Силовой трансформатор для лампового усилителя своими руками

Ламповые усилители с любым тороидальным трансформатором – довольно известная разработка, применяемая инженерами-любителями. Собрать усилитель на торе возможно, но учитывать необходимо некоторые аспекты. Для преобразования тока используются различные виды устройств. К числу таких относится тороидальный трансформатор. Намотку допустимо проводить в домашних условиях.

Можно ли собрать ламповый усилитель на торе

Силовой трансформатор выбирают для лампового усилителя, но делается это с учетом определенных технических характеристик. Принцип работы тороидального устройства состоит в том, что оно преобразовывает переменный ток с одними показателями напряжения в другое. При этом возможно нескольку схематических решений: однотактный или двухтактный.

Тороидальные тс в любом случае имеют идентичные конструктивные особенности. В частности, устройства состоят из:

• диска из металла с определенным радиусом (обычно используется качественная сталь);
• прокладки для изоляции прибора;
• вывода первичной обмотки;
• вывода вторичной обмотки;
• инструментов, обеспечивающих изоляцию вторички и первички;
• экранирующей обмотки;

• изоляции сердечника трансформатора;
• предохранителя;
• приборов для крепежа элементов;
• изоляции основной части;
  специального тороидального сердечника.

Именно последний — тороидальный сердечник — отвечает за специфику работы тс. Обмотки соединяются при помощи магнитного провода, технологические характеристик его различаются в зависимости от вида трансформатора.

Плюсы и минусы использования тороидального трансформатора в качестве выходного

Если трансформатор тороидального типа собираются использовать для работы с ламповым усилителем, то сначала оценивают целесообразность этого поступка. Обычно сравнивают тс такого типа со стержневыми или броневыми вариантами, которые обладают похожей спецификой действий. В сравнении с ним у трансформаторов тороидальных имеются такие преимущества:

• нет зазоров и стыков в сердечнике;
• сталь используется прямым методом, так как направляющие проката и магнитного поля, образуемого элементами, идентичное;
• использоваться могут варианты стали марок Э-340, Э-370 и другие.

Поток рассеяния катушки, которая использоваться в тс, должен быть равен нулю. Только использование пластинки из стали позволяет достичь этого показателя. В отличии от оборудования стандартного вида в этих типах магнитное поле, вызываемое внешними раздражителями, практически не влияет на работу.

Использование тороидального трансформатора в качестве выходного для лампового усилителя соответственно позволяет уменьшить влияние окружающих помех. Тороидальный сердечник, если сравнивать его с обычным, показывает гораздо большие экономические и электрические показатели. Его использование более целесообразно.

Сталь в составе позволяет устранить нелинейные искажения. Кроме того, так как напряжение не колеблеться, величина индукции максимальная, то вес и объем сердечника уменьшается, следовательно устройство само весит меньше.

Отдельно специалисты отмечают простоту использования и удобство приборов. Экранов нет, что позволяет комфортно закреплять их. Но следует понимать, что есть и недостатки. К числу таких относится стоимость намотки — она выходит несколько выше.

Возможные схематические решения

Обычно используются трансформаторы вида с немагнитным зазором. Проблема использования заключается в зависимости сердечника от внешнего поля, показателей индуктивности первички.

Однотактный

Кривая намагничивания зависит пропорционально от проницаемости сердечника. Это можно увидеть на схеме зависимости напряженности внешнего поля от величины намагничивания.

Если растет показатель тока на первичной обмотке, то проницаемость будет уменьшаться, а намагниченность увеличиваться. Индуктивность внутреннего слоя понизиться. Это способствует тому, что оборудование начинает работать в режиме насыщения.

Однотактные ламповые усилители дают возможность через тс протекать току, который вызывает намагничивание. Крепеж более мягкого материала невозможен, кроме того, не поможет решить проблему и увеличение витков первички — насыщение сердечника продолжится. Нужные показатели индуктивности достигаются путем смены количества витков и увеличения ширины зазора.

