Намотка малосигнальных трансформаторовВ этой теме предлагаю собирать весь опыт по намотке малосигнальных трансформаторов, таких как: повышающие для ленточных микрофонов, согласующие для входов различных преампов, выходных - для микрофонов, преампов и пр. небольшой мощности.
А по поводу ленточников меня сейчас гложет ваша мысль - мотать тор внавал с шагом между витками. Хорошая мысль!!! А вот как замерить правильно емкость обмотки и какая мне нужна допустимая. Я в этом отношении пока просто стал в некий ступор.
Спасибо!
Вообще надо рассмотреть эквивалентную схему трансформатора, чтобы потом знать какие паразитные параметры имеются и как с ними бороться. Немного подождите, нарисую картинку.
img-3540-95250fb1f8.gifПо рисунку:
L1 - индуктивность первичной обмотки,
L2 - индуктивность вторичной обмотки,
Lр2 - индуктивность рассеяния вторичной обмотки,
R1 - активное сопротивление первичной обмотки,
R2 - активное сопротивление вторичной обмотки,
С2 - ёмкость вторичной обмотки,
Cм - межобмоточная ёмкость.
Кроме L1 и L2 в схеме все элементы являются паразитными. Избавиться от них полностью не представляется возможным, но можно снизить их влияние на передачу звукового диапазона различными методами.
Основа расчёта обмоток (максимальное упрощение)
Допустим, у нас есть капсюль ленточного микрофона, на нём установлена ленточка с известным (измеренным) сопротивлением. Есть желание согласовать ультранизкое сопротивление капсюля с гораздо большим импедансом последующего усилителя. Это нужно найти требуемый коэффициент трансформации:
КТ = Кв. корень(Rн / Rл)
Пример: импеданс Rн - 600 Ом, сопротивление ленточки Rл - 0,3 Ом,
КТ = Кв. корень(600 / 0,3) ~ 45 ...нужен трансформатор 1 : 45
Индуктивность обмотокПоскольку катушки индуктивности изменяют своё сопротивление в зависимости от частоты, необходимо определить какая именно индуктивность обмоток нужна чтобы передать частотную полосу по НЧ диапазону. Здесь нужно задать нижнюю частоту, на которой будет происходить спад на -1 дБ (примерно). Воспользуемся формулой индуктивного сопротивления:
RL = 2 * Пи * Fн * L
где,
Fн - нижняя частота АЧХ, по уровню -1 дБ (за счёт R обмоток),
L - индуктивность обмотки.
Пример: RL - 600 Ом, Fн - 20 Гц,
L = RL / 6,28 / Fн = 600 / 6,28 / 20 = 4,77 Гн ...вторичная обмотка должна иметь индуктивность 4,77 Гн.
Индуктивности обмоток связаны с КТ по следующей формуле:
КТ = Кв. корень(L2 / L1)
Индуктивность вторичной обмотки L2 у нас уже найдена и КТ тоже посчитан, найдём индуктивность первичной обмотки L1:
L1 = L2 / КТ^2
Пример: индуктивность вторичной обмотки L2 - 4,77 Гн, коэффициент трансформации КТ - 45,
L1 = L2 / КТ / КТ = 4,77 / 45 / 45 = 0,00235 Гн (2,35 мГн)
Расчёт числа витковДля расчёта числа витков в обмотках нужно измерить габариты сердечника в миллиметрах и нужно знать начальную магнитную проницаемость материала. Понадобится рисунок, какие геометрические размеры учитываются в расчёте.
img-3541-e4e7715ae0.gifНа рисунке:
a - ширина сердечника в месте расположения катушки(шек), мм;
b - высота набора (толщина), мм;
c - ширина окна, мм;
h - высота окна, мм;
r - радиус окна (для типа А), мм.
Красным цветом обозначена длина средней линии магнитопровода. Она считается следующим образом, для типов:
А: Lср = 2 * Пи * (r + (a / 2))
Б: Lср = 2c + 2h + (Пи * a)
В: Lср = 2c + 2h + (Пи * a / 2)
Площадь сечения магнитопровода в месте расположения катушек во всех случаях:
Sм = a * b
Для нахождения числа витков обмотки нужно вычислить какая индуктивность приходится на 1 виток:
AL = (MU0 * MUн * Sм) / Lср ...ответ в мкГн
где: MU0 = 0,001257 мкГн/мм - абсолютная магнитная проницаемость вакуума;
MUн - начальная магнитная проницаемость материала;
Sм - площадь сечения магнитопровода, кв. мм;
Lср - длина средней линии магнитопровода, мм.
