Transformadores para UMZCH

Um dos modelos de rádio amador mais populares é o amplificadores de potência de som UMZCH. Para ouvir programas de música de alta qualidade em casa, na maioria das vezes eles usam amplificadores estéreo bastante potentes, de 25 ... 50W / canal.

Uma potência tão grande não é necessária para obter um volume muito alto: um amplificador trabalhando com metade da potência permite um som mais limpo, distorções nesse modo e até o melhor UMZCH possui, elas são quase invisíveis.

É bastante difícil montar e configurar um UMZCH bom e poderoso, mas essa afirmação é verdadeira se o amplificador for montado a partir de peças discretas - transistores, resistores, capacitores, diodos, talvez até amplificadores operacionais. Esse projeto pode ser feito por um radioamador suficientemente qualificado, que já montou mais de um ou dois amplificadores, queimando nos primeiros experimentos nem um quilograma de transistores de saída poderosos.

Os circuitos modernos evitam esse material e, mais importante, os custos morais. Para montar um UMZCH suficientemente poderoso e de alta qualidade, você pode comprar um ou dois microcircuitos, adicionar algumas peças passivas, soldar tudo isso em uma pequena placa de circuito impresso e, por favor, antes de usar o UMZCH, que funcionará imediatamente após a ligação.

A qualidade da reprodução será muito boa. Obviamente, não será possível obter um som de "tubo", mas muitos amplificadores proprietários e, principalmente, chineses, serão deixados para trás. Um exemplo vívido dessa solução para o problema de som de alta qualidade pode ser considerado o chip TDA7294.

A tensão de alimentação bipolar do microcircuito possui uma faixa muito grande de ± 10 ... ± 40V, o que permite obter energia do microcircuito acima de 50W a uma carga de 4Ω. Se essa energia não for necessária, basta diminuir um pouco a tensão de alimentação. O estágio de saída do amplificador é feito em transistores de efeito de campo, o que garante boa qualidade de som.

É muito difícil desativar um chip. O estágio de saída possui proteção contra curto-circuito, além disso, também há proteção térmica. O chip, como amplificador, opera na classe AB, cuja eficiência é de 66%. Portanto, para obter uma potência de saída de 50 W, é necessária uma fonte de alimentação com uma potência de 50 / 0,66 = 75,757 W.

O amplificador montado é montado no radiador. Para reduzir as dimensões do radiador, não é nada ruim que o calor do radiador seja removido por um ventilador. Para esses fins, um pequeno refrigerador de computador, por exemplo, de placas de vídeo, é bastante adequado. O design do amplificador é mostrado na Figura 1.

Figura 1. Amplificador no chip TDA7294

Deve-se notar um pequeno recurso do chip TDA7294. Para todos esses microcircuitos poderosos, a parte traseira metálica traseira com um orifício para fixação ao radiador é conectada a um fio de circuito comum. Isso permite que você fixe o chip na caixa de metal do amplificador sem uma tira isolante.

No chip TDA7294, esse fixador é eletricamente conectado ao terminal negativo da fonte de energia, terminal 15. Portanto, uma junta isolante com pasta condutora de calor KPT-8 é simplesmente necessária. Melhor ainda, se o microcircuito estiver instalado no radiador sem repousar, apenas com pasta condutora de calor, e o próprio radiador estiver isolado do corpo (fio comum) do amplificador.

Figura 2. Circuito de comutação TDA7294 típico

Podemos falar muito sobre amplificadores no chip TDA7294, e as poucas linhas que foram escritas acima nem pretendem ser informações completas. Este amplificador é mencionado apenas para mostrar quanta energia um transformador pode precisar, como determinar seus parâmetros, porque o artigo é chamado de "Transformadores para UMZCH".

Muitas vezes acontece que a construção começa com a criação de protótipos, cuja energia é produzida a partir da fonte de alimentação do laboratório. Se o esquema for bem-sucedido, todo o restante do trabalho de "carpintaria" começa: o caso é feito ou é utilizado um dispositivo adequado de um dispositivo industrial semelhante. No mesmo estágio, a fonte de alimentação é fabricada e um transformador adequado é selecionado.

Então, que tipo de transformador é necessário?

Foi calculado um pouco mais alto que a fonte de alimentação deve ter pelo menos 75 watts, e isso é apenas para um canal. Mas onde você pode encontrar um amplificador monofônico agora? Agora, este é pelo menos um dispositivo de dois canais. Portanto, para a opção estéreo, é necessário um transformador com uma potência de pelo menos cento e cinquenta watts. De fato, isso não é inteiramente verdade.

