Herstellungstechnologie selbstgebauter Wickeleinheiten. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Röhren-Leistungsverstärker

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Allgemeine Überlegungen und Empfehlungen

Es ist kein Zufall, dass in diesem Buch der Technologie zur Herstellung von Transformatoren besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die Praxis, eine große Anzahl von Röhren-Ultraschallfrequenzen zu erzeugen und ihre Arbeit zu analysieren, hat gezeigt, dass Transformatoren die Hauptquelle für nichtlineare und Frequenzverzerrungen sind und sowohl die Verstärkerbandbreite als auch den minimal erreichbaren Wert des nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten im Wesentlichen begrenzen.

Um genau zu verstehen, wie sich dieser Einfluss ausdrückt, müssen wir ein wenig auf die Theorie eingehen. Erinnern wir uns an die Hauptbedingung für die Übertragung elektrischer Energie ohne Verluste (genauer gesagt mit möglichst geringen Verlusten). Es besteht darin, dass die Innenwiderstände von Quelle und Verbraucher gleich sein müssen. Wenn es sich in diesem Fall um die Übertragung von Energie nicht bei irgendeiner Frequenz, sondern in einem bestimmten Frequenzband handelt, dann ist es offensichtlich, dass diese Gleichheit für jede Frequenz innerhalb des angegebenen Bandes erfüllt sein muss.

Nehmen wir eine herkömmliche unsymmetrische Endstufe an einer Röhrentriode mit Transformatorausgang, die mit einer aktiven Last R belastet ist. Das schematische Diagramm einer solchen Stufe ist in Abb. 50 dargestellt. XNUMX. Dort ist auch ein Ersatzschaltbild (ohne Berücksichtigung des Einflusses der Stromquelle) angegeben, bei dem sich die Lampe in Form eines Generators mit reduziertem Innenwiderstand r darstellt. Hier und im Folgenden betrachten wir ein stark vereinfachtes Modell und analysieren ein elementares Ersatzschaltbild.

Wir nehmen an, dass sich der Innenwiderstand der Lampe gewissermaßen in den Innenwiderstand des Generators r umrechnet und dass in erster Näherung das Übersetzungsverhältnis des Trafos n = 1 ist. Es ist offensichtlich, dass die Bedingung für optimale Energie Übertragung wird die Gleichheit r = R sein.

Betrachten Sie die Verhältnisse, die der Autor seit vielen Jahren verwendet, um verschiedene Ultraschallfrequenzen zu erzeugen.

Die Ausgangsprämisse für die Herleitung der Grundformeln ist folgende: Best-Load-Terminal-Lampe, die eine maximale unverzerrte Ausgabe liefert, ist die Last Ra, die dem doppelten Innenwiderstand der Lampe entspricht:

Ra=2Ri,

wobei Ri der Innenwiderstand der Lampe ist (bei Wechselstrom).

Bei Vorhandensein eines Ausgangstransformators und Arbeiten an einer aktiven Last

Ra=(n^2)*Ra,

wobei n das Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators ist.

In diesem Fall sieht die optimale Übertragungsbedingung wie folgt aus:

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

Daraus ergibt sich die Formel zur Bestimmung des optimalen Übersetzungsverhältnisses:

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

Um die Suche nach dem gewünschten Übersetzungsverhältnis in Abb. Es wird ein Diagramm angegeben, nach dem dieser Koeffizient fast sofort bestimmt wird. Der Wert von Ri ist ein Referenzpass. Für die im Buch empfohlenen Lampen sind diese Daten in der Tabelle verfügbar. 1. Für andere Lampen, wenn sich dieser Parameter nicht im Verzeichnis befindet, kann es (in Kiloohm) durch zwei andere Passparameter bestimmt werden:

Ri=u/S

wobei u der Lampengewinn ist; S ist die Steilheit seiner Kennlinien, mA/V.

