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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
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Tecnologia di produzione di unità di avvolgimento fatte in casa. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Considerazioni e raccomandazioni generali

Non è un caso che in questo libro venga prestata particolare attenzione alla tecnologia di fabbricazione dei trasformatori. La pratica di creare un gran numero di frequenze ultrasoniche del tubo e analizzarne il lavoro ha mostrato che sono i trasformatori la principale fonte di distorsioni non lineari e di frequenza e limitano essenzialmente sia la larghezza di banda dell'amplificatore che il valore minimo ottenibile del coefficiente di distorsione non lineare.

Per capire esattamente come si esprime questa influenza, dovremo toccare un po' la teoria. Ricordiamo la condizione principale per la trasmissione di energia elettrica senza perdite (più precisamente, con le perdite minime possibili). Consiste nel fatto che le resistenze interne della sorgente e del consumatore devono essere uguali. Se in questo caso si tratta del trasferimento di energia non in una qualsiasi frequenza, ma in una determinata banda di frequenza, allora è ovvio che questa uguaglianza deve essere soddisfatta per qualsiasi frequenza all'interno della banda specificata.

Prendiamo uno stadio terminale single-ended convenzionale su un triodo a tubi con un'uscita del trasformatore, caricato con un carico attivo R. Il diagramma schematico di tale stadio è mostrato in fig. 50. Anche lì viene fornito un circuito equivalente (senza tener conto dell'influenza della fonte di alimentazione), in cui la lampada si presenta sotto forma di un generatore con una resistenza interna ridotta r Qui e sotto considereremo un modello estremamente semplificato e analizzare un circuito elementare equivalente.

Assumiamo che la resistenza interna della lampada sia in un certo modo ricalcolata nella resistenza interna del generatore r e che, in prima approssimazione, il rapporto di trasformazione del trasformatore n = 1. È ovvio che la condizione di ottimo il trasferimento di energia sarà l'uguaglianza r = R.

Considera i rapporti che l'autore ha utilizzato per molti anni per creare varie frequenze ultrasoniche.

La premessa iniziale per la derivazione delle formule di base è la seguente: miglior lampada terminale di carico, che fornisce la massima uscita non distorta, è il carico Ra, pari al doppio della resistenza interna della lampada:

Ra=2 Ri,

dove Ri è la resistenza interna della lampada (per corrente alternata).

In presenza di un trasformatore di uscita e lavorare su un carico attivo

Ra=(n^2)*Ra,

dove n è il rapporto di trasformazione del trasformatore di uscita.

In questo caso, la condizione di trasmissione ottimale è la seguente:

Ra'=(n^2)*Ra=2Ri.

Da qui otteniamo la formula per determinare il rapporto di trasformazione ottimale:

n=qrt((2Ri)/Ra).

Per facilitare la ricerca del rapporto di trasformazione desiderato in Fig. viene fornito un grafico in base al quale questo coefficiente viene determinato quasi istantaneamente. Il valore di Ri è un passaporto di riferimento. Per le lampade consigliate nel libro, questi dati sono disponibili in Tabella. 1. Per altre lampade, se questo parametro non è nella directory, può essere determinato (in kiloohm) da altri due parametri del passaporto:

Ri=u/S

dove u è il guadagno della lampada; S è la pendenza delle sue caratteristiche, mA/V.

Se r >> R, cosa che accade quasi sempre, poiché il carico di qualsiasi convertitore di frequenza ultrasonico è un sistema acustico i cui altoparlanti hanno una resistenza dell'ordine delle unità di ohm, allora la situazione può essere facilmente corretta selezionando il rapporto di trasformazione richiesto di il trasformatore di uscita. In realtà, questo è uno dei due compiti risolti dal trasformatore: separare la componente variabile utile del segnale dalla componente costante non necessaria e far corrispondere la bassa resistenza attiva del carico con la resistenza interna relativamente alta della lampada.

Tecnologia di produzione di unità di avvolgimento fatte in casa. Stadio finale del trasformatore su un triodo

Quando si calcola un trasformatore di uscita reale, non ci sarebbero problemi se il trasformatore funzionasse solo a una frequenza qualsiasi (non importa quale) e fosse utilizzato in un circuito a ciclo singolo. In pratica, abbiamo esattamente l'opposto: quasi tutte le moderne frequenze ultrasoniche vengono eseguite con stadi terminali push-pull e operano in un intervallo di frequenza molto ampio di 20 Hz ... 20 kHz. Il rapporto di frequenza di taglio è 1:1000, il che crea condizioni operative fondamentalmente diverse, e talvolta contraddittorie, mutuamente esclusive per il trasformatore. Di conseguenza, cambiano anche i requisiti imposti su di esso.