Uma potência tão grande pode ser necessária apenas se um sinal sinusoidal for amplificado: basta alimentar um sinusóide na entrada e sentar, ouvir. Mas ouvir muito tempo um zumbido monótono e triste não é um prazer. Portanto, as pessoas normais costumam ouvir música ou assistir filmes com som. É aqui que a diferença entre o sinal musical e a onda senoidal pura afeta.

Um sinal musical real não é um sinusóide, mas uma combinação de grandes picos de curto prazo e sinais de longo prazo de baixa potência; portanto, a potência média consumida pela fonte de energia é muito menor.

Figura 3. Potência sonora real. Níveis intermediários (linha amarela) de sinais sonoros senoidais e reais nos mesmos níveis máximos

Como calcular a fonte de alimentação UMZCH

A metodologia para o cálculo da fonte de alimentação é apresentada no artigo "Cálculo da fonte de alimentação do amplificador de potência", que pode ser encontrado no link,

O artigo fornece considerações sobre a escolha dos parâmetros da fonte de alimentação, onde você também pode baixar o programa para calcular a fonte de alimentação, levando em consideração os recursos dos programas de música reproduzidos. O programa funciona sem instalação no sistema, basta descompactar o arquivo. Os resultados do programa são salvos em um arquivo de texto que aparece na pasta onde o programa de cálculo está localizado. As capturas de tela do programa são mostradas nas figuras 4 e 5.

Figura 4. Inserindo dados no programa de cálculo

Os cálculos foram realizados para a fonte de alimentação montada de acordo com o esquema mostrado na Figura 5.

Figura 5. Fonte de alimentação UMZCH. Resultados do cálculo

Assim, para um amplificador de canal duplo de 50 W com carga de 4,, é necessário um transformador de 55 W. Enrolamento secundário com um ponto médio com tensões de 2 * 26,5V com uma corrente de carga de 1A. A partir dessas considerações, você deve escolher um transformador para UMZCH.

Parece que o transformador acabou sendo bastante fraco. Mas, se você ler atentamente o artigo mencionado acima, tudo se encaixará: o autor convence de maneira convincente o critério que deve ser levado em consideração ao calcular a fonte de alimentação UMZCH.

Aqui você pode fazer imediatamente uma contra-pergunta: “E se a potência do transformador em questão for maior que o cálculo?”. Sim, nada de ruim acontecerá, apenas o transformador funcionará sem entusiasmo, não sofrerá muita tensão e ficará muito quente. Naturalmente, as tensões de saída do transformador devem ser as mesmas que as calculadas.

Potência total do transformador

Não é difícil perceber que quanto mais poderoso o transformador, maior seu tamanho e peso. E isso não é de todo surpreendente, porque existe uma potência geral de um transformador. Em outras palavras, quanto maior e mais pesado o transformador, maior sua potência, maior a potência da carga conectada ao enrolamento secundário.

Cálculo da potência total pela fórmula

Para determinar a potência geral do transformador, basta medir as dimensões geométricas do núcleo com uma régua simples e, com precisão aceitável, calcular tudo usando uma fórmula simplificada.

P = 1,3 * Sc * Então,

onde P é a potência total, Sc = a * b é a área central, então = c * h é a área da janela. Os possíveis tipos de núcleos são mostrados na Figura 5. Os núcleos montados de acordo com o esquema HL são chamados de blindados, enquanto os núcleos submarinos são chamados de núcleos.

Figura 6. Tipos de núcleos de transformadores

Nos livros didáticos de engenharia elétrica, a fórmula para calcular a potência geral é impressionante e muito mais longa. Na fórmula simplificada, são aceitas as seguintes condições inerentes à maioria dos transformadores de rede, apenas alguns valores médios.

Acredita-se que a eficiência do transformador seja de 0,9, a frequência da tensão de rede seja de 50 Hz, a densidade de corrente nos enrolamentos seja de 3,5 A / mm2 e a indução magnética seja de 1,2 T. Além disso, o fator de preenchimento de cobre é 0,4 e o fator de preenchimento de aço é 0,9. Todos esses valores estão incluídos na fórmula "real" para calcular a potência total. Como qualquer outra fórmula simplificada, essa fórmula pode resultar em um erro de cinquenta por cento, como é o preço pago pela simplificação do cálculo.

