Transformator pentru aplicații de amplificator audio: un ghid practic de selecție

Un amplificator cu tub cu un singur capăt de 25 W care bâzâie la 100 Hz și rulează sub 70 Hz are de obicei o placă de circuit sănătoasă. Problema stă în mod normal în magnetic: transformatorul de putere radiază câmp parazit în treapta de intrare, iar transformatorul de ieșire rămâne fără inductanță primară înainte de a sosi notele de bas. Ambele părți sunt comandate sub același articol rând, dar sunt specificate în moduri complet diferite, iar partea mai ieftină este adesea cea care forțează o reproiectare.

Iată răspunsul scurt. Pentru aplicațiile de amplificator audio, specificați transformatorul de putere în funcție de valoarea nominală VA, tensiunea secundară la sarcină maximă, reglare, creșterea temperaturii și clasa de izolație. Specificați transformatorul de ieșire după impedanța primară, manipularea polarizării DC, materialul miezului și inductanța de scurgere. Orice altceva, de la grosimea laminarii la ghiveci și ecranare, este un rafinament al acestor articole.

Două roluri de transformator care sunt frecvent confundate

Un amplificator poate conține ambele dispozitive și nu sunt interschimbabile.

Transformatorul de putere transformă rețeaua de alimentare în șină de înaltă tensiune, de obicei 250 până la 500 V DC după rectificare, plus înfășurări de filament la 5 V sau 6,3 V. Funcționează la 50 sau 60 Hz și este dimensionat după volți-amperi, creștere termică și clasa de izolație și, de asemenea, asigură menținerea în siguranță a izolației galvanice.
Transformatorul de ieșire cuplează circuitul anodic al unui etaj de ieșire cu tub la un difuzor de 4, 8 sau 16 ohmi. Convertește un semnal de înaltă tensiune și curent scăzut într-unul de joasă tensiune și curent ridicat și blochează curentul anodului DC de la bobina vocală.

Proiectele cu stare solidă au nevoie de obicei doar de primul dispozitiv, dar transformatoarele apar în continuare în linii distribuite de 70 V și 100 V și în izolație de linie. În fiecare caz, logica specificațiilor este aceeași: potriviți mai întâi sarcina electrică, apoi controlați comportamentul termic și magnetic.

Specificarea transformatorului de putere

Evaluare și tensiune

Însumați puterea de curent continuu de înaltă tensiune și puterea de curent alternativ a filamentului, apoi adăugați 20 până la 30 la sută spațiu liber. Un transformator care funcționează continuu la valoarea nominală de pe plăcuța de identificare se va lăsa și se va fierbinte.
Indicați tensiunile secundare la sarcină maximă, nu la gol. Unitățile mici EI reglează în mod obișnuit la 10 până la 15 la sută, astfel încât o înfășurare fără sarcină de 300 V poate furniza 265 V odată ce amplificatorul consumă curent.

Limite termice și de siguranță

Clasa de izolație A (105 grade C), B (130 grade C) și F (155 grade C) setează temperatura maximă a punctului fierbinte. O unitate de clasă B cu o creștere de 60 K se comportă foarte diferit într-un dulap etanș decât în aer liber.
Rigiditatea dielectrică este verificată printr-un test de hipot, de obicei 1500 până la 3750 V AC între primar și secundar, în funcție de standardul de siguranță aplicat. Pentru aparatele de tip audio, radio și televiziune, UL 1411 și IEC/EN 61558 sunt referințele uzuale.
Miezurile toroidale atrag un curent de pornire mare, așa că permiteți o siguranță cu ardere lentă sau un dispozitiv de limitare a aprinderii în proiectare.
Un transformator proiectat pentru 60 Hz nu trebuie utilizat pe 50 Hz la același VA fără risc de saturație, deoarece fluxul de miez crește cu aproximativ 20 la sută. Fie reduceți sarcina, fie specificați de la început miezul mai mare.

Potrivirea impedanței în etapa de ieșire

Raportul de impedanță este egal cu pătratul raportului de spire. Un transformator de 5 kohm la 8 ohmi are, prin urmare, un raport de impedanță de 625:1 și un raport de spire de 25:1. Impedanța primară pe care o alegeți modifică atât puterea de ieșire, cât și distorsiunea: 3,5 kohmi furnizează de obicei mai mulți wați cu mai multă distorsiune armonică a doua, în timp ce 8 kohmi funcționează mai curat, dar mai scăzut. Verificați valoarea față de fișa tehnică a tubului și curba de impedanță reală a difuzorului, care scade și atinge vârfuri mult departe de cifra sa nominală.

