Transformátor pre aplikácie audio zosilňovačov: Praktický sprievodca výberom

Jednokoncový elektrónkový zosilňovač s výkonom 25 W, ktorý hučí pri 100 Hz a odvaľuje sa pod 70 Hz, má zvyčajne zdravú obvodovú dosku. Problém zvyčajne spočíva v magnetizme: výkonový transformátor vyžaruje rozptylové pole do vstupného stupňa a výstupný transformátor sa minie z primárnej indukčnosti skôr, ako prídu basové tóny. Obe časti sú objednané v rámci tej istej riadkovej položky, sú však špecifikované úplne odlišnými spôsobmi a lacnejšia časť je často tá, ktorá si vynúti zmenu dizajnu.

Tu je krátka odpoveď. Pre aplikácie audio zosilňovača špecifikujte výkonový transformátor podľa VA hodnotenia, sekundárneho napätia pri plnom zaťažení, regulácie, nárastu teploty a triedy izolácie. Špecifikujte výstupný transformátor podľa primárnej impedancie, manipulácie s jednosmerným predpätím, materiálu jadra a zvodovej indukčnosti. Všetko ostatné, od hrúbky laminácie po zalievanie a tienenie, je zdokonalením týchto položiek.

Dve úlohy transformátora, ktoré sú často zamieňané

Zosilňovač môže obsahovať obe zariadenia a nie sú vzájomne zameniteľné.

Výkonový transformátor prevádza sieťové napájanie na vysokonapäťovú koľajnicu, typicky 250 až 500 V DC po usmernení, plus vinutia vlákna pri 5 V alebo 6,3 V. Pracuje pri 50 alebo 60 Hz a je dimenzovaný na voltampéry, tepelný nárast a triedu izolácie a tiež poskytuje galvanickú izoláciu, ktorá zachováva dotyk.
Výstupný transformátor spája anódový obvod elektrónkového koncového stupňa s reproduktorom 4, 8 alebo 16 ohmov. Prevádza vysokonapäťový nízkoprúdový signál na nízkonapäťový vysokoprúdový a blokuje jednosmerný anódový prúd z kmitacej cievky.

Polovodičové konštrukcie zvyčajne potrebujú iba prvé zariadenie, ale transformátory sa stále objavujú v distribuovaných vedeniach 70 V a 100 V a v izolácii vedenia. V každom prípade je logika špecifikácie rovnaká: najprv zosúlaďte elektrický výkon, potom kontrolujte tepelné a magnetické správanie.

Určenie výkonového transformátora

Hodnotenie a napätie

Spočítajte vysokonapäťový jednosmerný prúd a vláknový striedavý prúd a potom pridajte 20 až 30 percent svetlej výšky. Transformátor bežiaci nepretržite na menovitom štítku sa bude prehýbať a bude sa zahrievať.
Sekundárne napätia uveďte pri plnom zaťažení, nie naprázdno. Malé jednotky EI bežne regulujú na 10 až 15 percent, takže 300 V vinutie bez zaťaženia môže dodať 265 V, keď zosilňovač odoberá prúd.

Tepelné a bezpečnostné limity

Trieda izolácie A (105 stupňov C), B (130 stupňov C) a F (155 stupňov C) nastavuje maximálnu teplotu horúceho bodu. Jednotka triedy B so stúpaním 60 K sa v uzavretej skrini správa úplne inak ako na voľnom priestranstve.
Dielektrická pevnosť sa overuje hipotovým testom, typicky 1500 až 3750 V AC medzi primárnou a sekundárnou časťou, v závislosti od použitej bezpečnostnej normy. Pre zvukové, rozhlasové a televízne zariadenia sú zvyčajnými referenciami UL 1411 a IEC/EN 61558.
Toroidné jadrá odoberajú vysoký nábehový prúd, takže v dizajne počítajte s pomalou poistkou alebo zariadením na obmedzenie nábehu.
Transformátor navrhnutý pre 60 Hz by sa nemal používať na 50 Hz pri rovnakom VA bez rizika saturácie, pretože tok jadra stúpne zhruba o 20 percent. Buď znížte záťaž, alebo od začiatku špecifikujte väčšie jadro.

Impedančné prispôsobenie vo výstupnom stupni

Pomer impedancie sa rovná druhej mocnine pomeru závitov. Transformátor 5 kohm až 8 ohm má teda impedančný pomer 625:1 a pomer závitov 25:1. Primárna impedancia, ktorú si vyberiete, mení výkon aj skreslenie: 3,5 kOhm zvyčajne poskytuje viac wattov s väčším sekundárnym harmonickým skreslením, zatiaľ čo 8 kohmov je čistejší, ale nižší. Skontrolujte hodnotu podľa údajového listu elektrónky a skutočnej krivky impedancie reproduktora, ktorá klesá a vrcholí ďaleko od nominálnej hodnoty.