Aqui é suficiente recordar pelo menos a eficiência do transformador: quanto maior a potência geral, maior a eficiência. Portanto, os transformadores com potência de 10 ... 20 W têm uma eficiência de 0,8 e os transformadores de 100 ... 300 W e superiores têm uma eficiência de 0,92 ... 0,95. Dentro dos mesmos limites, outras quantidades que fazem parte da fórmula "real" podem variar.

A fórmula, é claro, é bastante simples, mas há tabelas nos diretórios em que "tudo já está calculado para nós". Portanto, não complique sua vida e aproveite um produto acabado.

Figura 7. Tabela para determinar a potência geral do transformador. Valores calculados para 50Hz

O terceiro dígito na marcação do núcleo do submarino indica o parâmetro h - a altura da janela, como mostra a Figura 6.

Além da potência total, a tabela também possui um parâmetro tão importante quanto o número de voltas por volt. Além disso, esse padrão é observado: quanto maior o tamanho do núcleo, menor o número de voltas por volt. Para o enrolamento primário, esse número é indicado na penúltima coluna da tabela. A última coluna indica o número de voltas por volt nos enrolamentos secundários, que é um pouco maior que no enrolamento primário.

Essa diferença se deve ao fato de o enrolamento secundário estar localizado mais distante do núcleo (núcleo) do transformador e estar em um campo magnético enfraquecido que o enrolamento primário. Para compensar esse enfraquecimento, é necessário aumentar levemente o número de voltas dos enrolamentos secundários. Aqui, um certo coeficiente empírico entra em vigor: se a uma corrente no enrolamento secundário de 0,2 ... 0,5 A, o número de voltas é multiplicado por um fator de 1,02, então, para correntes de 2 ... 4 A, o coeficiente aumenta para 1,06.

Como determinar o número de voltas por volt

Muitas fórmulas em engenharia elétrica são empíricas, obtidas pelo método de inúmeras experiências, bem como por tentativa e erro. Uma dessas fórmulas é a fórmula para calcular o número de voltas por volt no enrolamento primário do transformador. A fórmula é bastante simples:

ω = 44 / S

aqui tudo parece claro e simples: ω é o número necessário de voltas / volts, S é a área central em centímetros quadrados, mas 44 é, como dizem alguns autores, um coeficiente constante.

Outros autores substituem 40 ou mesmo 50 na fórmula do "coeficiente constante" Então, quem está certo e quem não está?

Para responder a essa pergunta, a fórmula deve ser levemente transformada, em vez de o "coeficiente constante" substituir a letra, bem, pelo menos K.

ω = K / S,

Então, em vez de um coeficiente constante, uma variável é obtida ou, como dizem os programadores, uma variável. Essa variável pode assumir vários valores, naturalmente, até certo ponto. A magnitude dessa variável depende do projeto do núcleo e do grau do aço do transformador. Normalmente, a variável K está na faixa de 35 ... 60. Valores menores desse coeficiente levam a um modo de operação mais rigoroso do transformador, mas facilitam o enrolamento devido a menos voltas.

Se o transformador foi projetado para funcionar em equipamentos de áudio de alta qualidade, K é escolhido o mais alto possível, geralmente 60.Isso ajudará a eliminar as interferências na frequência da rede proveniente do transformador de potência.

Agora você pode consultar a tabela mostrada na Figura 7. Existe um núcleo ШЛ32X64 com uma área de 18,4 cm2. A penúltima coluna da tabela indica o número de voltas por volt para o enrolamento primário. Para ferro, ШЛ32X64 é de 1,8 voltas / V. Para descobrir qual magnitude K os desenvolvedores foram orientados no cálculo desse transformador, basta fazer um cálculo simples:

K = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12

Um coeficiente tão pequeno sugere que a qualidade do ferro do transformador é boa ou simplesmente busca economizar cobre.

Sim, a mesa está boa. Se houver um desejo, tempo, núcleo e fio de enrolamento, resta apenas enrolar as mangas e enrolar o transformador necessário. É ainda melhor se você puder comprar um transformador adequado ou obtê-lo em suas próprias reservas "estratégicas".

Transformadores Industriais

Era uma vez, a indústria soviética produzia toda uma série de transformadores de pequeno porte: TA, TAN, TN e CCI. Essas abreviações são decifradas como transformador de ânodo, ânodo-filamento, filamento e transformador para alimentar equipamentos semicondutores. Esse é o transformador da marca TPP que pode ser o mais adequado para o amplificador considerado acima. Os transformadores deste modelo estão disponíveis com uma capacidade de 1,65 ... 200W.