Wenn r >> R ist, was fast immer vorkommt, da die Last jedes Ultraschall-Frequenzwandlers ein akustisches System ist, dessen Lautsprecher einen Widerstand in der Größenordnung von Einheiten von Ohm haben, dann kann die Situation leicht korrigiert werden, indem das erforderliche Übersetzungsverhältnis von gewählt wird der Ausgangsübertrager. Eigentlich ist dies eine der beiden Aufgaben, die der Transformator löst: den nützlichen variablen Anteil des Signals vom unnötigen konstanten Anteil zu trennen und den niedrigen Wirkwiderstand der Last an den relativ hohen Innenwiderstand der Lampe anzupassen.

Bei der Berechnung eines realen Ausgangsübertragers gäbe es keine Probleme, wenn der Übertrager nur bei einer beliebigen Frequenz (egal welcher) arbeitet und in einer Eintaktschaltung verwendet wird. In der Praxis haben wir genau das Gegenteil – fast alle modernen Ultraschallfrequenzen werden mit Gegentakt-Endstufen ausgeführt und arbeiten in einem sehr weiten Frequenzbereich von 20 Hz ... 20 kHz. Das Grenzfrequenzverhältnis beträgt 1:1000, wodurch grundlegend unterschiedliche und teilweise widersprüchliche, sich gegenseitig ausschließende Betriebsbedingungen für den Transformator entstehen. Damit ändern sich auch die Anforderungen, die an sie gestellt werden.

Was ist das Wesen dieser Widersprüche? Für eine bestimmte mittlere Frequenz des Arbeitsbereichs (z. B. 1000 Hz) ist der induktive Widerstand der Primärwicklung des Transformators viel höher als sein aktiver (ohmscher) Widerstand, der allein durch die Länge und den Durchmesser des Wicklungsdrahts bestimmt wird .

Beispielsweise liegt bei einem typischen "durchschnittlichen" Transformator eines industriellen Röhrenfunkempfängers die Induktivität der Primärwicklung im Bereich von 10 ... 15 H und der aktive Widerstand beträgt 500 ... 800 Ohm. Bei einer Frequenz von 1000 Hz beträgt der induktive Widerstand einer solchen Wicklung xl 62 kOhm, und daher kann der aktive Widerstand der Wicklung (500 ... 800 Ohm), der mit seinem induktiven Widerstand in Reihe geschaltet ist, einfach vernachlässigt werden - die Verluste darauf sind etwa 1%.

Bei der extrem niedrigeren Frequenz des Betriebsbereichs (und selbst bei den besten und teuersten Modellen von Funkempfängern) fiel er jedoch nicht unter 60 ... Signal.

Wollte man einen solchen Transformator in einem modernen Verstärker einsetzen, wo die untere Grenze des Arbeitsbereichs bei 20 Hz liegt, dann würde bei dieser Frequenz der Signalverlust bereits 70 % erreichen, d.h. ein Signal mit einer Frequenz von 20 Hz konnte überhaupt nicht wiedergegeben werden.

Was also tun, um dieses Problem zu lösen? Die Antwort liegt auf der Hand: Es ist notwendig, die Induktivität der Primärwicklung zu erhöhen und gleichzeitig ihren aktiven Widerstand zu verringern. Es ist möglich, die Induktivität zu erhöhen, indem man die Windungszahl der Wicklung erhöht und die Verluste im Magnetkreis des Transformators verringert. Mit zunehmender Windungszahl steigt jedoch auch der aktive Widerstand der Wicklung, und wir müssen ihn verringern. Es gibt nur eine Möglichkeit, den Widerstand der Wicklung mit einer Erhöhung der Anzahl ihrer Windungen zu verringern - durch Erhöhen des Querschnitts (Durchmessers) des Wickeldrahts, aber dann wird mehr Platz benötigt, um die Wicklung auf dem Rahmen zu platzieren. und dies führt zu einer Erhöhung der Gesamtabmessungen des Transformators.

