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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
Bibliothèque gratuite / Schémas des appareils radio-électroniques et électriques

Technologie de fabrication d'unités de bobinage artisanales. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance à tubes

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Considérations générales et recommandations

Ce n'est pas un hasard si une attention particulière est portée à la technologie de fabrication des transformateurs dans ce livre. La pratique consistant à créer un grand nombre de fréquences ultrasonores à tube et à analyser leur travail a montré que ce sont les transformateurs qui sont la principale source de distorsions non linéaires et de fréquence et limitent essentiellement à la fois la bande passante de l'amplificateur et la valeur minimale réalisable du coefficient de distorsion non linéaire.

Afin de comprendre exactement comment cette influence s'exprime, nous devrons toucher un peu à la théorie. Rappelons la condition principale pour la transmission de l'énergie électrique sans pertes (plus précisément, avec le minimum de pertes possibles). Elle consiste dans le fait que les résistances internes de la source et du consommateur doivent être égales. Si, dans ce cas, nous parlons du transfert d'énergie non pas à une fréquence donnée, mais dans une certaine bande de fréquences, il est évident que cette égalité doit être satisfaite pour toute fréquence dans la bande spécifiée.

Prenons un étage final asymétrique classique sur une triode à tube avec une sortie de transformateur, chargé avec une charge active R. Le schéma de principe d'un tel étage est illustré à la fig. 50. Un circuit équivalent y est également donné (sans tenir compte de l'influence de la source d'alimentation), où la lampe se présente sous la forme d'un générateur avec une résistance interne réduite r. Ici et ci-dessous, nous considérerons un modèle extrêmement simplifié et analyser un circuit équivalent élémentaire.

On suppose que la résistance interne de la lampe est en quelque sorte recalculée dans la résistance interne du générateur r et que, en première approximation, le rapport de transformation du transformateur n = 1. Il est évident que la condition d'énergie optimale transfert sera l'égalité r = R.

Considérez les rapports que l'auteur a utilisés pendant de nombreuses années pour créer diverses fréquences ultrasonores.

La prémisse initiale pour la dérivation des formules de base est la suivante : meilleure lampe de borne de charge, fournissant une sortie maximale sans distorsion, est la charge Ra, égale à deux fois la résistance interne de la lampe :

Ra=2Ri,

où Ri est la résistance interne de la lampe (pour courant alternatif).

En présence d'un transformateur de sortie et travail sur une charge active

Ra=(n^2)*Ra,

où n est le rapport de transformation du transformateur de sortie.

Dans ce cas, la condition de transmission optimale ressemble à ceci :

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

De là, nous obtenons la formule pour déterminer le rapport de transformation optimal :

n=carré((2Ri)/Ra).

Pour faciliter la recherche du rapport de transformation souhaité sur la Fig. un graphique est donné selon lequel ce coefficient est déterminé presque instantanément. La valeur de Ri est un passeport de référence. Pour les lampes recommandées dans le livre, ces données sont disponibles dans le tableau. 1. Pour les autres lampes, si ce paramètre n'est pas dans le répertoire, elle peut être déterminée (en kiloohms) par deux autres paramètres passeport :

Ri=u/S

où u est le gain de la lampe ; S est la pente de ses caractéristiques, mA/V.

Si r >> R, ce qui arrive presque toujours, puisque la charge de tout convertisseur de fréquence à ultrasons est un système acoustique dont les haut-parleurs ont une résistance de l'ordre d'unités d'ohms, la situation peut être facilement corrigée en sélectionnant le rapport de transformation requis de le transformateur de sortie. En fait, c'est l'une des deux tâches résolues par le transformateur : séparer la composante variable utile du signal de la composante constante inutile et faire correspondre la faible résistance active de la charge avec la résistance interne relativement élevée de la lampe.

Technologie de fabrication d'unités de bobinage artisanales. Dernier étage de transformateur sur une triode

Lors du calcul d'un transformateur de sortie réel, il n'y aurait aucun problème si le transformateur ne fonctionnait qu'à une fréquence (peu importe laquelle) et était utilisé dans un circuit à cycle unique. En pratique, nous avons exactement le contraire - presque toutes les fréquences ultrasonores modernes sont exécutées avec des étages finaux push-pull et fonctionnent dans une très large gamme de fréquences de 20 Hz à 20 kHz. Le rapport de fréquence de coupure est de 1:1000, ce qui crée des conditions de fonctionnement fondamentalement différentes, et parfois contradictoires, mutuellement exclusives pour le transformateur. En conséquence, les exigences qui lui sont imposées changent également.