Qual è l'essenza di queste contraddizioni? Per una certa frequenza media dell'intervallo operativo (diciamo, 1000 Hz), la resistenza induttiva dell'avvolgimento primario del trasformatore è molto più alta della sua resistenza attiva (ohmica), che è determinata esclusivamente dalla lunghezza e dal diametro del filo dell'avvolgimento .

Ad esempio, per un tipico trasformatore "medio" di un ricevitore radio a valvole industriale, l'induttanza dell'avvolgimento primario è nell'intervallo 10 ... 15 H e la resistenza attiva è 500 ... 800 Ohm. Ad una frequenza di 1000 Hz, la resistenza induttiva di un tale avvolgimento xl è 62 kOhm, e quindi la resistenza attiva dell'avvolgimento (500 ... 800 Ohm), collegata in serie con la sua resistenza induttiva, può essere semplicemente trascurata: il le perdite su di esso sono di circa l'1%.

Tuttavia, alla frequenza estremamente più bassa del campo operativo (e anche per i migliori e più costosi modelli di ricevitori radio non scendeva al di sotto di 60 ... segnale.

Tecnologia di produzione di unità di avvolgimento fatte in casa. Grafico per la determinazione del rapporto di trasformazione del trasformatore di uscita

Se volessimo utilizzare un tale trasformatore in un amplificatore moderno, dove il limite inferiore della gamma operativa è di 20 Hz, a questa frequenza la perdita di segnale raggiungerebbe già il 70%, ad es. un segnale con una frequenza di 20 Hz non poteva essere riprodotto affatto.

Quindi cosa si dovrebbe fare per risolvere questo problema? La risposta è ovvia: è necessario aumentare l'induttanza dell'avvolgimento primario e contemporaneamente ridurne la resistenza attiva. È possibile aumentare l'induttanza aumentando il numero di spire dell'avvolgimento e riducendo le perdite nel circuito magnetico del trasformatore. Ma con un aumento del numero di giri, aumenta anche la resistenza attiva dell'avvolgimento e abbiamo bisogno che diminuisca. C'è solo un modo per ridurre la resistenza dell'avvolgimento con un aumento del numero dei suoi giri: aumentando la sezione trasversale (diametro) del filo dell'avvolgimento, ma sarà necessario più spazio per posizionare l'avvolgimento sul telaio e questo comporterà un aumento degli ingombri del trasformatore.

Che cosa valori reali dell'induttanza dell'avvolgimento primario e della sua resistenza attiva può essere considerato accettabile per le moderne UHF con un limite di larghezza di banda inferiore di 20 Hz? Se impostiamo il valore massimo consentito di perdita di segnale alla frequenza inferiore dell'intervallo del 10%, i calcoli daranno L = 40 H a r = 500 Ohm

XL \u2d 6,28 pfL \u20d 40 x 5 x 0,5 \u0,1d XNUMX kOhm; r = XNUMX kOhm; r = XNUMXXL.

Un calcolo costruttivo di un tale trasformatore "teorico", tenendo conto del fatto che per un circuito push-pull dovrebbero esserci due avvolgimenti primari e non uno, fornisce un valore di 1500 ... 2500 giri di filo PEL o PEV con un diametro (per il rame!) 0,44 ... 0,51 mm per l'avvolgimento primario e 50 ... 150 spire di filo con un diametro di 0,8 ... 1,2 mm per il secondario. Affinché questi avvolgimenti siano posizionati sul telaio, la dimensione della sua finestra dovrebbe essere di circa 20x50 mm, il che porta alla necessità di utilizzare un trasformatore con una sezione del circuito magnetico di almeno 10 ... 12 cm con un amplificatore potenza di uscita di soli 10 ... 15 W. Per amplificatori con una potenza di uscita di 40 W, la sezione trasversale aumenta di conseguenza a 15 ... 18 cm.