Was reale Werte der Induktivität der Primärwicklung und ihres aktiven Widerstands kann für modernes UHF mit einer unteren Bandbreitengrenze von 20 Hz als akzeptabel angesehen werden? Wenn wir den maximal zulässigen Wert des Signalverlusts bei der unteren Frequenz des Bereichs von 10 % festlegen, ergeben die Berechnungen L = 40 H bei r = 500 Ohm

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

Eine konstruktive Berechnung eines solchen "theoretischen" Transformators unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es für eine Gegentaktschaltung zwei Primärwicklungen geben sollte und nicht eine, ergibt einen Wert von 1500 ... 2500 Windungen von PEL- oder PEV-Draht mit einen Durchmesser (bei Kupfer!) von 0,44 ... 0,51 mm für die Primärwicklung und 50 ... 150 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,8 ... 1,2 mm für die Sekundärwicklung. Damit diese Wicklungen auf dem Rahmen platziert werden können, sollte die Größe ihres Fensters ungefähr 20 x 50 mm betragen, was dazu führt, dass ein Transformator mit einem Magnetkreisquerschnitt von mindestens 10 ... 12 cm mit einem Verstärker verwendet werden muss Ausgangsleistung von nur 10 ... 15 W. Bei Verstärkern mit einer Ausgangsleistung von 40 W erhöht sich der Querschnitt entsprechend auf 15 ... 18 cm.

Zum Vergleich erinnern wir uns, dass ein solches Eisenpaket (Abschnitt 30 x 63 mm) ... einen Leistungstransformator des Rubin-102-Fernsehers mit einer Leistung von 150 W hatte! Das ist heute der Preis für das wirklich untere Ende der 20-Hz-Verstärkerbandbreite.

Lassen Sie uns nun über den Preis eines anderen Indikators sprechen - die Nichtidentität dieser beiden Hälften der Primärwicklung, die nach der traditionellen, ausnahmslos in der industriellen Produktion verwendeten Methode gewickelt sind - eine über der anderen. Schauen wir uns den Abschnitt des Spulenrahmens des Ausgangstransformators genauer an, der in Abb. 52. Zuerst wurde eine Hälfte der Primärwicklung auf den Rahmen gewickelt, dann folgten eine oder mehrere Isolationsschichten, und danach wurde die zweite Hälfte der Wicklung gewickelt (um das Bild zu vereinfachen, werden wir die nicht berücksichtigen). Vorhandensein der Sekundärwicklung). Gleichzeitig ist es ziemlich offensichtlich, dass die Länge der ersten Windung (an der Basis des Rahmens) deutlich kürzer war als die Länge der letzten Windung der zweiten Hälfte der Wicklung. Das Wort „erheblich“ ist in diesem Fall jedoch nicht akzeptabel: Uns interessiert die quantitative Seite des Problems.

Um den Leser nicht mit umständlichen Berechnungen zu belasten, wenden wir uns zunächst den einfachsten arithmetisch-geometrischen Berechnungen zu. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Länge der allerersten (inneren) Windung 4 + 3 + 4 + 3 = 14 cm und der letzten (äußeren) - 7 + 8 + 7 + 8 = 30 cm beträgt. Uns interessieren nicht die Längen der beiden äußersten Windungen, sondern die Vergleichslängen der mittleren Windungen in der ersten und zweiten Hälfte der Wicklung, da sie direkt proportional zu den Werten der aktiven Widerstände dieser beiden Hälften sind. Aus derselben Abbildung ist ersichtlich, dass sie L1 = 4 + 5 + 4 + 5 = 18 cm und I2 = 6 + 7 + 6 + 7 = = 26 cm betragen. Da die gesamte Wicklung mit demselben Draht gewickelt ist, das Verhältnis der aktiven Widerstände der beiden Hälften wird gleich sein, d.h. Bei einem Gesamtwiderstand von 500 Ohm hat die untere Hälfte einen Widerstand von r1 = 200 Ohm und die obere Hälfte einen Widerstand von r2 = 300 Ohm.

