розміри пластин, а також перетин сердечника за формулою:
де Р - потужність гучномовця в Вт, а В - коефіцієнт, що залежить від типу застосовуваної лампи, показників підсилювача (смуги пропускання, допустимих спотворень) і, в дуже сильному ступені, від наявності або відсутності в схемі негативного зворотного зв'язку.
Розглянемо приклад розрахунку вихідного трансформатора для двотактного кінцевого каскаду, що працює на лампах 6П6С (Ri = 50 кОм, Ra = 5 кОм, Iо = 45 мА) для гучномовця типу 8ГД-2 (максимальна потужність - 8 Вт, опір звукової котушки - 2,8 Ом). Підсилювач працює з негативним зворотним зв'язком. Коефіцієнт частотних спотворень на частоті 50 Гц дорівнює 1,41.
1. Визначаємо коефіцієнт трансформації:
2. Розраховуємо індуктивність первинної обмотки:
Так як крайовий каскад охоплений зворотним зв'язком, індуктивність можна зменшити до 20 Гн.
3. За допомогою формули
і табл. 2, з огляду на потужність гучномовця, визначаємо тип сердечника. Для потужності 8 Вт найкращим типом пластин сердечника є Ш-19, для яких
4. Перетин середнього стержня знаходиться з формули:
Qc = 2P * lc / Qo2 = 16 * 15 / 7,82 = 4 см2
Звідси товщина пакета осердя 400/19 = 21 мм.
5. Число витків первинної обмотки:
В обмотці робиться висновок від середини.
6. Число витків вторинної обмотки:
W2 = n * W1 = 3500 * 0,017 = 86 витків.
7. Діаметр проводу первинної обмотки:
8. Діаметр дроту вторинної обмотки:
На закінчення зробимо перевірку розміщення обмоток у вікні сердечника. Для двотактного трансформатора намотування краще здійснити на двосекційним каркасі (рис. 4)
Цей тип намотування забезпечує більшу симетричність обмоток, а також зменшує небезпека пробою між витками. При такій конструкції на кожну половину каркаса намотують половину первинної і вторинної обмоток.
Пластина Ш-19 має розміри вікна 4,6х1,7 см. Половина каркаса (за вирахуванням товщини трьох картонних щік - 4,5 мм і вільних країв полів - 4 мм) має корисну довжину 18 мм.
Визначимо площа перерізу, яку займає в секції половина первинної обмотки:
число витків в шарі
18 / di (з ізол.) = 18 / 0,19 = 95 витків.
число шарів в секції
Висота всієї намотування, вважаючи, що товщина межслойной прокладки вибирається однаковою з діаметром проводу, дорівнює:
Беручи товщину прокладки між обмотками рівну 1,5 мм, знаходимо повну висоту намотування первинної обмотки:
Аналогічним способом знаходиться повна висота намотування вторинної обмотки:
число витків в шарі
18 / di (з ізол.) = 18 / 1,05 = 17 витків;
число шарів в секції
Вважаючи міжшарового прокладку товщиною в 0,3 мм (два шари лакоткани), визначимо повну висоту вторинної обмотки
Повна висота намотування обох обмоток
Корисна висота вікна (за вирахуванням товщини гільзи - 1,5 мм)
Очевидно, що при розміщенні обмоток залишається вільне місце. Тому з метою збільшення ККД трансформатора і зменшення нагрівання його обмоток можна збільшити діаметр проводу первинної обмотки до 0,2 мм.
Розрахунок вихідних трансформаторів для підключення двох і більше гучномовця
У радіоаматорського практиці іноді зустрічається необхідність розрахувати вихідний трансформатор для підключення двох і більше гучномовця, причому параметри гучномовців можуть бути різні. В цьому випадку необхідно мати в трансформаторі кілька вторинних обмоток.
Всі наведені опору навантажень працюють як паралельно включені, а повної їх опір має дорівнювати опору R1.
Отже, основним завданням є визначення коефіцієнтів трансформації для окремих навантажень таким чином, щоб при цьому в кожній навантаженні виділялася відповідна потужність, а загальна приведена навантаження дорівнювала P1 даної лампи.
Слід домовитися заздалегідь, що одним з основних умов правильності розрахунку є відповідність потужності кінцевого каскаду сумарної потужності всіх підключених до цього каскаду гучномовців.
Розрахунок трансформатора для декількох гучномовців починається з визначення величини приведеного опору окремо для кожного гучномовця за формулою:
де R1 - приведений опір даної навантаження;
Ra - загальне приведений опір (найвигіднішому значення) для даної лампи;
Р - потужність даної навантаження;
Робщ - сумарна потужність всіх гучномовців.
Потім підраховуються коефіцієнти трансформації для кожного гучномовця окремо за формулою:
Далі розрахунок проводиться в тому ж порядку і за тими ж формулами, що і в двох попередніх випадках.
