Трансформатор для усилителей звука: практическое руководство по выбору

Несимметричный ламповый усилитель мощностью 25 Вт, работающий на частоте 100 Гц и спадающий ниже 70 Гц, обычно имеет исправную печатную плату. Проблема обычно заключается в магнетизме: силовой трансформатор излучает паразитное поле во входной каскад, а первичная индуктивность выходного трансформатора исчерпывается до того, как поступают басовые ноты. Обе детали заказываются по одной и той же позиции, однако они указаны совершенно по-разному, и более дешевая деталь часто является той, которая требует изменения дизайна.

Вот краткий ответ. Для аудиоусилителей укажите силовой трансформатор по номиналу ВА, вторичному напряжению при полной нагрузке, регулированию, превышению температуры и классу изоляции. Задайте выходной трансформатор по первичному импедансу, обработке смещения постоянного тока, материалу сердечника и индуктивности рассеяния. Все остальное, от толщины ламината до заливки и защиты, является усовершенствованием этих элементов.

Две роли трансформатора, которые часто путают

Усилитель может содержать оба устройства, и они не являются взаимозаменяемыми.

Силовой трансформатор преобразует сетевое питание в высоковольтную шину, обычно от 250 до 500 В постоянного тока после выпрямления, плюс накальные обмотки на 5 В или 6,3 В. Он работает при частоте 50 или 60 Гц, его параметры определяются по вольт-амперам, нагреву и классу изоляции, а также обеспечивают гальваническую развязку, которая обеспечивает безопасность прикосновения к корпусу.
Выходной трансформатор соединяет анодную цепь лампового выходного каскада с громкоговорителем сопротивлением 4, 8 или 16 Ом. Он преобразует высоковольтный слаботочный сигнал в низковольтный сильноточный сигнал и блокирует постоянный анодный ток от звуковой катушки.

В полупроводниковых конструкциях обычно требуется только первое устройство, но трансформаторы по-прежнему встречаются в распределенных линиях 70 В и 100 В и в изоляции линий. В каждом случае логика спецификации одинакова: сначала согласуйте электрический режим, затем контролируйте тепловые и магнитные характеристики.

Определение силового трансформатора

Номинал и напряжение

Суммируйте мощность постоянного тока высокого напряжения и мощность переменного тока накала, а затем добавьте запас от 20 до 30 процентов. Трансформатор, постоянно работающий с номинальными номиналами, указанными на паспортной табличке, будет провисать и перегреваться.
Укажите вторичное напряжение при полной нагрузке, а не при холостом ходе. Небольшие блоки с ЭУ обычно регулируются на уровне 10–15 процентов, поэтому обмотка холостого хода 300 В может выдавать 265 В, когда усилитель потребляет ток.

Температурные и безопасные пределы

Класс изоляции A (105 градусов C), B (130 градусов C) и F (155 градусов C) устанавливает максимальную температуру горячей точки. Блок класса B с температурой подъема 60 К ведет себя в герметичном шкафу совершенно иначе, чем на открытом воздухе.
Диэлектрическая прочность проверяется с помощью испытания Hipot, обычно при напряжении от 1500 до 3750 В переменного тока между первичной и вторичной обмотками, в зависимости от применяемого стандарта безопасности. Для аудио-, радио- и телевизионных устройств обычно используются стандарты UL 1411 и IEC/EN 61558.
Тороидальные сердечники потребляют высокий пусковой ток, поэтому предусмотрите в конструкции инерционный предохранитель или устройство ограничения бросков тока.
Трансформатор, рассчитанный на частоту 60 Гц, не следует использовать на частоте 50 Гц при той же ВА без риска насыщения, поскольку поток в сердечнике возрастает примерно на 20 процентов. Либо уменьшите нагрузку, либо с самого начала укажите ядро большего размера.

Согласование импеданса в выходном каскаде

Коэффициент импеданса равен квадрату коэффициента трансформации. Таким образом, трансформатор с сопротивлением 5 кОм на 8 Ом имеет соотношение импеданса 625:1 и соотношение витков 25:1. Выбранное вами первичное сопротивление меняет как выходную мощность, так и искажения: 3,5 кОм обычно обеспечивает больше ватт с большими искажениями второй гармоники, а 8 кОм работает чище, но ниже. Сравните значение с техническими данными лампы и реальной кривой импеданса динамика, которая резко падает и достигает максимума от номинального значения.