Single-Ended versus Push-Pull

O etapă cu un singur capăt transportă curent de anod continuu prin primar, ceea ce orientează miezul spre saturație. Miezul trebuie să fie întrerupt, iar decalajul scade permeabilitatea efectivă, astfel încât stiva trebuie să fie mai mare pentru a ajunge la aceeași inductanță primară. Înfășurările push-pull transportă curenți continui opuși; atunci când cele două jumătăți sunt echilibrate, fluxul net este aproape de zero, deci nu este nevoie de decalaj, iar intercalarea poate fi utilizată pentru o lățime de bandă mai largă.

O țintă practică este de 20 Hz până la 20 kHz în interval de 1 dB la putere moderată, cu extensia de frecvență joasă stabilită de inductanța primară și impedanța sursei tubului de ieșire.

Formatul de bază și stilul de înfășurare comparat

Comparații tipice pentru transformatoarele amplificatoare audio; alegerea corectă depinde de circuit, nu numai de numele de bază.
Atribut	EI laminat	Toroidal	C-Core
Utilizare tipică	Puterea și sarcina de ieșire, scop general	Transformatoare de putere în șasiu compact	Ieșire și putere de înaltă calitate
Câmp magnetic rătăcit	Mai înalt, necesită distanță sau ecranare	Limitare scăzută, în câmp strâns	Moderat, mai mic decât EI
Extensie de joasă frecvență	Bun cu o stivă suficient de mare	Bine, dar greu de rupt	Bine, decalajul este practic
Gestionarea polarizării DC	Spațiul de aer tăiat în stivă, se potrivește cu un singur capăt	Dificil, necesită lipsuri sau nucleu special	Gap plasat în articulația C
Comportament de înaltă frecvență	Intercalarea reduce inductanța de scurgere	Scurgere redusă, capacitate mai mare	Scurgere redusă cu intercalare
Zumzet mecanic	Poate bâzâi dacă laminatele se slăbesc	Silențios la ghiveci, zgomot la pornire	Moderat, se îmbunătățește atunci când este prins

Limite de zumzet, zgomot și lățime de bandă

Zumzetul mecanic provine din magnetostricție și slăbirea laminărilor. Impregnarea cu lac în vid și toroidii în ghivece o reduc, iar montarea transformatorului în unghi drept pe cablajul de intrare reduce cuplarea inductivă în trepte sensibile.
Un scut electrostatic, în mod normal o singură folie de cupru cu împământare între primar și secundar, reduce cuplarea zgomotului în modul comun.
Răspunsul la frecvență joasă este stabilit de inductanța primară și impedanța de antrenare. Declinarea de înaltă frecvență este stabilită de inductanța de scurgere și capacitatea de înfășurare. Intercalarea scade inductanța de scurgere, dar mai multe straturi adaugă capacitate, deci acesta este un compromis mai degrabă decât o îmbunătățire gratuită.
Un transformator de izolare de 1:1 sau 600:600 ohmi rupe o buclă de masă fără a tăia calea semnalului și transformă o linie dezechilibrată într-una echilibrată în același timp.

Creați puncte de calitate și de testare care prezic eșecurile câmpului

Cele mai multe defecțiuni ale transformatorului care ajung la client sunt mai degrabă defecțiuni de proces decât defecțiuni de proiectare și apar într-un număr mic de locuri.

Tensiunea înfășurării și izolarea stratului. Înfășurarea CNC cu tensiune constantă previne alunecarea stratului și îngustează variația de la unitate la unitate a inductanței de scurgere.
Curaj și degajare. Banda de margine și manșonul decid dacă piesa trece în continuare un test de hipot după luni de ciclu termic, nu numai la prima probă.
Impregnarea cu lac în vid, care fixează înfășurările, blochează pătrunderea umezelii și reduce zgomotul audibil.
Testare de rutină pe fiecare unitate: raportul de spire, inductanța primară, echilibrul rezistenței DC, polaritatea, rezistența de izolație și rezistența dielectrică, mai degrabă decât verificări numai pe eșantion.