Двухтактный

Проблема создания двухтактного трансформатора идентичная — получить необходимые показатели индуктивности обмотки, но не допустить входа в режим пресыщения.

Для этой цели используется методика создания зазора, а также увеличение твердости магнитной стороны сердечника. Последний помещают в поперечное магнитное поле, которое выступает в роли магнита для середины.

Проведение питания таким образом решает сразу несколько проблем. В первую очередь повышает индуктивность первички. Это означает, что и увеличивается значение магнитной проницаемости. Сердечник не перемещается в режим пресыщения и стабильно работает. Тор наматывается на детали, при этом один является магнитомягким, а другой твердым.

Требования к качеству электрической машины

Самый простой тороидальный трансформатор представляет собой устройство из двух обмоток со стальным сердечником. Предъявляются определенные требования к электрический машине. Обратить внимание следует на то, что:

• первичная обмотка подключается к источнику тока;
• вторичная примыкает к потребителю энергии.

Магнитный провод усиливает индукцию, поэтому его коэффициент подбирается в строгом соответствии с техническими характеристиками обмоток. Витки обмотки определяют, какую силу имеет электромагнетизм. Изменяя число обмоток можно создать систему для лампового усилителя, которая бы преобразовывала любое напряжение.

При самостоятельном изготовлении используйте специальный станок для намотки — он упрощает процесс. Латры берутся одинаковыми, между листами не должно быть зазоров. Если будут щели, то непременно их заполнить железными листами. Выводы обязательно закрепляются при помощи сварочных точек.

• SLV__ 21 марта 2015
• Самоделки для домаСамоделки для радиолюбителейзвук

Сегодня у нас полезная самоделка для ценителей хорошего звука: высококачественный ламповый усилитель сделанный своими руками

Решил я собрать двухтактный ламповый усилитель (уж очень руки чешутся) из, накопившихся у меня за долгое долгое время деталей : корпус, лампы ,панельки к ним , трансформаторы и прочее.

Надо сказать, что всё это добро мне досталось даром (безвозмездно тобишь ) и стоимость моего нового проекта будет 0.00 гривен ,а если что-то надо будет докупить по мелочи , куплю уже за рубли (так как начал я свой проект в Украине , а закончу уже в России).

Начну описание с корпуса.

Когда-то это был ,судя по всему, неплохой усилитель фирмы SANYO модель DCA 411.

Но послушать мне его не довелось так как достался он мне в жутком грязном и нерабочем виде, перекопан до нельзя и горелый сетевик на 110 В (японец, наверное) закоптил все внутренности. Вместо родных микросхем оконечного каскада какие-то сопли из советских транзисторов (это фото из интернета хорошего экземпляра). Короче, я всё это выпотрошил, и стал думать. Так вот , ничего лучшего чем запихать туда ламповик я не придумал (уж довольно много места там ).

Решение принято . Теперь надо определяться со схемой и деталями. У меня есть достаточное количество ламп 6п3с и 6н9с .

Ввиду того, что однотактник я уже собирал на 6п3с ,мне захотелось больше мощности и ,порывшись в просторах интернета, я выбрал эту схему двухтактного усилителя на 6п3с.

Схема самодельного лампового усилителя (УНЧ)

Схема взята с сайта heavil.ru

Надо сказать, что схема, наверное, не самая хорошая, но ввиду её относительной простоты и доступности деталей решил остановиться на ней. Выходной трансформатор (фигура важная в сюжете ).

В качестве выходных трансформаторов решено использовать «легендарный» ТС-180. Сразу камнями не кидайтесь (приберегите их до конца статьи 🙂 ) я и сам в глубоких сомнениях о таком решении , но учитывая моё стремление не тратить ни копейки на этот проект продолжу.

Выводы транса для моего случая я соединил вот так .

на соединение выводов 1 и 1′ подается анодное напряжение, 8 и 8′ на аноды ламп.

10 и 10′ на динамик. (это я не сам придумал, нашел в интернете). Чтобы развеять туман пессимизма я решил проверить частотную характеристику трансформатора на глаз. Для этого собрал такой стенд на скорую руку.