Односторонний против двухтактного

Несимметричный каскад пропускает постоянный анодный ток через первичную обмотку, что смещает сердечник в сторону насыщения. В сердечнике должен быть зазор, а зазор снижает эффективную проницаемость, поэтому пакет должен быть больше, чтобы достичь той же первичной индуктивности. Двухтактные обмотки пропускают противоположные постоянные токи; когда две половины сбалансированы, чистый поток близок к нулю, поэтому зазор не требуется, и для более широкой полосы пропускания можно использовать чередование.

Практическая цель — диапазон от 20 Гц до 20 кГц в пределах 1 дБ при умеренной мощности, с низкочастотным расширением, задаваемым первичной индуктивностью и сопротивлением источника выходной лампы.

Сравнение формата ядра и стиля обмотки

Типичные сравнения трансформаторов усилителей звука; правильный выбор зависит от схемы, а не только от названия ядра.
Атрибут	ЭИ ламинированный	Тороидальный	C-ядро
Типичное использование	Мощность и выходной режим, общего назначения	Силовые трансформаторы в компактном шасси	Высококачественная выходная мощность и мощность
Рассеянное магнитное поле	Выше, требуется расстояние или экранирование	Низкое, плотное поле сдерживания	Умеренный, ниже EI
Низкочастотное расширение	Хорошо с достаточно большим стеком	Хорошо, но трудно оторваться	Хорошо, пробел практичен
Обработка смещения постоянного тока	Воздушный зазор в стопке, подходит для несимметричных	Сложный, требует пробелов или специального ядра	Зазор в С-образном соединении
Высокочастотное поведение	Чередование снижает индуктивность рассеяния.	Низкая утечка, более высокая емкость	Низкая утечка с чередованием
Механический гул	Может гудеть, если ламинирование ослабнет	Тихий в работе, пусковой шум при запуске	Умеренная, улучшается при зажиме

Гул, шум и ограничения пропускной способности

Механический гул возникает из-за магнитострикции и ослабления пластинок. Пропитка вакуумным лаком и герметизированные тороиды уменьшают его, а установка трансформатора под прямым углом к входной проводке снижает индуктивную связь в чувствительных каскадах.
Электростатический экран, обычно представляющий собой один виток заземленной медной фольги между первичной и вторичной обмотками, снижает синфазную шумовую связь.
Низкочастотная характеристика определяется первичной индуктивностью и сопротивлением возбуждения. Спад на высоких частотах определяется индуктивностью рассеяния и емкостью обмотки. Чередование снижает индуктивность рассеяния, но большее количество слоев увеличивает емкость, так что это скорее компромисс, чем бесплатное улучшение.
Изолирующий трансформатор 1:1 или 600:600 Ом разрывает контур заземления, не прерывая путь сигнала, и одновременно преобразует несимметричную линию в симметричную.

Обеспечьте качество сборки и контрольные точки, позволяющие прогнозировать сбои на местах

Большинство отказов трансформаторов, которые доходят до потребителя, являются технологическими, а не проектными, и они проявляются в небольшом количестве мест.

Натяжение обмотки и слой изоляции. Обмотка с ЧПУ с постоянным натяжением предотвращает проскальзывание слоев и сужает разброс индуктивности рассеяния от единицы к единице.
Ползучесть и зазор. Лента запаса и втулка определяют, выдержит ли деталь испытание на прочность после нескольких месяцев термоциклирования, а не только на первом образце.
Вакуумная лаковая пропитка, фиксирующая обмотки, блокирующая попадание влаги и уменьшающая слышимый шум.
Регулярные испытания каждого устройства: коэффициент трансформации, первичная индуктивность, баланс сопротивления постоянному току, полярность, сопротивление изоляции и диэлектрическая прочность, а не только выборочные проверки.