Wir machen noch einmal den Vorbehalt, dass diese Rechnung ziemlich ungefähr ist, aber selbst sie führt zu folgendem Ergebnis: Werden zwei Trioden mit je 100 mA Anodenstrom in der Endstufe bei einer Quellenspannung von 120 V (z Beispiel 6S19P-Lampen), dann als Ergebnis Spannungsabfall am konstanten Wirkwiderstand der Wicklungen

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

120 - 20 \u100d XNUMX V bleiben an der Anode der ersten Lampe und an der Anodezweite -120-30 = 90 V.

Bei der klassischen Methode zum Wickeln des Transformators und der absoluten Gleichheit der Windungszahlen der beiden Hälften der Primärwicklung unterscheiden sich die Spannungen an den Anoden der beiden Endlampen daher um 10%, was natürlich der Fall sein wird schließen die Möglichkeit aus, nichtlineare Verzerrungen innerhalb von 1% zu erhalten.

Das ist der Preis für die "klassische" Wickeltechnik des Ausgangsübertragers. Hinzu kommt, dass die Induktivitäten beider Wicklungshälften nicht gleich sind, da die Formel für die Induktivität einer mehrschichtigen zylindrischen Spule die Durchmesser der unteren und oberen Windungen enthält und sich als unterschiedlich herausstellt für die beiden Wicklungshälften.

Aber fürwarum betrachten wir all diese themen so detailliert, anstatt nur spezifische konstruktions- und wicklungsdaten von transformatoren anzugeben? Mit dem alleinigen Zweck: Erstens, damit der Funkamateur versteht, dass die Anforderungen an die Konstruktion von Transformatoren, denen er in Zukunft ausgesetzt ist, keineswegs ungerechtfertigt oder übertrieben sind, und zweitens, damit er bei der Herstellung von Transformatoren hält sich konsequent an unsere Weisungen und Empfehlungen .

Kommen wir zur praktischen Seite der Dinge. Beginnen wir mit der Auswahl des Magnetkerntyps für die Ausgangstransformatoren. Vom Standpunkt der Qualität des Transformators aus ist die Form seines Eisenmagnetkreises nicht von Bedeutung, aber vom Standpunkt der Bequemlichkeit des Wickelns ist es besser, Magnetkreise vom Typ O-förmiges Band mit geteiltem Stab zu verwenden. Dabei werden auf jeden der beiden Stäbe zwei absolut identische Rahmen mit zwei absolut identischen Wicklungen aufgesetzt, wodurch sich der Unterschied in den elektrischen Daten dieser Wicklungen im Prinzip aufhebt.

Das Wickeln jeder der beiden Spulen erfordert dabei keine besonderen Maßnahmen und erfolgt auf einer herkömmlichen Wickelmaschine mit einem „Carrier“ (Coil Stacker) und einem Zähler für die exakte Windungszahl, was dies ermöglicht Führen Sie eine dichte gewöhnliche Schicht-für-Schicht-Wicklung "Spule an Spule" durch. Es ist nicht akzeptabel, Spulen in großen Mengen zu wickeln.

Über die Hälfte der Primärwicklung auf jeder der beiden Spulen werden die Hälfte der Windungen der Sekundärwicklung auf die gleiche Weise gewickelt, und nach dem Zusammenbau des Transformators werden beide Hälften sowohl der Primär- als auch der Sekundärwicklung in Reihe geschaltet. Ein solcher Transformator ist ideal in Bezug auf die vollständige Identität der symmetrischen Teile seiner Wicklungen und hat vernachlässigbare externe Streufelder.

Kann einen guten Ausgangstransformator machen undauflaminierter gepanzerter Magnetkreis aus einzelnen W-förmigen Platten, seine Herstellung ist jedoch mühsamer und erfordert zusätzliche Operationen.

Die erste Schwierigkeit hängt mit dem Magnetkreis selbst zusammen. Zunächst muss berücksichtigt werden, dass Platten mit einer Dicke von 0,5 mm für unsere Zwecke ungeeignet sind. Die maximal zulässige Dicke beträgt 0,35 mm, und wenn das Eisen 0,2 mm beträgt, noch besser.

Nachdem Sie ein Paket mit der erforderlichen Dicke zusammengestellt haben, sollten Sie mindestens 10% zusätzliche Reserveplatten (und Jumper) in Reserve hinzufügen. Alle Platten und Stürze müssen beidseitig mit einer Spritzpistole mit Nitrofarbe oder flüssigem Zaponlak bestrichen und anschließend gründlich getrocknet werden (an der Luft, in der Sonne oder im Ofen). Diese Maßnahme ist notwendig, um die Verluste im Magnetkern durch Foucault-Ströme zu minimieren. Danach muss jede Platte und jeder Jumper auf das Fehlen von Graten und Kerben untersucht werden, die beim Zusammenbau des Pakets die Schutzschicht aus Lack oder Farbe brechen (verkratzen) können. Erkannte Mängel können mit einer Nadelfeile, einer feinen Schmirgelscheibe oder einem Messer beseitigt werden. Noch besser ist es, defekte Platten aus den Reserveplatten zu ersetzen.

Das nächste Problem ist der partitionierte Rahmen. Höchstwahrscheinlich wird keine der industriellen zu Ihnen passen, insbesondere wenn sie nicht trennbar ist. Aber bevor Sie mit der Herstellung des Rahmens beginnen, müssen Sie bei einer der drei in Abb. 53. Option "a" setzt das Vorhandensein eines Rahmens voraus, der durch eine zusätzliche innere Wange für die gesamte Fensterhöhe genau in zwei Hälften geteilt wird. Dabei wird in jedem Abschnitt eine Hälfte der Primärwicklung gewickelt, auf die nach mehreren Lagen Isolation (Kabelpapier oder Lackgewebe) in jedem Abschnitt genau die Hälfte der Windungen der Sekundärwicklung gelegt werden. Die Abschnitte der Primär- und Sekundärwicklungen (natürlich getrennt) sind in Reihe geschaltet.

Bei Option "b" ist die mittlere Wange in geringerer Höhe ausgeführt - bündig mit den Hälften der Primärwicklung. Nach dem Wickeln werden zwei oder drei Schichten Kabelpapierisolierung über die gesamte Breite des Rahmens gelegt, und von oben wird die gesamte Sekundärwicklung ebenfalls über die gesamte Breite des Rahmens gewickelt, ohne zu brechen.

Und schließlich sieht Option c die Aufteilung des Rahmens in drei identische Abschnitte vor. In den beiden äußersten Abschnitten werden Hälften der Primärwicklung und im mittleren Abschnitt die gesamte Sekundärwicklung gewickelt. Aus elektrischer Sicht sind alle drei Optionen gleichwertig, sodass der Designer eine von ihnen auswählen kann.

Die Platten des Magnetkerns sind aneinandergereiht, ohne Zwischenraum, da in Gegentaktschaltungen keine DC-Vorspannung vorhanden ist. Es ist wünschenswert, den zusammengebauten Transformator einer Feuchtigkeitsschutzbehandlung zu unterziehen, die zu Hause recht einfach durchzuführen ist. Dazu müssen Sie in einer Eisendose aus Konserven oder einem ähnlichen Utensil (Topf, Schüssel), in die der Ausgangstransformator ganz oder zumindest teilweise passen kann, Wachs, Paraffin, Stearin oder schmelzen und erwärmen industrielle Ceresin gut. Der Transformator wird in das Gefäß abgesenkt und 2 ... 3 Minuten darin gehalten, wobei die Schmelze kontinuierlich erhitzt wird.