На фото генератор ГЗ-102 , усилитель BEAG APT-100 (100V-100W), Осциллограф С1-65, эквивалент нагрузки 4 Ом (100W), ну и сам трансформатор. Кстати, на сайте есть онлайн калькулятор расчитывающий резистор для подключения светодиода.

Ставлю 1000 гц размахом 80 (примерно) вольт и фиксирую напряжение на экране осциллографа (около 2 в). Далее увеличиваю частоту и жду когда напряжение на вторичке транса начнет падать. Тоже самое делаю в сторону уменьшения частоты.

Результат меня, надо сказать, порадовал АЧХ практически линейна в диапазоне от 30 гц до 16 кГц , ну я думал, что будет намного хуже. Кстати, усилитель BEAG APT-100 имеет повышающий трансформатор на выходе и его АЧХ , возможно, тоже не идеальна.

Теперь можно собирать все до кучи в корпус со спокойной совестью. Есть задумка сделать монтаж и компоновку внутри в лучших традициях, так называемого, моддинга (минимум проводов на виду) и еще не плохо было бы сделать подсветку светодиодами как в промышленных экземплярах.

Блок питания самодельного лампового усилителя.

Сборку начну с блока питания заодно опишу его. Сердцем блока питания (да и всего усилителя, наверное) будет тороидальный трансформатор ТСТ-143, который я в своё время (года 4 назад) выдрал с мясом из какого-то лампового генератора прямо в то время, как его уносили на свалку. Больше к сожалению ничего не успел L жалко такой генератор, а может он еще и рабочий был или починить можно было … Ладно что-то я отвлекся. Вот он силовик мой .

Конечно в интернете нашел схему на него.

Выпрямитель будет на диодном мосте с фильтром на дросселе для анодного питания. И 12 вольт для питания подсветки и схемы задержки анодного напряжения. Дроссель вот такой у меня.

Его индуктивность составила 5 генри (если верить прибору) , что вполне достаточно для хорошей фильтрации. А диодный мост нашелся вот такой.

Его название BR1010. (10 ампер 1000 вольт). Все начинаю выпиливать усилитель. Думаю — будет как-то так.

Размечаю и вырезаю отверстия в текстолите под панельки для лампочек.

Получается неплохо 🙂 пока мне всё нравится.

Дальше начинаю придумывать как же расположить на этом текстолите все детальки.

И так , и эдак . сверлим пилим 🙂

Началось что-то вырисовываться.

Нашел в старых запасах фторопластовый провод и сразу же все альтернативы и компромиссы по поводу провода для монтажа исчезли без следа 🙂 .

Такой вот получился монтаж. Всё как бы «кошерно» накалы перевиты, земля в одной ,практически, точке. Должно работать.

Пришло время городить питание. После проверки и прозвонки всех выходных обмоток транса припаял все необходимые провода к нему, и начал устанавливать согласно принятому плану.

Как известно, в нашем не легком радиолюбительском деле никуда без подручных материалов : так пригодился контейнер от киндер-сюрприза.

И крышка от нескафе и старый компакт диск

Далее устанавливаю выпрямитель и элементы фильтра питания.

Конденсаторы я повыдирал из плат телевизоров и мониторов. Все емкости не менее 400 вольт (знаю, что надо бы побольше, но не хочу покупать).

Мост шунтирую емкостями (какие были под рукой, наверное, поменяю потом)

Многовато получается, ну да ладно, под нагрузкой просядет 🙂

Выключатель питания использую штатный от усилителя (четкий и мягкий ).

С этим готово. Хорошо получилось 🙂

Подсветка для корпуса лампового усилителя.

Для реализации подсветки была куплена светодиодная лента .

И установлена следующим образом в корпус.

Теперь свечение усилителя будет видно и в дневное время. Для питания подсветки я сделаю отдельный выпрямитель со стабилизатором на какой-нибудь КРКЕН подобной микросхеме (что найду в хламе) , от которого планирую запитать схему задержки подачи анодного напряжения.

