elrond1_2eleven (elrond1_2eleven) wrote,
elrond1_2eleven
elrond1_2eleven

Categories:

Тороидальное

Захотелось мне тут написать про тороидальные трансформаторы... Ну а желаниям своим я обычно потакаю.

Так вот, в „аудиофильском“ усилителе, который мне довелось починять (и во многих других, которые мне починять не доводилось, тоже) все трансформаторы намотаны были на тороидальных сердечниках. Не знаю как насчёт аудиофилов, а мне мой довольно долгий уже опыт чтения литературы и изготовления ламповых увеселителей говорит о том, что это блажь и ненужные понты. Это был спойлер, а дальше пойдёт обоснование.

Итак, каковы же преимущества тороидальных трансформаторов и существенны ли они для лампового усилителя звуковой частоты?

Преимущество первое — меньшая масса при той же габаритной мощности, особенно учитывая, что тороидальные сердечники мотают из специальных холоднокатаных трансформаторных сталей Э310, Э320, Э330 с высокими допустимыми значениями магнитной индукции (1,4 Тл = 14 000 гс). Довольно очевидно, что высокая удельная мощность трансформатора важна для портативных и переносных приборов, к каковым ламповый усилитель не относится хотя бы по причине сетевого питания. Предвидя возражения — установленный в автомобиле усилитель мало отличается от стационарного, рук хозяину он не отрывает, а плеч не оттягивает. Гитарные комбики и прочую сценическую технику тоже возят транспортом и таскают на руках недалеко и недолго. Итак, с точки зрения эксплуатации, относительная лёгкость тороидальных трансформаторов значения не имеет.

Преимущество второе — собственно, основное и главное преимущество тороидов с точки зрения конструктора — малое магнитное поле рассеяния трансформатора на замкнутом круговом сердечнике с равномерно распределёнными по оному витками обмоток. Эта особенность в выходных и силовых трансформаторах работает двояко.
Выходной трансформатор на тороиде, во-первых, наименее чувствителен к магнитным наводкам. Что ж, допустим, усилитель имеет мощность 10 Вт. Чтобы получить динамический диапазон 60 дБ, мощность всех шумов и фона должна быть в миллион раз меньше, то есть, чтобы магнитная наводка была значима, выходной трансформатор должен воспринять от неё 0,01 мВт и передать в нагрузку, допустим, 8 Ом. Для этого необходимо развить ЭДС действующим значением корень квадратный из 0,08 мВ2, приблизительно 0,3 мВ. Для трансформатора сечением порядка 6 см2 во вторичной обмотке при этом будет 120 витков, стало быть, в каждом витке должна быть наведена ЭДС индукции в 2,5 мкВ, что на частоте 50 Гц (самая мощная магнитная наводка понятно откуда) в линейном приближении и поделивши на площадь сердечника и на магнитную проницаемость стали, приняв её действующее значение за 400 с учётом всевозможных магнитных сопротивлений, получим индукцию поля наводки, самое большее, 0,2 мТл. Это лишь в 4 раза больше полного значения индукции магнитного поля Земли. То есть, если начать вертеть этот трансформатор в магнитном поле Земли с частотой 3000 1/мин, получится наводка вчетверо меньше.
Это была лирика в духе американских популярных книжек, любящих завалить читателя цифрами. Если говорить грубо практически, то заявленная величина динамического диапазона 60 дБ уже завышена, реализовать его будет трудно даже в избушке лесника посреди тайги, в ней комары со сверчками больше шума создадут, чем усилитель. На практике наводка на выходной трансформатор имеет значение только в том случае, если конструктор оказался без головы и расположил его максимально близко к силовому да ещё и параллельно, так, чтобы потокосцепление оказалось наибольшим. Такие конструкторы, к счастью, в природе уже почти не встречаются.
Ещё магнитная наводка на выходной трансформатор может иметь значение в очень чувствительных микрофонных усилителях, охваченных обратной связью с самого выхода на самый вход. Усилителей с таким охватом обратной связью, правда, тоже не строят, посему уменьшать магнитное рассеяние выходного трансформатора для борьбы с наводками, как правило, занятие бестолковое.
Также магнитное рассеяние выходных трансформаторов влияет на их фазовую характеристику, но фазовые искажения человеческое ухо, к счастью, не воспринимает вовсе, а усилителей с таким охватом отрицательной обратной связью, которая из-за фазовых искажений может стать положительной и привести к самовозбуждению, повторюсь, в здравом уме не строят.

Во-вторых, магнитное рассеяние выходного трансформатора понижает верхнюю границу частотного диапазона усилителя. Её мы положим на значении 20 кГц. Аудиофилам, утверждающим, что они слышат более высокие частоты, или что эти частоты, хоть и неслышимые, влияют на „прозрачность“ звука я недвусмысленно предлагаю прогуляться лесом, чтобы не смешить людей, знакомых с физикой и физиологией, и не коверкать умы тех, кто с ними познакомиться хочет. После сего предисловия хочу сказать, что, во-первых, на звуковой частоте куда важнее собственная ёмкость обмотки, а во-вторых, я сам получал при рядовой послойной намотке с бумажными прокладками на обычном броневом сердечнике из Ш-образных пластин с немагнитным зазором (однотактная схема) верхнюю границу 40 кГц по ослабению 6 дБ и 30 кГц по ослаблению 3 дБ (по напряжению на активном эквиваленте нагрузки) относительно плоского участка АЧХ. Такие же числа дают силовые трансформаторы ТН в двухтактных схемах, и этого более чем достаточно. И вообще, для уменьшения биений гармоник и интермодуляционных искажений полосу частот желательно, наоборот, резать фильтрами с крутой кривой спада, сужая до необходимого минимума, и в сравнительно быстром спаде АЧХ на высоких частотах один из корней специфического „лампового“ звука, поскольку транзисторные бестрансформаторные усилители, как правило, имеют полосу до сотен килогерц и совершенно излишние биения между высшими гармониками словить легче.