Quelle est l'essence de ces contradictions ? Pour une certaine fréquence moyenne de la plage de fonctionnement (par exemple, 1000 Hz), la résistance inductive de l'enroulement primaire du transformateur est bien supérieure à sa résistance active (ohmique), qui est déterminée uniquement par la longueur et le diamètre du fil d'enroulement .

Par exemple, pour un transformateur "moyen" typique d'un récepteur radio à tube industriel, l'inductance de l'enroulement primaire est comprise entre 10 ... 15 H et la résistance active est de 500 ... 800 Ohms. À une fréquence de 1000 Hz, la résistance inductive d'un tel enroulement xl est de 62 kOhm, et donc la résistance active de l'enroulement (500 ... 800 Ohm), connecté en série avec sa résistance inductive, peut simplement être négligée - la les pertes sont d'environ 1%.

Cependant, à la fréquence extrêmement basse de la plage de fonctionnement (et même pour les modèles de récepteurs radio les meilleurs et les plus chers, il n'est pas tombé en dessous de 60 ... signal.

Technologie de fabrication d'unités de bobinage artisanales. Graphique pour déterminer le rapport de transformation du transformateur de sortie

Si nous voulions utiliser un tel transformateur dans un amplificateur moderne, où la limite inférieure de la plage de fonctionnement est de 20 Hz, alors à cette fréquence, la perte de signal atteindrait déjà 70%, c'est-à-dire un signal avec une fréquence de 20 Hz ne pouvait pas du tout être reproduit.

Alors que faut-il faire pour résoudre ce problème ? La réponse est évidente: il faut augmenter l'inductance de l'enroulement primaire et en même temps réduire sa résistance active. Il est possible d'augmenter l'inductance en augmentant le nombre de spires de l'enroulement et en réduisant les pertes dans le circuit magnétique du transformateur. Mais avec une augmentation du nombre de tours, la résistance active de l'enroulement augmente également, et nous avons besoin qu'elle diminue. Il n'y a qu'un seul moyen de réduire la résistance de l'enroulement avec une augmentation du nombre de ses tours - en augmentant la section transversale (diamètre) du fil d'enroulement, mais il faudra alors plus d'espace pour placer l'enroulement sur le cadre, et cela entraînera une augmentation de l'encombrement du transformateur.

Qu'est valeurs réelles de l'inductance de l'enroulement primaire et de sa résistance active peut être considéré comme acceptable pour l'UHF moderne avec une limite de bande passante inférieure à 20 Hz ? Si nous fixons la valeur maximale autorisée de perte de signal à la fréquence inférieure de la plage de 10 %, les calculs donneront L = 40 H à r = 500 Ohm

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

Un calcul constructif d'un tel transformateur "théorique", tenant compte du fait que pour un circuit push-pull, il devrait y avoir deux enroulements primaires, et non un, donne une valeur de 1500 ... 2500 tours de fil PEL ou PEV avec un diamètre (pour le cuivre!) 0,44 ... 0,51 mm pour l'enroulement primaire et 50 ... 150 tours de fil d'un diamètre de 0,8 ... 1,2 mm pour le secondaire. Pour que ces enroulements soient placés sur le châssis, la taille de sa fenêtre doit être d'environ 20x50 mm, ce qui nécessite l'utilisation d'un transformateur avec une section de circuit magnétique d'au moins 10 ... 12 cm avec un amplificateur puissance de sortie de seulement 10 ... 15 W. Pour les amplificateurs d'une puissance de sortie de 40 W, la section augmente en conséquence à 15 ... 18 cm.

A titre de comparaison, on rappelle qu'un tel paquet de fer (section 30x63 mm) avait... un transformateur de puissance du téléviseur Rubin-102 d'une puissance de 150 W ! C'est le prix aujourd'hui pour le vrai bas de gamme de la bande passante de l'amplificateur 20 Hz.

