Как рассчитать мощность трансформатора для усилителя мощности, какой выбрать и как сделать своими руками

Во многих электронных устройствах (радиоприемниках, телевизорах, компьютерах, магнитофонах, плеерах, мобильных телефонах) присутствует усилитель мощности. Независимо от вида оборудования его задача заключается в преобразовании внутреннего сигнала в звук. Мощность трансформаторов, используемых для усилителя мощности, зависит от того, какая громкость требуется на выходе.

Устройство и принцип работы усилителя звука

Усилителем звука называется комплект деталей, установленный на плате, с входом и выходом, для работы которого необходим внешний источник питания. Усилитель мощности (УМ) всегда расположен на выходе, поэтому его называют оконечным.

Такое устройство может усиливать:

  • частоту звука в целом (УЗЧ);
  • низкую частоту (УНЧ);
  • мощность высокой частоты (УМЗЧ).

Выполняется как часть (функциональный блок) аппаратуры или самостоятельное устройство.

Для больших антенн и громкоговорителей требуются усилители с высоким коэффициентом усиления (десятки или даже сотни кВт). Он достигается одновременным повышением тока и напряжения. Эти устройства бывают бестрансформаторные и трансформаторные.

Самый распространенные в быту ламповые трансформаторные усилители. В профессиональном оборудовании трансформатор используется, если необходимо сгладить звенья длинной проводки, разведенной по сравнительно большой площади.

Трансформаторным называется усилитель, в котором это устройство установлено на выходе для гармонизации низких частот и предохранения оборудования от короткого замыкания.

Основной недостаток использования в усилителе звука трансформатора – увеличение габаритов и веса.

УМЧЗ усиливает сигналы, содержащие информацию о звуке в телемеханике, вычислительной и измерительной технике, дефектоскопии. В этот вид усиливающей аппаратуры кроме УМ устанавливается предварительный усилитель с эквайзером или регулятором тембра и громкости. Его предназначение – доведение напряжения и мощности до показателей, необходимых для функционирования оконечного УМ, подключенного к модулятору приемника, наушникам, колонкам.

УНЧ встраиваются в радиотрансляционное, звукозаписывающее и звуковоспроизводящее оборудование, в том числе в транспортных средствах.

Трансформатор

Выход усилителя звука (УЗ) может быть одно- или двухкаскадный, работающий в одном из трех режимов:

  • А (однотактный) – транзисторы и лампы расположены в линейном порядке, УЗ без режимов ограничения тока, перенасыщения;
  • В (двухтактный) – все активные элементы воспроизводят однополярный сигнал практически без искажений, нелинейные искажения компенсируются транзисторами или лампами;
  • АВ (двухтактный) – промежуточный режим между А и В;
  • D – для работы в ключевом режиме путем преобразования входного сигнала в ШИМ-импульсы, управляемые выходным ключом, звук восстанавливает выходной LC-фильтр.

Варианты схематических решений

Самый простой усилитель класса низких частот состоит из двух одинаковых транзисторов, подключенных через эмиттер (биполярный транзистор), и выходного трансформатора, первичная обмотка которого состоит из 2-х одинаковых половин. Питание из внешнего источника на транзисторы подается через первичную обмотку.

На один транзистор подается положительное, на второй – отрицательное напряжение, которое периодически меняется на противоположное. Транзисторы работают поочередно, поэтому прибор называется двухтактным. Токи суммируются к обмотке, оконечный трансформатор выдает более низкие и мощные колебания.

Первая схема для усилителя

Для повышения мощности в схему включаются резисторы, снимающие напряжение смещения с транзисторов. На трансформатор ток подается через половинки вторичной обмотки, соответствующие половинкам первичной. Высокие частоты на выходе отделяет конденсатор. Для питания такого УЗ можно использовать сетевой блок питания или батарейки.

В двухтактном УМЧЗ 2 трансформатора: входной (предварительный) и выходной (оконечный), напряжение на транзисторы подается из первого. Один транзистор открывается, второй остается закрытым, через какое-то время положение меняется на противоположное. Для питания требуется блок из резисторов, конденсаторов, сетевого фильтра, силовых транзисторов, переключающих напряжение.

Схема для 25-ваттного усилителя

Какой трансформатор нужен

При покупке, аренде или изготовлении УЗ учитывается требуемая мощность и вид акустической системы.