Per fare un confronto, ricordiamo che un tale pacchetto di ferro (sezione 30x63 mm) aveva ... un trasformatore di alimentazione del TV Rubin-102 con una potenza di 150 W! Questo è il prezzo odierno per la fascia più bassa della larghezza di banda dell'amplificatore a 20 Hz.

Parliamo ora del prezzo di un altro indicatore - la non identità di queste due metà dell'avvolgimento primario, avvolte dal metodo tradizionale, immancabilmente utilizzato nella produzione industriale - l'una sull'altra. Diamo un'occhiata più da vicino alla sezione del telaio della bobina del trasformatore di uscita, mostrato in Fig. 52. All'inizio, una metà dell'avvolgimento primario è stata avvolta sul telaio, quindi sono seguiti uno o più strati di isolamento e successivamente è stata avvolta la seconda metà dell'avvolgimento (per semplificare l'immagine, non terremo conto del presenza dell'avvolgimento secondario). Allo stesso tempo, è abbastanza ovvio che la lunghezza del primo giro (alla base del telaio) era significativamente inferiore alla lunghezza dell'ultimo giro della seconda metà dell'avvolgimento. Tuttavia, la parola "significativamente" in questo caso è inaccettabile: ci interessa il lato quantitativo della questione.

Per cominciare, per non caricare il lettore con calcoli ingombranti, passiamo ai più semplici calcoli aritmetico-geometrici. Si può vedere dalla figura che la lunghezza del primo giro (interno) è 4+3+4+3=14 cm e l'ultimo (esterno) - 7+8+7+8=30 cm. non ci interessano le lunghezze delle due spire estreme, ma le lunghezze comparative delle spire centrali nella prima e nella seconda metà dell'avvolgimento, poiché sono direttamente proporzionali ai valori delle resistenze attive di queste due metà. Dalla stessa figura si può vedere che saranno l1 = 4+5+4+5 = 18 cm e I2 = 6+7+6+7 = = 26 cm Poiché l'intero avvolgimento è avvolto con lo stesso filo, il rapporto delle resistenze attive delle due sue metà sarà lo stesso, cioè con una resistenza totale di 500 ohm, la metà inferiore avrà una resistenza di r1 = 200 ohm e la metà superiore avrà una resistenza di r2 = 300 ohm.

Tecnologia di produzione di unità di avvolgimento fatte in casa. Sezione del telaio del trasformatore di uscita

Ancora una volta, faremo una riserva sul fatto che questo calcolo è abbastanza approssimativo, ma anche esso porta al seguente risultato: se due triodi con una corrente anodica di 100 mA ciascuno vengono utilizzati nello stadio finale con una tensione di alimentazione di 120 V (per esempio, lampade 6S19P), quindi di conseguenza caduta di tensione sulla resistenza attiva costante degli avvolgimenti

U1=Ia*r1=0,1x200=20B; U2=Iar2=0,lx300=30B

120 - 20 \u100d XNUMX V rimarranno sull'anodo della prima lampada e sull'anodosecondo -120-30 = 90 V.

Pertanto, con il metodo classico di avvolgimento di un trasformatore e l'assoluta uguaglianza del numero di giri delle due metà dell'avvolgimento primario, le tensioni agli anodi delle due lampade terminali differiranno del 10%, il che, ovviamente, sarà escludere la possibilità di ottenere distorsioni non lineari entro l'1%.

Questo è il prezzo della tecnologia di avvolgimento "classica" del trasformatore di uscita. A questo va aggiunto che le induttanze di entrambe le metà dell'avvolgimento non saranno le stesse, poiché la formula per l'induttanza di una bobina cilindrica multistrato include i diametri delle spire inferiore e superiore, e risulteranno diversi per le due metà dell'avvolgimento.

Ma perperché consideriamo tutti questi problemi in modo così dettagliato, invece di fornire solo dati di progettazione e avvolgimento specifici dei trasformatori? Con l'unico scopo: in primo luogo, affinché il radioamatore comprenda che i requisiti per la progettazione dei trasformatori, che dovrà affrontare in futuro, non sono affatto ingiustificati o eccessivi, e, in secondo luogo, che nella fabbricazione dei trasformatori egli costantemente seguito le nostre istruzioni e raccomandazioni.