Parlons maintenant du prix d'un autre indicateur - la non-identité de ces deux moitiés de l'enroulement primaire, enroulées par le traditionnel, invariablement utilisé dans la méthode de production industrielle, l'une sur l'autre. Examinons de plus près la section du châssis de la bobine du transformateur de sortie, illustrée à la Fig. 52. Au début, une moitié de l'enroulement primaire était enroulée sur le cadre, puis une ou plusieurs couches d'isolation ont suivi, et après cela, la seconde moitié de l'enroulement a été enroulée (pour simplifier l'image, nous ne prendrons pas en compte le présence de l'enroulement secondaire). Dans le même temps, il est bien évident que la longueur du premier tour (à la base du cadre) était nettement inférieure à la longueur du dernier tour de la seconde moitié de l'enroulement. Cependant, le mot "significativement" dans ce cas est inacceptable : nous nous intéressons au côté quantitatif de la question.

Pour commencer, afin de ne pas charger le lecteur de calculs fastidieux, passons aux calculs arithmétiques-géométriques les plus simples. On peut voir sur la figure que la longueur du tout premier tour (intérieur) est de 4+3+4+3=14 cm, et le dernier (extérieur) - 7+8+7+8=30 cm. nous ne nous intéressons pas aux longueurs des deux spires extrêmes, mais aux longueurs comparatives des spires médianes dans les première et deuxième moitiés de l'enroulement, puisqu'elles sont directement proportionnelles aux valeurs des résistances actives de ces deux moitiés. D'après la même figure, on peut voir qu'ils seront l1 = 4+5+4+5 = 18 cm et I2 = 6+7+6+7 = = 26 cm. Puisque tout l'enroulement est enroulé avec le même fil, le rapport des résistances actives de ses deux moitiés sera le même, c'est-à-dire avec une résistance totale de 500 ohms, la moitié inférieure aura une résistance de r1 = 200 ohms, et la moitié supérieure aura une résistance de r2 = 300 ohms.

Technologie de fabrication d'unités de bobinage artisanales. Section du châssis du transformateur de sortie

Encore une fois, nous ferons une réserve que ce calcul est assez approximatif, mais même il conduit au résultat suivant : si deux triodes avec un courant d'anode de 100 mA chacune sont utilisées dans l'étage final à une tension de source de 120 V (pour exemple, lampes 6S19P), puis en conséquence chute de tension sur la résistance active constante des enroulements

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

120 - 20 \u100d XNUMX V resteront sur l'anode de la première lampe et sur l'anodedeuxième -120-30 = 90 V.

Ainsi, avec la méthode classique d'enroulement du transformateur et l'égalité absolue du nombre de tours des deux moitiés de l'enroulement primaire, les tensions aux anodes des deux lampes terminales différeront de 10%, ce qui, bien sûr, sera exclure la possibilité d'obtenir des distorsions non linéaires à moins de 1 %.

C'est le prix de la technologie de bobinage "classique" du transformateur de sortie. À cela, il convient d'ajouter que les inductances des deux moitiés de l'enroulement ne seront pas les mêmes, car la formule de l'inductance d'une bobine cylindrique multicouche comprend les diamètres des spires inférieure et supérieure, et elles se révéleront différentes pour les deux moitiés du bobinage.

Mais pourPourquoi considérons-nous toutes ces questions avec autant de détails, au lieu de simplement donner des données de conception et d'enroulement spécifiques des transformateurs ? Dans le seul but : premièrement, pour que le radioamateur comprenne que les exigences de conception des transformateurs, auxquelles il sera confronté à l'avenir, ne sont en aucun cas injustifiées ou excessives, et, deuxièmement, pour que dans la fabrication des transformateurs, il suit régulièrement nos instructions et recommandations .

Passons au côté pratique des choses. Commençons par choisir le type de noyau magnétique pour les transformateurs de sortie. Du point de vue de la qualité du transformateur, la forme de son circuit magnétique en fer n'est pas significative, mais du point de vue de la commodité de l'enroulement, il est préférable d'utiliser des circuits magnétiques de type tige fendue en forme de O. Dans ce cas, deux cadres absolument identiques avec deux enroulements absolument identiques sont placés sur chacune des deux tiges, ce qui élimine en principe la différence des données électriques de ces enroulements.