В силовых трансформаторах, поскольку их частотный диапазон навеки определён ГОСТом в рамках (50±2) Гц (и весьма редко 400 Гц), значение имеет только первый смысл магнитного рассеяния (только наоборот — как источник наводок на другие цепи) и фактор понижения КПД трансформатора. О понижении КПД трансформатора речь вести не будем, эффект этот слишком мал по сравнению с потерями 5÷10 % в меди, на гистерезис и токи Фуко, то бишь на банальный разогрев трансформатора и окружающей среды. Силовой трансформатор как источник наводок в ламповом усилителе имеет значение опять же в двух случаях — когда конструктор компоновал монтаж без применения головы и когда чувствительность первого каскада весьма велика и измеряется единицами милливольт и менее, то бишь, для микрофонных входов и входов для магнитных звукоснимателей (магнитная запись и грамзапись). Случай охвата многих каскадов обратной связью, которая из-за наводки может из отрицательной обратиться в положительную и привести к самовозбуждению, не рассматриваем опять-таки, поскольку в здравом рассудке таких усилителей не строят. Так вот, после долгих предисловий короткое резюме — тщательное экранирование силового трансформатора, фильтрового дросселя и входных цепей чувствительных усилителей производится в любом случае, и несколько меньшее рассеяние тороида по сравнению с обычным броневым при разумной компоновке большого значения не имеет. Опять-таки, я не встречал на практике случаев, когда фон переменного тока был вызван именно магнитной наводкой на входную цепь, а не электростатической наводкой, просачиванием пульсаций сквозь плохие фильтры в цепи анодного питания или проникновением накального напряжения через изоляцию между катодом и подогревателем.

Рассмотрев бесполезные преимущества, рассмотрим и существенные недостатки тороидального трансформатора.

Во-первых, конечно, его очень неудобно наматывать. Разрезные тороидальные сердечники использовать бессмысленно, поскольку в месте разреза, как ни пришлифовывай половинки и какими ферромагнитными пастами ни мажь, образуются, во-первых, немагнитный зазор, из-за чего возникает то самое магнитное рассеяние, во-вторых, место короткого замыкания отдельных витков ленты, следствием чего являются потери на токи Фуко. Соответственно, для намотки на замкнутый сердечник нужно либо иметь специальный станок, либо мотать вручную, перематывая тонкий провод на челнок в роде того, каким плетут сети или ткут ленты, а толстый провод сматывая предварительно в бублик, пропущенный в сердечник, как одно звено цепи в другое, и наматывать уже с этого бублика (возможно, скоро я домотаю тороид и покажу фотографии, будет понятнее). Соответственно, тороид весьма трудоёмок в изготовлении и потому дорог.

Во-вторых, тороид очень плохо относится к однополупериодным выпрямителям (а в ламповой технике часто используют двуплечие выпрямители „половина моста“ на двух обмотках и двуханодном кенотроне или двух диодах, которые являются, по сути, комбинацией двух однополупериодных). В однополупериодном выпрямителе через трансформатор протекает постоянная составляющая тока, которая создаёт постоянное подмагничивание сердечника и уменьшает его действующую проницаемость. В обычном трансформаторе неизбежный немагнитный зазор уменьшает это вредное влияние, а в тороиде немагнитного зазора нет. Кажется, что двуплечий выпрямитель, как и двухтактный усилитель, создаёт двумя обмотками два противоположно направленных магнитных поля, которые компенсируют друг друга, но это не так, потому что, в отличие от выходного каскада, как правило, рассчитанного в классе A (без отсечки) или AB (одна из ламп запирается менее, чем на полпериода), выпрямитель работает, так сказать, в класcе B, то есть с отсечкой в полпериода (180°) для того случая, когда нагрузка чисто активная, а в самом распространённом случае, когда выпрямитель нагружен ёмкостью, угол отсечки становится ещё меньше. Соответственно, когда одна обмотка работает, во второй вентиль заперт и ток не течёт, никакой компенсации полей подмагничивания не происходит.

Резюмируя — безусловно, применять тороидальные трансформаторы в ламповых звуковых усилителях можно, если очень хочется. Но если не хочется, без них прекрасно обходятся.

Tags: all-in-all i'm just another brick in the, и Гена Чебурашкин друг, лампы
Subscribe

Posts from This Journal “лампы” Tag

  • (no subject)

    Приснилось, что у меня спёрли американскй радиоприёмник с оригинальными лампами. Он был безумно красивый пресловутой „внутренней…

  • За что я люблю двухсотенные лампочки

    И светят ярко, и перегорают, бывает, очень красиво.

  • Рекорд-354 - новое продолжение

    После переделки передней панели и смены динамиков радиола 3-го класса опять дала неисправность: слабый „мерцающий“ звук, совсем…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments