Transformer para sa Audio Amplifier Application: Isang Praktikal na Gabay sa Pagpili

Ang 25 W single-ended tube amplifier na umuugong sa 100 Hz at gumulong sa ibaba 70 Hz ay karaniwang may malusog na circuit board. Ang problema ay karaniwang nasa magnetics: ang power transformer ay nagpapalabas ng stray field sa input stage, at ang output transformer ay naubusan ng pangunahing inductance bago dumating ang mga bass notes. Ang parehong mga bahagi ay iniutos sa ilalim ng parehong item sa linya, ngunit ang mga ito ay tinukoy sa ganap na magkakaibang mga paraan, at ang mas murang bahagi ay madalas na ang isa na pumipilit sa muling pagdidisenyo.

Narito ang maikling sagot. Para sa mga application ng audio amplifier, tukuyin ang power transformer ayon sa VA rating, pangalawang boltahe sa buong pagkarga, regulasyon, pagtaas ng temperatura at klase ng pagkakabukod. Tukuyin ang output transpormer sa pamamagitan ng pangunahing impedance, Paghawak ng bias ng DC, pangunahing materyal at leakage inductance. Ang lahat ng iba pa, mula sa kapal ng paglalamina hanggang sa paglalagay ng palayok at panangga, ay isang pagpipino ng mga bagay na iyon.

Dalawang Tungkulin ng Transformer na Madalas Nalilito

Ang isang amplifier ay maaaring maglaman ng parehong mga aparato, at ang mga ito ay hindi mapapalitan.

Kino-convert ng power transformer ang supply ng mains sa high-voltage rail, kadalasang 250 hanggang 500 V DC pagkatapos ng rectification, kasama ang filament windings sa 5 V o 6.3 V. Gumagana ito sa 50 o 60 Hz at may sukat ng volt-amperes, thermal rise at insulation class, at nagbibigay din ito ng galvanic na pagkakabukod.
Pinagsasama ng output transformer ang anode circuit ng isang tube output stage sa isang loudspeaker na 4, 8 o 16 ohm. Kino-convert nito ang isang high-voltage, low-current signal sa isang low-voltage, high-current, at hinaharangan nito ang DC anode current mula sa voice coil.

Karaniwang kailangan lang ng mga solid-state na disenyo ang unang device, ngunit lumilitaw pa rin ang mga transformer sa 70 V at 100 V na mga distributed na linya at in line isolation. Sa bawat kaso, pareho ang lohika ng detalye: itugma muna ang tungkulin ng kuryente, pagkatapos ay kontrolin ang thermal at magnetic na pag-uugali.

Pagtukoy sa Power Transformer

Rating at Boltahe

Isama ang high-voltage DC power at ang filament AC power, pagkatapos ay magdagdag ng 20 hanggang 30 porsiyentong headroom. Ang isang transformer na patuloy na tumatakbo sa nameplate rating nito ay lulubog at tatakbo nang mainit.
Ilagay ang mga pangalawang boltahe sa buong pagkarga, hindi sa walang pagkarga. Ang mga maliliit na unit ng EI ay karaniwang kumokontrol sa 10 hanggang 15 porsiyento, kaya ang isang 300 V na walang-load na paikot-ikot ay maaaring maghatid ng 265 V kapag ang amplifier ay nakakuha ng kasalukuyang.

Thermal at Safety Limits

Itinakda ng insulation class A (105 degrees C), B (130 degrees C) at F (155 degrees C) ang maximum na hot-spot na temperatura. Ang isang class B na unit na may pagtaas ng 60 K ay ibang-iba ang kilos sa isang selyadong cabinet kaysa sa open air.
Ang lakas ng dielectric ay na-verify gamit ang isang hipot test, karaniwang 1500 hanggang 3750 V AC sa pagitan ng pangunahin at pangalawa, depende sa inilapat na pamantayan sa kaligtasan. Para sa mga kagamitang pang-audio, radyo at telebisyon, ang UL 1411 at IEC/EN 61558 ang karaniwang mga sanggunian.
Ang mga toroidal core ay nakakakuha ng mataas na inrush current, kaya payagan ang isang slow-blow fuse o isang inrush na naglilimita sa device sa disenyo.
Ang isang transformer na idinisenyo para sa 60 Hz ay hindi dapat gamitin sa 50 Hz sa parehong VA nang walang panganib ng saturation, dahil ang core flux ay tumataas ng humigit-kumulang 20 porsyento. Maaaring bawasan ang pag-load o tukuyin ang mas malaking core mula sa simula.

Pagtutugma ng Impedance sa Yugto ng Output

Ang ratio ng impedance ay katumbas ng parisukat ng ratio ng mga pagliko. Ang isang 5 kohm hanggang 8 ohm transpormer samakatuwid ay may 625:1 impedance ratio at isang 25:1 turns ratio. Ang pangunahing impedance na pipiliin mo ay nagbabago sa parehong power output at distortion: Ang 3.5 kohm ay kadalasang naghahatid ng mas maraming watts na may higit pang second-harmonic distortion, habang ang 8 kohm ay tumatakbo nang mas malinis ngunit mas mababa. Suriin ang halaga laban sa sheet ng data ng tubo at ang tunay na curve ng impedance ng speaker, na lumulubog at tumataas nang husto mula sa nominal na figure nito.