Какая мощность лучше, определить достаточно сложно. Все зависит от личных предпочтений. Кому-то в квартире требуется 500 Вт, кто-то способен озвучить большой зал при 200 ваттах. Важна так же чувствительность акустики и грамотность специалиста, который будет сидеть за пультом.

Не менее важны такие параметры, как чистота звука и надежность оборудования, но определить их можно только косвенно.

При выборе достаточно учесть, что мощность усилителя должна быть выше мощности акустической системы. В противном случает УЗ не сможет обеспечить необходимые для работы колонок условия.

Трансформатор усилителя

Расчет параметров

Усилители и акустика для использования в быту работают на комфортной громкости, равной 5-10% от мощности, указанной в техдокументации. При использовании профессионального оборудования показатель увеличивается до 40-60%.

Слушать что-то при максимальной мощности просто невозможно, так как звук сильно искажается. То есть, при покупке профессионального усилителя на 1 киловатт необходимо учесть, что во время работы будет использоваться примерно 300 Вт на усиление звука, при потреблении электроэнергии 700 Вт.

Бытовой прибор на 200 Вт отключится при мощности 100 Вт (если имеется встроенная система защиты). На максимуме он способен работать всего несколько секунд при озвучивании громких звуков (например, выстрелов при просмотре фильма).

Цена будет зависеть от качества колонок: чем оно выше, тем меньше может быть мощность усилителя.

Трансформаторы

Как выбрать подходящий

Основной ориентир – цель покупки усилителя. При питании от автономного генератора акустика должна быть максимально чувствительная, усилитель с высоким КПД (желательно класса «Д»).

При питании от электросети выбор шире, так как ограничивается качеством акустики, площадью и личными предпочтениями. Цена будет зависеть от качества колонок – чем оно выше, тем меньше может быть мощность усилителя.

Изготовление тороидального трансформатора своими руками

Тороидальный трансформатор является лучшим вариантом для усилителя благодаря сильному выходному сигналу, небольшим габаритам, невысокого сопротивления и высокого КПД.

Выбор материала сердечника

Тор обязательно должен быть изготовлен из специальной стали, если усилитель подключается к бытовой электросети. При питании от постоянного тока 12 В сердечник может быть ферритовый.

Как рассчитать

Для расчета мощности используется формула:

P=U*I*cosf/n, где:

U – напряжение холостого хода

I – ток

cos f = 0,8 (коэффициент мощности)

n =0,7 (коэффициент КПД)

Для определения площади сечения сердечника, соответствующего рассчитанной мощности, используется специальная таблица. Далее нужно найти другую таблицу, по которой определяется количество витков в зависимости от площади сечения тора.

Трансформатор

Как изготовить: пошаговая инструкция

Каркас нужно сделать из прочного диэлектрика. Провода лучше всего выбрать медные в эмалевой изоляции с сечением 1-2 мм (для первичной обмотки) и 5-7 мм (для вторичной) при токе 25 А на первичной и 150-200 А на вторичной обмотке. Обе обмотки распределяются по всему тору.

Особое внимание уделяется первичной обмотке. Каждый слой необходимо заизолировать строительным скотчем или лакотканью, нарезанной полосками с шириной 1,2 см.

 Проверка

Первая проверка (измерение тока холостого хода) проводится после того, как закончена намотка первички. Тестер в режиме амперметра подключается последовательно вместе с лампочкой накаливания на 40 Вт. Источник света горит, если витков недостаточно, если все в порядке, нить накала розовая. Чем меньше ампер показывает прибор, тем лучше (оптимально ниже 10 мА).

После намотки второй обмотки необходимо проверить трансформатор на обрывы и замыкание между обмотками и на корпус. О разрыве свидетельствует единица на экране тестера при измерении сопротивления обмотки. При замыкании между витками первой обмотки слышится треск и появляется дым. Вторичная обмотка неисправна, если результат на экране на 20 или более процентов ниже контрольного.

Комментарии
  1. Александр

    В этом самое главное первый и последний этапы. Во-первых, надо рассчитать все без малейшего отклонения. Во-вторых, без хорошей первичной обмотки может ничего не выйти

Добавить комментарий
Adblock
detector