L'enroulement de chacune des deux bobines dans ce cas ne nécessite pas d'actions particulières et s'effectue sur un bobinoir classique avec un "porteur" (coil stacker) et un compteur du nombre exact de tours, ce qui permet de effectuer un enroulement couche par couche ordinaire dense "bobine à bobine". Il est inacceptable d'enrouler des bobines en vrac.

Sur la moitié de l'enroulement primaire sur chacune des deux bobines, la moitié des spires de l'enroulement secondaire sont enroulées de la même manière, et après assemblage du transformateur, les deux moitiés des enroulements primaire et secondaire sont connectées en série. Un tel transformateur est idéal du point de vue de l'identité complète des parties symétriques de ses enroulements et présente des champs parasites externes négligeables.

Peut faire un bon transformateur de sortie etsurcircuit magnétique blindé feuilleté à partir de plaques individuelles en forme de W, cependant, sa fabrication est plus laborieuse et nécessite des opérations supplémentaires.

La première difficulté est liée au circuit magnétique lui-même. Tout d'abord, il faut tenir compte du fait que les plaques d'une épaisseur de 0,5 mm ne conviennent pas à nos besoins. L'épaisseur maximale autorisée est de 0,35 mm, et si le fer est de 0,2 mm, c'est encore mieux.

Après avoir assemblé un paquet de l'épaisseur requise, vous devez y ajouter au moins 10% de plaques de réserve supplémentaires (et de cavaliers) en réserve. Toutes les plaques et linteaux doivent être enduits des deux côtés avec un pistolet avec n'importe quelle peinture nitro ou zaponlak liquide, puis séchés soigneusement (à l'air, au soleil ou au four). Cette mesure est nécessaire pour minimiser les pertes dans le noyau magnétique dues aux courants de Foucault. Après cela, chaque plaque et chaque cavalier doivent être examinés pour l'absence de bavures et d'encoches qui, lors de l'assemblage de l'emballage, peuvent casser (rayer) la couche protectrice de vernis ou de peinture. Les défauts détectés peuvent être éliminés avec une lime aiguille, une meule émeri fine ou un couteau. Il est même préférable de remplacer les plaques défectueuses parmi celles de réserve.

Le problème suivant est le cadre partitionné. Très probablement, aucun des industriels ne vous conviendra, surtout s'il n'est pas séparable. Mais avant de commencer à fabriquer vous-même le cadre, vous devez vous arrêter à l'une des trois options d'enroulement illustrées à la fig. 53. L'option "a" suppose la présence d'un cadre, divisé exactement en deux par une joue intérieure supplémentaire sur toute la hauteur de la fenêtre. Dans ce cas, une moitié de l'enroulement primaire est enroulée dans chaque section, au-dessus de laquelle, après plusieurs couches d'isolation (papier câblé ou tissu verni), exactement la moitié des spires de l'enroulement secondaire sont posées dans chaque section. Les sections des enroulements primaire et secondaire (bien sûr, à part) sont connectées en série.

Technologie de fabrication d'unités de bobinage artisanales. Trois options pour l'enroulement sectionné du transformateur de sortie

Dans l'option "b", la joue médiane est faite d'une hauteur plus petite - au ras des moitiés de l'enroulement primaire. Après leur enroulement, deux ou trois couches d'isolant en papier de câble sont posées sur toute la largeur du cadre, et d'en haut, également sur toute la largeur du cadre, tout l'enroulement secondaire est enroulé sans se rompre.

Et enfin, l'option c prévoit la décomposition du cadre en trois sections identiques. Dans les deux sections extrêmes, les moitiés de l'enroulement primaire sont enroulées, et dans la section médiane, tout l'enroulement secondaire. D'un point de vue électrique, les trois options sont équivalentes, de sorte que le concepteur peut choisir l'une d'entre elles.