Jednostranné verzus Push-Pull

Stupeň s jedným koncom prenáša jednosmerný anódový prúd cez primárnu časť, ktorá predurčuje jadro smerom k saturácii. Jadro musí mať medzeru a medzera znižuje efektívnu priepustnosť, takže zväzok musí byť väčší, aby sa dosiahla rovnaká primárna indukčnosť. Push-pull vinutia prenášajú opačné jednosmerné prúdy; keď sú dve polovice vyrovnané, čistý tok je blízky nule, takže nie je potrebná žiadna medzera a prekladanie možno použiť pre väčšiu šírku pásma.

Praktickým cieľom je 20 Hz až 20 kHz v rámci 1 dB pri miernom výkone, s nízkofrekvenčným rozšírením nastaveným primárnou indukčnosťou a zdrojovou impedanciou výstupnej elektrónky.

Porovnanie formátu jadra a štýlu vinutia

Typické porovnania pre transformátory audio zosilňovačov; správna voľba závisí od okruhu, nie od samotného názvu jadra.
Atribút	EI laminované	Toroidný	C-Core
Typické použitie	Výkon a výkon, všeobecné použitie	Výkonové transformátory v kompaktnom šasi	Vysoký výkon a výkon
Bludné magnetické pole	Vyššie, potrebuje vzdialenosť alebo tienenie	Nízka, tesná ochrana poľa	Stredná, nižšia ako EI
Nízkofrekvenčné rozšírenie	Dobré s dostatočne veľkým zásobníkom	Dobré, ale ťažko rozoznateľné	Dobre, medzera je praktická
Manipulácia s jednosmerným predpätím	Vzduchová medzera vyrezaná v stohu, obleky s jedným koncom	Ťažké, potrebuje medzery alebo špeciálne jadro	Medzera umiestnená v C kĺbe
Vysokofrekvenčné správanie	Prekladanie znižuje únikovú indukčnosť	Nízky únik, vyššia kapacita	Nízka netesnosť s preložením
Mechanické bzučanie	Môže bzučať, ak sa laminácie uvoľnia	Tichý pri zalievaní, nárazový zvuk pri štarte	Mierne, zlepšuje sa pri upnutí

Hum, šum a limity šírky pásma

Mechanický hukot pochádza z magnetostrikcie a uvoľnenia lamiel. Impregnácia vákuovým lakom a zaliate toroidy ho redukujú a montáž transformátora v pravom uhle k vstupnej kabeláži znižuje indukčnú väzbu do citlivých stupňov.
Elektrostatické tienenie, zvyčajne jedna uzemnená medená fólia medzi primárnym a sekundárnym obvodom, znižuje šumovú väzbu v bežnom režime.
Nízkofrekvenčná odozva je nastavená primárnou indukčnosťou a budiacou impedanciou. Vysokofrekvenčný roll-off je nastavený únikovou indukčnosťou a kapacitou vinutia. Prekladanie znižuje zvodovú indukčnosť, ale viac vrstiev pridáva kapacitu, takže ide skôr o kompromis ako o bezplatné zlepšenie.
Izolačný transformátor 1:1 alebo 600:600 ohm preruší uzemňovaciu slučku bez prerušenia signálovej cesty a zároveň premení nesymetrické vedenie na symetrické.

Vytvárajte kvalitné a testovacie body, ktoré predpovedajú zlyhania v teréne

Väčšina zlyhaní transformátorov, ktoré sa dostanú k zákazníkovi, sú skôr zlyhaniami procesu než konštrukčnými chybami a prejavujú sa na malom počte miest.

Napätie vinutia a izolácia vrstvy. CNC vinutie s konzistentným napätím zabraňuje skĺznutiu vrstvy a zužuje odchýlky medzi jednotkami v indukčnosti úniku.
Plazenie a vyčistenie. Okrajová páska a objímka rozhodujú o tom, či diel stále prejde hipotovým testom po mesiacoch tepelných cyklov, nielen na prvej vzorke.
Impregnácia vákuovým lakom, ktorá fixuje vinutia, blokuje prenikanie vlhkosti a znižuje počuteľné bzučanie.
Rutinné testovanie na každej jednotke: pomer otáčok, primárna indukčnosť, rovnováha odporu jednosmerného prúdu, polarita, izolačný odpor a dielektrická pevnosť, namiesto kontroly iba vzorky.