Passiamo al lato pratico delle cose. Iniziamo scegliendo il tipo di nucleo magnetico per i trasformatori di uscita. Dal punto di vista della qualità del funzionamento del trasformatore, la forma del suo circuito magnetico in ferro non è significativa, ma dal punto di vista della comodità dell'avvolgimento, è meglio utilizzare circuiti magnetici del tipo a barra divisa a nastro a forma di O. In questo caso, su ciascuna delle due aste sono posizionati due telai assolutamente identici con due avvolgimenti assolutamente identici, il che in linea di principio elimina la differenza nei dati elettrici di questi avvolgimenti.

L'avvolgimento di ciascuna delle due bobine in questo caso non richiede particolari azioni e viene effettuato su una tradizionale bobinatrice con un "carrier" (coil stacker) e un contatore del numero esatto di spire, che permette di eseguire l'avvolgimento ordinario denso strato per strato "da bobina a bobina". È inaccettabile avvolgere le bobine alla rinfusa.

Sulla metà dell'avvolgimento primario su ciascuna delle due bobine, metà delle spire dell'avvolgimento secondario sono avvolte allo stesso modo e, dopo aver assemblato il trasformatore, entrambe le metà dell'avvolgimento primario e secondario sono collegate in serie. Un tale trasformatore è ideale in termini di identità completa delle parti simmetriche dei suoi avvolgimenti e presenta campi vaganti esterni trascurabili.

Può fare un buon trasformatore di uscita esunucleo magnetico corazzato laminato da singole piastre a forma di W, tuttavia, la sua fabbricazione è più laboriosa e richiede operazioni aggiuntive.

La prima difficoltà è legata al circuito magnetico stesso. Innanzitutto bisogna tenere conto del fatto che le lastre con uno spessore di 0,5 mm non sono adatte ai nostri scopi. Lo spessore massimo consentito è 0,35 mm, e se il ferro è 0,2 mm, anche meglio.

Dopo aver assemblato un pacchetto dello spessore richiesto, dovresti aggiungere almeno il 10% di piastre di riserva aggiuntive (e ponticelli) in riserva. Tutte le piastre e i ponticelli devono essere rivestiti su entrambi i lati con una pistola a spruzzo con qualsiasi vernice nitro o zaponlak liquido, quindi asciugati accuratamente (all'aria, al sole o al forno). Questa misura è necessaria per ridurre al minimo le perdite nel nucleo magnetico dovute alle correnti di Foucault. Successivamente, ogni piastra e ponticello devono essere esaminati per l'assenza di bave e tacche su di essi, che, durante l'assemblaggio della confezione, possono rompere (graffiare) lo strato protettivo di vernice o vernice. I difetti rilevati possono essere eliminati con una lima ad ago, una mola a smeriglio fine o un coltello. È ancora meglio sostituire le piastre difettose tra quelle di riserva.

Il prossimo problema è il frame partizionato. Molto probabilmente, nessuno di quelli industriali ti andrà bene, soprattutto se non è separabile. Ma prima di iniziare a realizzare il telaio da soli, è necessario fermarsi a una delle tre opzioni di avvolgimento mostrate in fig. 53. L'opzione “a” presuppone la presenza di un telaio, diviso esattamente a metà da un ulteriore guanciale interno per l'intera altezza del serramento. In questo caso, in ciascuna sezione viene avvolta una metà dell'avvolgimento primario, sopra la quale, dopo diversi strati di isolamento (carta per cavi o tela verniciata), vengono posate esattamente metà delle spire dell'avvolgimento secondario in ciascuna sezione. Le sezioni degli avvolgimenti primario e secondario (ovviamente a parte) sono collegate in serie.

Tecnologia di produzione di unità di avvolgimento fatte in casa. Tre opzioni per l'avvolgimento sezionato del trasformatore di uscita

Nell'opzione "b", la guancia centrale ha un'altezza inferiore, a filo con le metà dell'avvolgimento primario. Dopo il loro avvolgimento, vengono posati due o tre strati di isolante in carta per cavi sull'intera larghezza del telaio e, dall'alto, anche sull'intera larghezza del telaio, l'intero avvolgimento secondario viene avvolto senza rompersi.

Infine, l'opzione c prevede la suddivisione del telaio in tre sezioni identiche. Nelle due sezioni estreme sono avvolte metà dell'avvolgimento primario e nella sezione centrale l'intero avvolgimento secondario. Da un punto di vista elettrico, tutte e tre le opzioni sono equivalenti, quindi il progettista può sceglierne una qualsiasi.