Nach vollständiger Abkühlung (auf Raumtemperatur) können angefrorene Tropfen, sofern sie die Befestigung des Trafos stören, vorsichtig mit einem Holz- oder Kunststoffspatel (jedoch nicht mit einem Stahlmesser!) entfernt werden. Wenn möglich, ist es ratsam, den fertigen Transformator vor der Montage auf dem Chassis in eine solide Metallgehäuseabdeckung zu legen. Dies muss erfolgen, um die Wirkung seiner elektrischen und magnetischen Felder auszuschließen. auf Lampen, freiliegende Leiterbahnen, Bedienelemente und Anschlussdrähte und verhindern so das Auftreten unkontrollierter parasitärer Rückkopplungen.

Als nächstes werden die Konstruktionsdaten der Magnetkreise und die elektrischen Daten der Wicklungen für alle im Buch beschriebenen Verstärker sowie die Wicklungsdaten der empfohlenen Leistungstransformatoren und Filterdrosseln angegeben.

Wir warnen jedoch sofort davor, dass die exakte Wiederholung der angegebenen Daten mit einer Genauigkeit von einer Windung und die Verwendung der empfohlenen Durchmesser des Wickeldrahts nicht immer optimal ist und in einigen Fällen dazu führen kann, dass nicht alle Windungen funktionieren passen in das Rahmenfenster.

Tatsache ist, dass die von Funkamateuren verwendeten Pakete von Magnetkreisen untereinander in der Qualität des Trafostahls stark, teilweise mehrfach, variieren können, was bei absolut gleicher Windungszahl der Spulen zu unterschiedlichen Induktivitäten und damit zu zu einem nicht optimalen Betrieb der Endlampen in Bezug auf die ausgegebene unverzerrte Leistung.

Auch der Fensterfüllfaktor bei Wicklungen hängt von vielen Daten ab: von der Art der verwendeten Wickeldrähte (PE, PEL, PEV-1, PEV-2 usw.), mit gleichem Kupferdurchmesser (z. B. 0,2 mm) real außen Durchmesser von 0,215 bis 0,235 mm; von Art und Dicke der Isolierung zwischen Lagen und Wicklungen (Zigarette, Kondensator, Kabelpapier, Lackgewebe, beschichtetes Papier, Zeichenpapier); von der Anzahl der Schichten einer solchen Isolierung; von der Wickeldichte und dem Spannungsgrad des Drahtes; von der Vollständigkeit des Füllens jeder Wicklungslage mit Windungen und einer Reihe anderer Faktoren.

Einige wichtige Tipps:

1. Wählen Sie Magnetkerne aus hochwertigen Trafostahlsorten.

2. Beim Aufwickeln der Wicklung zwei- oder dreimal am Anfang oder Ende in Schritten von 5 % der Gesamtzahl der Windungen klopfen. Dadurch ist es möglich, bei Bedarf die optimale Windungszahl zu wählen.

3. Wickeln Sie die Wicklungen nur auf gewöhnliche Weise und legen Sie eine Windung zu einer Windung von der Wange zur Wange des Rahmens fest und lassen Sie keine leeren Räume an den Rändern.

4. Stellen Sie sicher, dass Sie nach jeder Wicklungsschicht ein Isolierkissen aus dünnem (Zigaretten- oder Kondensator-) Papier herstellen, damit die Windungen der nächsten Reihe nicht in die Nähe der Wangen des Rahmens in die unteren Schichten fallen.

5. Vermeiden Sie die Verwendung von Wickeldrähten mit einem größeren Durchmesser als in der Beschreibung angegeben. Andernfalls passen die Wicklungen möglicherweise nicht in das Rahmenfenster und der Transformator muss neu gewickelt werden. Denken Sie daran, dass die Verwendung eines Drahtes mit etwas kleinerem Durchmesser die Parameter des Verstärkers nicht merklich beeinflusst, aber dafür sorgt, dass alle Wicklungen in das Rahmenfenster passen.

Literatur

1. Hochwertige Röhren-Ultraschallfrequenzen

Autor: tolik777 (alias Viper); Veröffentlichung: cxem.net

Siehe andere Artikel Abschnitt Röhren-Leistungsverstärker.

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