Com uma potência nominal de 55W, um transformador TPP-281-127 / 220-50 com uma potência de 72W é bastante adequado. A partir da designação, pode-se entender que este é um transformador para alimentar equipamentos semicondutores, número de série de desenvolvimento 281, tensão de enrolamento primária 127 / 220V, frequência de rede 50Hz. O último parâmetro é bastante importante, considerando que os transformadores do CCI também estão disponíveis na frequência de 400 Hz.

Figura 8. Parâmetros do transformador ТПП-281-127 / 220-50

A corrente primária é indicada para tensões 127 / 220V. A tabela abaixo mostra as tensões e correntes dos enrolamentos secundários, bem como os fios do transformador aos quais esses enrolamentos são soldados. O esquema de toda a variedade de transformadores CCI é o mesmo: todos os mesmos enrolamentos, todos os mesmos números de pinos. Aqui estão apenas as tensões e correntes dos enrolamentos para todos os modelos de transformadores que são diferentes, o que permite escolher um transformador para qualquer ocasião.

A figura a seguir mostra o diagrama elétrico do transformador.

Figura 9. Circuito elétrico dos transformadores CCI

Para uma unidade de fonte de alimentação de um amplificador de dois canais com uma potência de 50W, um exemplo do cálculo acima, é necessário um transformador com uma potência de 55W. Enrolamento secundário com um ponto médio com tensões de 2 * 26,5V com uma corrente de carga de 1A. É óbvio que, para obter tais tensões, será necessário conectar os enrolamentos em fase de 10 e 20V, e na fase antifásica o enrolamento é de 2,62V

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

o que é quase consistente com o cálculo. Existem dois enrolamentos, que são conectados em série em um com o ponto médio. A conexão do enrolamento é mostrada na Figura 10.

Figura 10. Conexão dos enrolamentos do transformador ТПП-281-127 / 220-50

Os enrolamentos primários são conectados de acordo com a documentação técnica, embora você possa usar outras derivações, que selecionam com mais precisão a tensão de saída.

Como conectar os enrolamentos secundários

Os enrolamentos 11-12 e 17-18 são conectados em fase - o final do enrolamento anterior, com o início do próximo (o início dos enrolamentos é indicado por um ponto). O resultado é um enrolamento com uma tensão de 30V e de acordo com as condições da tarefa 26.5 são necessários. Para se aproximar desse valor, os enrolamentos 19-20 são conectados aos enrolamentos 11-12 e 17-18 na fase antifásica. Essa conexão é mostrada pela linha azul, sendo obtida metade do enrolamento com um ponto médio. A linha vermelha mostra a conexão da outra metade do enrolamento mostrada na Figura 5. A conexão dos pontos 19 e 21 forma o ponto médio do enrolamento.

Enrolamentos em série e paralelos

Com uma conexão em série, é melhor que as correntes de enrolamento permitidas sejam iguais, a corrente de saída para dois ou mais enrolamentos será a mesma.Se a corrente de um dos enrolamentos for menor, será a corrente de saída do enrolamento resultante. Esse raciocínio é bom quando existe um diagrama de circuito de um transformador: basta soldar os jumpers e medir o que aconteceu. E se não houver esquema? Isso será discutido no próximo artigo.

A conexão paralela dos enrolamentos também é permitida. Aqui o requisito é este: a tensão dos enrolamentos deve ser a mesma e a conexão está em fase. No caso do transformador TPP-281-127 / 220-50, é possível conectar dois enrolamentos de 10 volts (condutores 11-12, 13-14), dois enrolamentos de 20 volts (condutores 15-16, 17-18), dois enrolamentos a 2,62V (conclusões 19-20, 21-22). Obtenha três enrolamentos com correntes 2.2A. A conexão do enrolamento primário é feita de acordo com os dados de referência do transformador.

É assim que acontece se os dados do transformador são conhecidos. Um dos parâmetros importantes do transformador é o preço, que depende em grande parte da imaginação e arrogância do vendedor.

Considerado como exemplo, o transformador TPP-281-127 / 220-50 de vários vendedores na Internet é oferecido a um preço de 800 ... 1440 rublos! Concorde que será mais caro que o próprio amplificador. A saída dessa situação pode ser o uso de um transformador adequado obtido de equipamentos domésticos antigos, por exemplo, de TVs com lâmpadas ou computadores antigos.

Boris Aladyshkin

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