Le piastre del nucleo magnetico sono assemblate end-to-end, senza spazi vuoti, poiché non c'è polarizzazione CC nei circuiti push-pull. È auspicabile sottoporre il trasformatore assemblato a un trattamento a prova di umidità, che è abbastanza semplice da implementare a casa. Per fare ciò, in una lattina di ferro da cibo in scatola o qualsiasi altro utensile simile (pentola, ciotola), all'interno della quale può stare del tutto o almeno in parte il trasformatore di uscita, è necessario sciogliere e riscaldare la cera, la paraffina, la stearina o industriale bene ceresina. Il trasformatore viene calato nel barattolo e tenuto al suo interno per 2...3 minuti, riscaldando continuamente la massa fusa.

Dopo il completo raffreddamento (a temperatura ambiente), le gocce congelate, se interferiscono con il fissaggio del trasformatore, possono essere accuratamente rimosse con una spatola di legno o plastica (ma non con un coltello d'acciaio!). Se possibile, si consiglia di posizionare il trasformatore finito in un solido involucro di metallo-schermo prima dell'installazione sul telaio. Questo deve essere fatto per escludere l'effetto dei suoi campi elettrici e magnetici. su lampade, cavi stampati esposti, operatori e cavi di collegamento, prevenendo così il verificarsi di feedback parassiti incontrollati.

Successivamente, forniremo i dati di progettazione dei circuiti magnetici e i dati elettrici degli avvolgimenti per tutti gli amplificatori descritti nel libro, nonché i dati degli avvolgimenti dei trasformatori di potenza consigliati e delle induttanze di filtro.

Si avverte però subito che l'esatta ripetizione dei dati forniti con una precisione di un giro e l'utilizzo dei diametri consigliati del filo di avvolgimento non è sempre ottimale, ed in alcuni casi può portare al fatto che tutti gli avvolgimenti non adattarsi alla finestra cornice.

Il fatto è che i pacchetti di circuiti magnetici utilizzati dai radioamatori possono variare molto, a volte più volte, tra loro nella qualità dell'acciaio per trasformatori, il che porta a induttanze diverse con assolutamente lo stesso numero di spire e, di conseguenza, ad un modalità non ottimale delle lampade terminali in termini di potenza di uscita non distorta.

Il fattore di riempimento delle finestre con avvolgimenti dipende anche da molti dati: dal tipo di fili di avvolgimento utilizzati (PE, PEL, PEV-1, PEV-2, ecc.), aventi lo stesso diametro di rame (ad esempio 0,2 mm) esterno reale diametri da 0,215 a 0,235 mm; sul tipo e spessore dell'isolamento tra strati e avvolgimenti (sigaretta, condensatore, carta per cavi, tela verniciata, carta patinata, carta da disegno); sul numero di strati di tale isolamento; sulla densità dell'avvolgimento e sul grado di tensione del filo; sulla completezza del riempimento di ogni strato di avvolgimento con spire e una serie di altri fattori.

Alcuni suggerimenti importanti:

1. Scegli i nuclei magnetici realizzati con gradi di acciaio per trasformatori di alta qualità.

2. Quando si avvolge l'avvolgimento, eseguire due o tre colpi all'inizio o alla fine con incrementi del 5% del numero totale di giri. Ciò consente, se necessario, di selezionare il numero di giri ottimale.

3. Avvolgere gli avvolgimenti solo in modo ordinario, avvolgendo strettamente un giro in un giro dalla guancia alla guancia del telaio, senza lasciare spazi vuoti ai bordi.

4. Assicurati di creare un tampone isolante di carta sottile (sigaretta o condensatore) dopo ogni strato di avvolgimento in modo che le spire della fila successiva non cadano vicino alle guance del telaio negli strati inferiori.

5. Evitare di utilizzare fili di avvolgimento di diametro maggiore di quello indicato nella descrizione. In caso contrario, gli avvolgimenti potrebbero non adattarsi alla finestra del telaio e il trasformatore dovrà essere riavvolto. Tieni presente che l'uso di un filo di diametro leggermente inferiore non influirà in modo significativo sui parametri dell'amplificatore, ma garantirà che tutti gli avvolgimenti si adattino alla finestra del telaio.

Letteratura

1. Frequenze ultrasoniche del tubo di alta qualità

Autore: tolik777 (alias Viper); Pubblicazione: cxem.net

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