Наш цех производит электронные трансформаторы с 2010 года. Основная линейка — тип ЭИ, а также тороидальные, С-типа, медицинские, аудио, высоковольтные, промышленные контрольные и высокочастотные конструкции. Материал поступает от утвержденных поставщиков в соответствии с системой ISO 9001, и каждый трансформатор проверяется и тестируется перед отправкой. Вы можете прочитать больше о процесс проектирования и поставки этих трансформаторов если вы хотите просмотреть поток перед размещением заказа.

Покупка: нестандартные обмотки или стандартный запас.

Готовые трансформаторы редко соответствуют определенному напряжению на шине, высоте шасси и стандарту безопасности одновременно, поэтому для производителей усилителей обычно используется нестандартная обмотка.

Что указывать в спецификации

Первичное напряжение и частота, включая диапазон, который вы фактически ожидаете от сетевой розетки.
Каждая вторичка: напряжение при полной нагрузке, ток и питает ли она выпрямитель с конденсаторным входом.
Общая ВА, температура окружающей среды, класс изоляции и испытательное напряжение диэлектрика.
Стиль монтажа, тип шпульки, длина вывода и максимальная высота над печатной платой.
Применимый стандарт безопасности и необходимая маркировка.

Согласуйте допуски перед обработкой

Первичная индуктивность в пределах 10 процентов, коэффициент трансформации в пределах 2 процентов и баланс сопротивления постоянному току между двухтактными половинами в пределах 5 процентов.
Испытательное напряжение и продолжительность Hipot, а также требования к выборке или 100-процентному тестированию.
Утвердите образец вашего собственного усилителя перед массовым производством, поскольку стендовые измерения при статической нагрузке не показывают, как ведет себя сердечник с зазором вблизи ограничения.

Изготовленные на заказ бобины, кронштейны и средства для подготовки выводов включают в себя все необходимые инструменты, поэтому минимальный объем заказа и время выполнения должны быть подтверждены вместе с электрическими спецификациями. Если ваше требование представляет собой вариант существующего проекта, вы можете отправьте требования к индивидуальному трансформатору напрямую, что обычно значительно сокращает этап выборки.

Часто задаваемые вопросы

Всегда ли тороидальный трансформатор лучше для звука?

Нет. Тороиды имеют меньшее поле рассеяния и меньшую индуктивность рассеяния, что улучшает работу источников питания и снижает уровень шума. Что касается выходных сигналов, форматы EI и C-core по-прежнему легче разделяются, работают с меньшими затратами в двухтактных конструкциях и их проще чередовать для достижения определенной целевой пропускной способности.

Почему мой выходной трансформатор насыщается или гудит?

Обычными причинами являются несбалансированные двухтактные обмотки, постоянный ток в сердечнике, который никогда не был зазором, или пакет пластин, потерявший компрессию. Проверьте баланс сопротивления постоянного тока между половинами и убедитесь, что сердечник рассчитан на постоянный ток.

Может ли трансформатор частотой 60 Гц работать от сети частотой 50 Гц?

Только со снижением номиналов. Поток увеличивается примерно на 20 процентов при падении частоты, поэтому сердечник приближается к насыщению: ожидайте большего тока намагничивания, большего нагрева и возможного слышимого гудения. Укажите проект с частотой 50 Гц или уменьшите нагрузку.

Нужны ли твердотельным усилителям трансформаторы?

Обычно не на выходе. Им по-прежнему необходим сетевой силовой трансформатор, а трансформаторная связь по-прежнему используется в распределенных линиях 70 В и 100 В, а также для изоляции и балансировки на уровне линии.

Считайте оба устройства отдельными покупками с отдельными спецификациями. Зафиксируйте силовой трансформатор по ВА, нагруженному вторичному напряжению, регулированию и классу изоляции; зафиксируйте выходной трансформатор с помощью первичного импеданса, обработки смещения постоянного тока и индуктивности рассеяния. Затем письменно подтвердите допуски, критерии Хипот и утверждение образца. Эта последовательность действий устраняет большую часть шума, раннего насыщения и короткого срока службы, которые появляются позже на испытательном стенде, а также позволяет исключить вторую итерацию проекта из бюджета проекта.