Наведемо як приклад розрахунок вихідного трансформатора, навантаженого трьома гучномовцями: 5ГД-14 (P1 = 5,0 Вт; Rн1 = 3,4 Ом); 1ГД-9 (Р2 = 1,0 Вт, Rн2 = 5,5 Ом) і 4ГД-1 (P3 = 4,0 Вт, Rн3 = 3,4 Ом) для роботи з лампою 6П3С (в каскаді застосований негативний зворотний зв'язок) . Лампа 6П3С має наступні параметри: Ri = 22,5 кОм; R а = 2,5 кОм; Iо = 54 мА (при Ua = 350 В і Uе = 250 В); Рвих = 10 Вт; нижня гранична частота - 50 Гц; коефіцієнт частотних спотворень Мі = 1,41.
1. Визначаємо наведені опору:
2. Розраховуємо коефіцієнт трансформації:
3. Визначаємо індуктивність первинної обмотки:
При наявності негативного зворотного зв'язку величину індуктивності можна зменшити приблизно в два рази, тобто
4. За допомогою табл. 2, з огляду на формулу (B * P = Qc * Qo), вибираємо сердечник з пластин Ш-25. Для них Qc = 6,2 см, Qo = 15 см.
5. Число витків первинної обмотки:
6. Число витків вторинних обмоток:
7. Діаметр проводу первинної обмотки:
8. Діаметр проводів вторинних обмоток:
9. Величина повітряного зазору:
Далі, як і зазвичай, слід перевірити розміщення обмоток у вікні сердечника.
Перерахунок числа витків вторинної обмотки. Іноді радіоаматор має готовий трансформатор, придатний для використання з обраної кінцевої лампою, але розрахований на підключення гучномовця з іншим опором звукової котушки, ніж той, який у нього є. У цьому випадку немає необхідності перемотувати первинну обмотку трансформатора. Досить змінити коефіцієнт трансформації, зменшуючи або збільшуючи в залежності від даних застосовуваного гучномовця число витків вторинної обмотки.
Визначити необхідне число витків вторинної обмотки n можна за формулою:
де nо - кількість витків вторинної обмотки, що була на трансформаторі;
Ro - опір звукової котушки гучномовця, на яке був розрахований трансформатор;
Rд - опір звукової котушки наявного гучномовця.
Примітки до таблиці 3
1. Є додаткова обмотка, яка налічує 700 витків дроту ПЕЛ 0,1.
2. Трансформатор розрахований під гучномовець з опором звукової котушки 2,5 Ом.
3. Трансформатор розрахований під гучномовець з опором звукової котушки 3 Ом.
4. Є додаткова обмотка для зовнішнього гучномовця, яка налічує 1200 витків дроту ПЕЛ 0,1.
5. Трансформатор в первинній обмотці має відвід від 15'0-го витка.
6. Трансформатор в первинній обмотці має відвід від 200-го витка.
7. Трансформатор має додаткову обмотку для зовнішнього гучномовця, який налічує 1500 витків дроту ПЕЛ 0,1. Сердечник трансформатора зібраний в стик і має зазор 0,12 мм.
8. Є дві додаткові обмотки:
1) обмотка зовнішнього гучномовця - 650 витків дроту ПЕЛ 0,12;
2) обмотка зворотного зв'язку - 3 витка дроту ПЕЛ 0,8 мм.
9. А) Трансформатор розрахований на два гучномовці з опорами звукових котушок 3,4 Ом.
Б) Є додаткова обмотка для зовнішнього гучномовця, яка налічує 1040 витків дроту ПЕЛ 0,1.
10. Трансформатор розрахований під гучномовець 5ГД8 з опором звукової котушки 3,4 Ом.
11. Є додаткова обмотка для зовнішнього гучномовця і зворотного зв'язку, яка налічує 400 + -5 витків дроту ПЕЛ 0,15 мм.
12. Трансформатор має дві паралельно включені вторинні обмотки.
13. А) Є додаткова обмотка для зовнішнього гучномовця - 625 витків дроту ПЕЛ 0,12 мм.
Б) Звукові котушки гучномовців включені послідовно.
14. Є додаткова обмотка зворотного зв'язку в 100 витків дроту ПЕЛ 0,17 мм.
15. А) Є додаткова обмотка для зовнішнього гучномовця - 490 витків дроту ПЕЛ 0,1 мм.
Б) Трансформатор розрахований на два гучномовці, звукові котушки яких включені паралельно.
16. Є додаткова обмотка для підключення зовнішнього гучномовця в 420 витків дроту ПЕЛ 0,1.
17. Трансформатор має додаткову обмотку для підключення зовнішнього гучномовця в 550 витків дроту ПЕЛ 0,12.
18. Трансформатор розрахований на підключення гучномовця 3ГД4.