Les plaques du noyau magnétique sont assemblées bout à bout, sans entrefer, puisqu'il n'y a pas de polarisation continue dans les circuits push-pull. Il est souhaitable de soumettre le transformateur assemblé à un traitement étanche à l'humidité, assez simple à mettre en œuvre à la maison. Pour ce faire, dans une boîte de fer à partir de conserves ou de tout autre ustensile similaire (casserole, bol), à l'intérieur de laquelle le transformateur de sortie peut tenir en totalité ou au moins partiellement, vous devez faire fondre et réchauffer la cire, la paraffine, la stéarine ou puits de cérésine industrielle. Le transformateur est abaissé dans le bocal et y est maintenu pendant 2 à 3 minutes, chauffant en continu la masse fondue.

Après refroidissement complet (à température ambiante), les gouttes gelées, si elles interfèrent avec la fixation du transformateur, peuvent être soigneusement retirées avec une spatule en bois ou en plastique (mais pas avec un couteau en acier !). Si possible, il est conseillé de placer le transformateur fini dans un boîtier-écran métallique solide avant l'installation sur le châssis. Cela doit être fait pour exclure l'effet de ses champs électriques et magnétiques. sur les lampes, les câblages imprimés exposés, les opérateurs et les fils de connexion, et ainsi empêcher l'apparition de rétroactions parasites incontrôlées.

Ensuite, nous donnerons les données de conception des circuits magnétiques et les données électriques des enroulements pour tous les amplificateurs décrits dans le livre, ainsi que les données d'enroulement des transformateurs de puissance et des selfs de filtrage recommandés.

Cependant, nous avertissons immédiatement que la répétition exacte des données données avec une précision d'un tour et l'utilisation des diamètres recommandés du fil d'enroulement ne sont pas toujours optimales et, dans certains cas, peuvent conduire au fait que tous les enroulements ne seront pas tenir dans la fenêtre du cadre.

Le fait est que les boîtiers de circuits magnétiques utilisés par les radioamateurs peuvent varier considérablement, parfois plusieurs fois, entre eux dans la qualité de l'acier du transformateur, ce qui conduit à des inductances différentes avec absolument le même nombre de tours de bobines, et, par conséquent, à un mode non optimal des lampes terminales en termes de puissance de sortie non déformée.

Le facteur de remplissage de la fenêtre avec les bobinages dépend également de nombreuses données : du type de fils de bobinage utilisés (PE, PEL, PEV-1, PEV-2, etc.), ayant le même diamètre de cuivre (par exemple, 0,2 mm) extérieur réel diamètres de 0,215 à 0,235 mm ; sur le type et l'épaisseur de l'isolation entre les couches et les enroulements (cigarette, condensateur, papier pour câbles, toile vernie, papier couché, papier à dessin) ; sur le nombre de couches d'une telle isolation; sur la densité d'enroulement et le degré de tension du fil; sur l'exhaustivité du remplissage de chaque couche d'enroulement avec des tours et un certain nombre d'autres facteurs.

Quelques conseils importants:

1. Choisissez des noyaux magnétiques fabriqués à partir de nuances d'acier de transformateur de haute qualité.

2. Lors de l'enroulement de l'enroulement, faites deux ou trois coups au début ou à la fin par incréments de 5% du nombre total de tours. Cela permet, si nécessaire, de sélectionner le nombre de spires le plus optimal.

3. Enroulez les enroulements uniquement de manière ordinaire, en posant fermement un tour à tour de la joue à la joue du cadre, en ne laissant aucun espace vide sur les bords.

4. Assurez-vous de faire un tampon isolant de papier fin (cigarette ou condensateur) après chaque couche d'enroulement afin que les spires de la rangée suivante ne tombent pas près des joues du cadre dans les couches inférieures.

5. Évitez d'utiliser des fils de bobinage d'un diamètre supérieur à celui indiqué dans la description. Sinon, les enroulements risquent de ne pas tenir dans la fenêtre du cadre et le transformateur devra être rembobiné. Gardez à l'esprit que l'utilisation d'un fil de diamètre légèrement inférieur n'affectera pas sensiblement les paramètres de l'amplificateur, mais cela garantira que tous les enroulements tiennent dans la fenêtre du cadre.

littérature

1. Fréquences ultrasonores du tube de haute qualité

Auteur : tolik777 (alias Viper) ; Publication : cxem.net

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