Single-Ended Versus Push-Pull

Ang isang solong-natapos na yugto ay nagdadala ng kasalukuyang anode ng DC sa pamamagitan ng pangunahin, na kumikiling sa core patungo sa saturation. Ang core ay dapat na gapped, at ang puwang ay nagpapababa ng epektibong permeability, kaya ang stack ay dapat na mas malaki upang maabot ang parehong pangunahing inductance. Ang mga push-pull windings ay nagdadala ng magkasalungat na alon ng DC; kapag ang dalawang halves ay balanse ang net flux ay malapit sa zero, kaya walang gap na kailangan at interleaving ay maaaring gamitin para sa mas malawak na bandwidth.

Ang praktikal na target ay 20 Hz hanggang 20 kHz sa loob ng 1 dB sa katamtamang lakas, na may mababang frequency na extension na itinakda ng pangunahing inductance at ang source impedance ng output tube.

Pangunahing Format at Estilo ng Paikot-ikot na Kumpara

Mga karaniwang paghahambing para sa mga transformer ng audio amplifier; ang tamang pagpipilian ay nakasalalay sa circuit, hindi sa pangunahing pangalan lamang.
Katangian	EI Nakalamina	Toroidal	C-Ubod
Karaniwang gamit	Power at output na tungkulin, pangkalahatang layunin	Mga power transformer sa compact chassis	High-grade na output at power duty
Naliligaw na magnetic field	Mas mataas, nangangailangan ng distansya o kalasag	Mababa, mahigpit na pagpigil sa field	Katamtaman, mas mababa sa EI
Mababang-dalas na extension	Mabuti na may sapat na malaking stack	Mabuti, ngunit mahirap na gap	Mabuti, praktikal ang gap
DC bias handling	Air gap cut sa stack, nababagay sa single-ended	Mahirap, nangangailangan ng gapped o espesyal na core	Gap na inilagay sa C joint
High-frequency na pag-uugali	Pinutol ng interleaving ang leakage inductance	Mababang pagtagas, mas mataas na kapasidad	Mababang pagtagas na may interleaving
Mekanikal na ugong	Maaaring mag-buzz kung lumuwag ang mga lamination	Tahimik kapag nakapaso, ingay sa pagsisimula	Katamtaman, bumubuti kapag naka-clamp

Humihingi, Ingay at Mga Limitasyon sa Bandwidth

Ang mekanikal na ugong ay nagmumula sa magnetostriction at pag-loosening ng mga lamination. Binabawasan ito ng vacuum varnish impregnation at mga potted toroids, at ang pag-mount ng transformer sa tamang mga anggulo sa input wiring ay binabawasan ang inductive coupling sa mga sensitibong yugto.
Ang isang electrostatic na kalasag, na karaniwang isang naka-ground na copper foil na pagliko sa pagitan ng pangunahin at pangalawa, ay binabawasan ang common-mode noise coupling.
Ang low-frequency na tugon ay itinakda ng pangunahing inductance at ang driving impedance. Ang high-frequency roll-off ay itinakda ng leakage inductance at winding capacitance. Ang interleaving ay nagpapababa ng leakage inductance, ngunit mas maraming layer ang nagdaragdag ng capacitance, kaya ito ay isang trade-off sa halip na isang libreng pagpapabuti.
Ang isang 1:1 o 600:600 ohm isolation transformer ay sumisira sa isang ground loop nang hindi pinuputol ang signal path, at ito ay nagko-convert ng isang hindi balanseng linya sa isang balanse sa parehong oras.

Bumuo ng Kalidad at Mga Puntos sa Pagsubok na Hulaan ang mga Pagkabigo sa Field

Karamihan sa mga pagkabigo ng transformer na umaabot sa customer ay mga pagkabigo sa proseso sa halip na mga pagkabigo sa disenyo, at lumalabas ang mga ito sa maliit na bilang ng mga lugar.

Paikot-ikot na pag-igting at pagkakabukod ng layer. Ang paikot-ikot na CNC na may pare-parehong pag-igting ay pumipigil sa layer slip at nagpapaliit sa unit-to-unit variation sa leakage inductance.
Paggapang at clearance. Ang margin tape at sleeving ay magpapasya kung ang bahagi ay pumasa pa rin sa isang hipot test pagkatapos ng mga buwan ng thermal cycling, hindi lamang sa unang sample.
Vacuum varnish impregnation, na nag-aayos ng windings, hinaharangan ang pagpasok ng moisture at binabawasan ang naririnig na buzz.
Regular na pagsubok sa bawat unit: turns ratio, primary inductance, DC resistance balance, polarity, insulation resistance at dielectric strength, sa halip na sample-only checks.