Пример: a - 5 мм, b - 5 мм, Lср - 47 мм, MUн - 30000,
AL = (0,001257 * 30000 * (5 * 5)) / 47 = 20 мкГн (0,00002 Гн)
Индуктивность находится по следующей формуле:
L = AL * N^2
Мы индуктивность обмотки знаем и индуктивность витка тоже, применим обратную формулу:
N = Кв. корень(L / Al)
Пример: L - 4,77 Гн, AL - 20 мкГн
N = Кв. корень(4,77 / 0,00002) = 488 витков
Ранее мы вычислили КТ трансформатора, и теперь просто через это значение можно получить число витков во вторичной обмотке:
N1 = N2 / КТ = 488 / 45 ~ 11 витков.
Вот это и весь максимально упрощённый расчёт. Что у нас в итоге:
Трансформатор R20x10x5 мм
Пермаллой 79НМ (30000)
На импеданс 600 Ом, лента 0,3 Ом
Нижняя частота 20 Гц
Первичная 11 витков 2,35 мГн
Вторична 488 витков 4,77 Гн
----------------------------------------------------------------
Паразитные параметрыПо эквивалентной схеме выяснилось, что параметры Lр2, R1, R2, С2 и Cм портят качество передачи в звуковом диапазоне. Если с активным сопротивлением обмоток R1 и R2, т.е. сопротивлением провода, можно побороться путём выбора более толстых проводов, прикинув свободное место в окне и заполнив его полностью, то с индуктивностью рассеяния Lр2, ёмкостью вторичной обмотки С2 и межобмоточной ёмкостью См бороться сложнее. Причём эти параметры влияют друг на друга, и зависят как от типа сердечника так и от технологии намотки катушек.
Индуктивность рассеянияЭто явление возникает из-за того, что не весь магнтиный поток проходит по магнитопроводу, часть его проходит по воздуху внутри окна(окон), пронизывая многослойную обмотку и создавая паразитную индуктивность Lр2 (см. рисунок в начале). Этот параметр наиболее паразитный и сильно влияет на завал ВЧ.
Один из способов борьбы с ним - взять магнитопровод с узким(малым) окном. Допустим, есть сердечник типа Б, с шириной окна с = 10 мм и такой же, но с шириной 5 мм, ...лучше будет взять второй, поскольку большая часть потока будет распределяться в магнитопроводе.
Второй способ - намотать обмотку в 1 или 2 слоя, используя материал с высокой проницаемостью, для уменьшения числа витков и возможности размещения обмотки в пару слоёв.
Третий способ - разбить обмотку на несколько секций, между которыми проложить первичную обмотку. Этот "слоёный пирог" заметно снижает влияние индуктивности рассеяния, но увеличивает межобмоточную ёмкость См (об этом позже).
Четвёртый способ (дополнение) - использовать внешний короткозамкнутый виток из медной фольги, толщиной порядка 0,1 мм. Причём прижать этот виток к магнитопроводу как можно ближе в окнах. Такой виток замыкает паразитные потоки и частично снижает индуктивность рассеяния.
Все эти способы можно применять в комбинации, что даже приветствуется.
Измерить индуктивность рассеяния можно следующим способом. Если замкнуть первичную обмотку (из толстого провода) и замерять вторичную обмотку, то прибор покажет поразитный поток, который не скомпенсировался, это значение и нужно. Метод простейший, поэтому точность тоже примерная.
Межобмоточная и межвитковая ёмкостиХотелось бы показать проблему как можно проще, без увесистых расчётов, но так не выходит. Тогда хотя бы способ измерения опишу, он идёт после измерения индуктивности рассеяния. Оценить АЧХ придётся по измерениям трансформатора в цепи "Генератор - Осциллограф" или через софт, других простых способов не вижу.
Для измерения ёмкости обмотки нужен низкоомный генератор и высокоомный вольтметр или осциллограф. Подключаем к первичной обмотке генератор и ищем резонанс, изменяя частоту генератора. Как резонанс будет найден, ёмкость можно вычислить по формуле:
C2 = 1 / (4 * Пи^2 * Lр2 * fр^2)
где: Lр2 - индуктивность рассеяния вторичной обмотки;
fр - резонансная частота.
Межобмоточная ёмкость Cм может как расширить полосу по ВЧ так и дать в связке с другими паразитными параметрами резонанс. Как простым способом оценить АЧХ при измеренных параметрах я не вижу.
Быть может современные симуляторы дадут больше информации, для чего нужно будет выполнить замеры и там уже при полной модели трансформатора оценить АЧХ или через реальный тест на аудиокарте.
--------------------------------------------------------------Надеюсь, не сложно получилось, если будут возникать вопросы, или появляться опыт, прошу описывать тут, для хранения в одном удобном месте.
Благодарю за внимание.