Naša dielňa vyrába elektronické transformátory od roku 2010 s typmi EI ako hlavnou líniou popri toroidných, C-typových, medicínskych, audio, vysokonapäťových, priemyselných riadiacich a vysokofrekvenčných dizajnoch. Materiál pochádza od schválených dodávateľov podľa systému ISO 9001 a každý transformátor je pred odoslaním skontrolovaný a testovaný. Môžete si prečítať viac o proces od návrhu po dodanie za týmito transformátormi ak chcete pred zadaním objednávky skontrolovať tok.

Nákup: Vlastné vinutia alebo štandardné zásoby

Štandardné transformátory zriedka zodpovedajú špecifickému napätiu koľajnice, výške podvozku a bezpečnostným štandardom súčasne, takže vlastné vinutie je bežnou cestou pre výrobcov zosilňovačov.

Čo uviesť na hárok so špecifikáciami

Primárne napätie a frekvencia vrátane rozsahu, ktorý skutočne očakávate v zásuvke.
Každý sekundárny: napätie pri plnom zaťažení, prúd a či napája usmerňovač s kondenzátorovým vstupom.
Celková VA, teplota okolia, trieda izolácie a testovacie napätie dielektrika.
Spôsob montáže, typ cievky, dĺžka vedenia a maximálna výška nad doskou plošných spojov.
Príslušná bezpečnostná norma a požadované označenia.

Pred obrábaním nástrojov sa dohodnite na toleranciách

Primárna indukčnosť do 10 percent, pomer závitov do 2 percent a rovnováha odporu DC medzi polovicami push-pull do 5 percent.
Testovacie napätie a trvanie Hipot plus odber vzoriek alebo požiadavka na 100 percentný test.
Schválenie vzorky pri zapnutí na vašom vlastnom zosilňovači pred sériovou výrobou, pretože merania na skúšobnej stolici pri statickej záťaži neodhalia, ako sa jadro s medzerami správa pri orezaní.

Vlastné cievky, držiaky a príprava elektródy nesú nástroje, takže MOQ a dodacia lehota by mali byť potvrdené spolu s elektrickou špecifikáciou. Ak je vašou požiadavkou variant existujúceho dizajnu, môžete odošlite požiadavku na vlastný transformátor priamo, čo zvyčajne značne skracuje štádium vzorky.

Často kladené otázky

Je toroidný transformátor vždy lepší pre zvuk?

Nie. Toroidy majú nižšie rozptylové pole a nižšiu zvodovú indukčnosť, čo pomáha napájacím zdrojom a výkonu. Z hľadiska výstupnej záťaže formáty EI a C-core zostávajú ľahšie oddeliteľné, bežia chladnejšie v dizajne push-pull a je jednoduchšie ich vkladať pre špecifickú cieľovú šírku pásma.

Prečo sa môj výstupný transformátor presýti alebo bzučí?

Zvyčajnými príčinami sú nevyvážené vinutia typu push-pull, jednosmerný prúd v jadre, ktoré nikdy nebolo medzerované, alebo vrstvený zväzok, ktorý stratil kompresiu. Skontrolujte rovnováhu odporu DC medzi polovicami a potvrďte, že jadro bolo navrhnuté pre stojatý prúd.

Môže 60 Hz transformátor bežať na 50 Hz sieti?

Iba s deratizáciou. Pri poklese frekvencie sa tok zvýši asi o 20 percent, takže jadro sa priblíži k nasýteniu: očakávajte väčší magnetizačný prúd, viac tepla a možné počuteľné bzučanie. Zadajte dizajn 50 Hz alebo znížte zaťaženie.

Potrebujú polovodičové zosilňovače transformátory?

Normálne nie na výstupe. Stále potrebujú sieťový napájací transformátor a transformátorová väzba sa stále používa v distribuovaných vedeniach 70 V a 100 V a pri izolácii a vyvažovaní na úrovni vedenia.

S oboma zariadeniami zaobchádzajte ako so samostatnými nákupmi so samostatnými hárkami so špecifikáciami. Upevnite výkonový transformátor podľa VA, zaťaženého sekundárneho napätia, triedy regulácie a izolácie; opravte výstupný transformátor primárnou impedanciou, manipuláciou s jednosmerným predpätím a zvodovou indukčnosťou. Potom písomne potvrďte tolerancie, hipotské kritériá a schválenie vzorky. Táto sekvencia odstráni väčšinu hukotu, skorej saturácie a krátkej životnosti, ktoré sa objavia neskôr na testovacej stolici, a zamedzí druhej iterácii návrhu mimo rozpočtu projektu.