Ang aming workshop ay gumawa ng mga elektronikong transformer mula noong 2010, na may mga uri ng EI bilang pangunahing linya sa tabi ng toroidal, C-type, medikal, audio, mataas na boltahe, kontrol sa industriya at mga disenyong may mataas na dalas. Ang materyal ay mula sa mga aprubadong supplier sa ilalim ng ISO 9001 system, at ang bawat transpormer ay sinisiyasat at sinusuri bago ipadala. Maaari mong basahin ang higit pa tungkol sa disenyo-sa-paghahatid na proseso sa likod ng mga transformer na ito kung gusto mong suriin ang daloy bago maglagay ng order.

Pagbili: Custom Windings o Standard Stock

Ang mga off-the-shelf na transformer ay bihirang tumugma sa isang partikular na boltahe ng tren, taas ng tsasis at pamantayan sa kaligtasan nang sabay, kaya ang custom na paikot-ikot ay ang normal na ruta para sa mga tagabuo ng amplifier.

Ano ang Ilalagay sa Specification Sheet

Pangunahing boltahe at dalas, kabilang ang saklaw na aktwal mong inaasahan sa saksakan ng dingding.
Ang bawat pangalawang: boltahe sa buong pagkarga, kasalukuyang, at kung ito ay nagpapakain sa isang rectifier na may input ng capacitor.
Kabuuang VA, ambient temperature, insulation class at dielectric test voltage.
Estilo ng pag-mount, uri ng bobbin, haba ng lead, at pinakamataas na taas sa itaas ng PCB.
Naaangkop na pamantayan sa kaligtasan at ang mga markang kinakailangan.

Sumang-ayon sa Mga Pagpapahintulot Bago ang Tooling

Pangunahing inductance sa loob ng 10 porsiyento, turns ratio sa loob ng 2 porsiyento, at balanse ng DC resistance sa pagitan ng mga push-pull na halves sa loob ng 5 porsiyento.
Hipot test boltahe at tagal, kasama ang sampling o 100 porsiyentong kinakailangan sa pagsubok.
Pag-apruba ng sample ng power-up sa sarili mong amplifier bago ang mass production, dahil hindi ipinapakita ng mga bench measurements sa isang static na load kung paano kumikilos ang isang gapped core malapit sa clipping.

Ang mga custom na bobbins, bracket at paghahanda ng lead ay lahat ay may dalang tooling, kaya ang MOQ at lead time ay dapat kumpirmahin kasama ng electrical specification. Kung ang iyong kinakailangan ay isang variant ng isang kasalukuyang disenyo, maaari mo isumite ang custom na kinakailangan sa transpormer direkta, na kadalasang nagpapaikli nang malaki sa sample stage.

Mga Madalas Itanong

Ang toroidal transformer ba ay palaging mas mahusay para sa audio?

Hindi. Ang Toroids ay may mas mababang stray field at mas mababang leakage inductance, na tumutulong sa mga power supply at hum performance. Para sa tungkulin ng output, ang mga format ng EI at C-core ay nananatiling mas madaling i-gap, tumakbo nang mas malamig sa mga push-pull na disenyo at mas madaling i-interleave para sa isang partikular na target ng bandwidth.

Bakit bumabad o buzz ang aking output transpormer?

Ang mga karaniwang sanhi ay hindi balanseng push-pull windings, DC current sa isang core na hindi kailanman na-gapped, o isang lamination stack na nawalan ng compression. Suriin ang balanse ng DC resistance sa pagitan ng mga halves at kumpirmahin na ang core ay idinisenyo para sa kasalukuyang nakatayo.

Maaari bang tumakbo ang isang 60 Hz transpormer sa 50 Hz mains?

Sa derating lang. Ang flux ay tumataas nang humigit-kumulang 20 porsiyento kapag bumaba ang frequency, kaya ang core ay lumalapit sa saturation: asahan ang mas maraming magnetizing current, mas init at posibleng naririnig na buzz. Tumukoy ng 50 Hz na disenyo o bawasan ang pagkarga.

Kailangan ba ng mga solid-state amplifier ng mga transformer?

Karaniwan hindi sa output. Kailangan pa rin nila ng mains power transformer, at ang transformer coupling ay ginagamit pa rin sa 70 V at 100 V distributed lines at sa line-level isolation at balancing.

Tratuhin ang parehong mga aparato bilang magkahiwalay na mga pagbili na may hiwalay na mga sheet ng detalye. Ayusin ang power transpormer sa pamamagitan ng VA, load pangalawang boltahe, regulasyon at pagkakabukod klase; ayusin ang output transpormer sa pamamagitan ng pangunahing impedance, DC bias handling at tagas inductance. Pagkatapos ay kumpirmahin ang mga pagpapahintulot, pamantayan sa hipot at pag-apruba ng sample sa pamamagitan ng pagsulat. Ang sequence na iyon ay nag-aalis ng karamihan sa ugong, maagang saturation at maikling buhay ng serbisyo na lumilitaw sa ibang pagkakataon sa test bench, at pinapanatili nito ang pangalawang pag-ulit ng disenyo mula sa badyet ng proyekto.