Atelierul nostru produce transformatoare electronice din 2010, cu tipurile EI ca linie principală alături de modele toroidale, de tip C, medicale, audio, de înaltă tensiune, de control industrial și de înaltă frecvență. Materialul provine de la furnizori aprobați conform unui sistem ISO 9001, iar fiecare transformator este inspectat și testat înainte de expediere. Puteți citi mai multe despre procesul de proiectare până la livrare din spatele acestor transformatoare dacă doriți să revizuiți fluxul înainte de a plasa o comandă.

Cumpărare: înfășurări personalizate sau stoc standard

Transformatoarele disponibile rareori se potrivesc cu o anumită tensiune de șină, înălțimea șasiului și standardul de siguranță în același timp, așa că înfășurarea personalizată este calea normală pentru constructorii de amplificatoare.

Ce să puneți pe fișa de specificații

Tensiunea și frecvența primară, inclusiv intervalul la care vă așteptați de fapt la priza de perete.
Fiecare secundar: tensiune la sarcină maximă, curent și dacă alimentează un redresor cu o intrare de condensator.
VA total, temperatura ambiantă, clasa de izolație și tensiunea de testare dielectrică.
Stilul de montare, tipul bobinei, lungimea cablului și înălțimea maximă deasupra PCB-ului.
Standardul de siguranță aplicabil și marcajele necesare.

Acordați toleranțe înainte de prelucrare

Inductanța primară în 10%, raportul de spire în 2% și echilibrul de rezistență DC între jumătățile push-pull în 5%.
Tensiunea și durata testului Hipot, plus cerința de eșantionare sau test de 100%.
Porniți aprobarea eșantionului pe propriul amplificator înainte de producția în masă, deoarece măsurătorile pe bancă pe o sarcină statică nu dezvăluie cum se comportă un miez întrerupt în apropierea tăierii.

Bobinele personalizate, suporturile și pregătirea plumbului au toate unelte, astfel încât MOQ și timpul de livrare ar trebui să fie confirmate împreună cu specificațiile electrice. Dacă cerința dvs. este o variantă a unui design existent, puteți trimiteți cerința de transformator personalizat direct, ceea ce de obicei scurtează considerabil etapa de eșantionare.

Întrebări frecvente

Un transformator toroidal este întotdeauna mai bun pentru audio?

Nu. Toroidii au un câmp parazit mai mic și o inductanță de scurgere mai mică, ceea ce ajută la sursele de alimentare și la performanța zgomotului. Pentru sarcina de ieșire, formatele EI și C-core rămân mai ușor de întrerupt, funcționează mai rece în modelele push-pull și sunt mai ușor de intercalat pentru o anumită țintă de lățime de bandă.

De ce transformatorul meu de ieșire se saturează sau bâzâie?

Cauzele obișnuite sunt înfășurările dezechilibrate push-pull, curentul continuu într-un miez care nu a fost niciodată întrerupt sau o stivă de laminare care și-a pierdut compresia. Verificați echilibrul rezistenței DC între jumătăți și confirmați că miezul a fost proiectat pentru curentul permanent.

Un transformator de 60 Hz poate funcționa pe o rețea de 50 Hz?

Doar cu derating. Fluxul crește cu aproximativ 20% atunci când frecvența scade, astfel încât miezul se apropie de saturație: așteptați-vă la mai mult curent de magnetizare, mai multă căldură și un posibil bâzâit audibil. Specificați un design de 50 Hz sau reduceți sarcina.

Amplificatoarele cu stare solidă au nevoie de transformatoare?

În mod normal, nu la ieșire. Au nevoie în continuare de un transformator de alimentare de la rețea, iar cuplarea transformatorului este încă folosită în liniile distribuite de 70 V și 100 V și în izolarea și echilibrarea la nivel de linie.

Tratați ambele dispozitive ca achiziții separate cu fișe de specificații separate. Fixați transformatorul de putere prin VA, tensiune secundară încărcată, reglare și clasa de izolare; Fixați transformatorul de ieșire prin impedanța primară, manipularea polarizării DC și inductanța de scurgere. Apoi confirmați în scris toleranțele, criteriile hipot și aprobarea eșantionului. Această secvență elimină cea mai mare parte a zumzerii, a saturației timpurii și a duratei de viață scurte care apar mai târziu pe bancul de testare și menține o a doua iterație de proiectare în afara bugetului proiectului.