Реле задержки.

Порывшись в закромах родины, я нашел вот такую совершенно нетронутую штуку.

Это радио-конструктор реле времени для фотоувеличителя .

Собираем, проверяем, примеряем.

Время срабатывания выставил около 40 секунд , а переменный резистор заменил постоянным. Дело идет к завершению. Осталось все собрать вместе, поставить морду , индикаторы и регуляторы.

Регуляторы (переменники на входе)

Говорят, от них может сильно зависеть качество звука . Короче я поставил вот такие

Сдвоенные по 100 кОм . так как у меня их два ,то я решил запараллелить выводы получив тем самым 50 кОм и повышенную стойкость к хрипам 🙂

Индикаторы .

Индикаторы я задействовал штатные, со штатной подсветкой

Схема подключения была мною беспощадно выкушена с родной платы и также задействована.

Вот что в итоге у меня получилось.

При проверке мощности усилитель продемонстрировал напряжение на выходе 10 вольт неискаженной синусоиды частотой 1000гц на нагрузку 4 ома (25 ватт) одинаково по каналам , что порадовало 🙂

При прослушивании звук был кристально чистым без фона и пыли , что называется, но чересчур мониторным, что ли? красивым, но плоским.

Я наивно полагал, что он без тембров заиграет, но …

При использовании программного эквалайзера удалось получить очень красивое звучание, которое всем понравилось. Спасибо всем большое .

Автор статьи «самодельный ламповый усилитель своими руками» Вячеслав Ткаченко .

Возможно Вас заинтересуют следующие материалы:

Каждый радиолюбитель, пожелавший собрать ламповый усилитель, сталкивается с вопросом, а какой же ТВЗ ему применить для своей конструкции?
Как рассчитать, как намотать или заказать трансформатор по расчётным данным?
Ведь в интернете он наверняка вычитал, что ТВЗ – это чуть ли не самый главный элемент всего устройства. И от его качества и параметров зависит в целом качество звука всего усилителя.

Так какие же параметры важнее всего в выходном трансформаторе? Как их рассчитать?
Этому и будет посвящена данная статья.
В ней нет ничего нового. Все данные для расчётов взяты из учебников 50 х годов прошлого столетия. А я лишь постараюсь «простым , доступным языком», изложить их здесь с учётом того, что современные носители звука используют полный звуковой диапазон от 20 Гц до 20 кГц, а наш усилитель и ТВЗ в том числе должен с запасом как вниз, так и вверх перекрывать этот диапазон.

Итак, Его величество – выходной трансформатор.
Какие же параметры выходного трансформатора главней всего?
Да практически все. Это:

— Активные сопротивления первичной и вторичной обмоток r1 и r2,

— полное сопротивление анодной нагрузки, т.е. нагрузка, на которую будет нагружена лампа во время работы с вашим ТВЗ и подключенной к нему акустикой.

— а — коэффициент «альфа», отношение Ra/ Ri, сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению лампы в рабочей точке.

— L — индуктивность первичной обмотки,

— Ls — индуктивность рассеяния,

— n — коэффициент трансформации

— Rвых – выходное сопротивление усилителя, определяется внутренним сопротивлением выбранной лампы и параметрами выходного трансформатора.

— Кд – коэффициент демпфирования. Отношение Rн / R вых. Сопротивления нагрузки (динамика) к выходному сопротивлению усилителя.Чем он больше, тем лучше, и при определённых значениях и более, ваш усилитель будет одинаково хорошо звучать с любой по сложности импеданса акустикой.

Итак, для примера я выбираю лампу 300В одного из производителей. Её предельно допустимые электрические параметры следующие:
Ua = 450 вольт,
Ia = 100 ma.
На её ВАХах с помощью программы «TubeCurve» строю нагрузочную линию (обозначена красным).

Согласно своим желаниям. Определяю режим работы лампы.

Pout = 6,304 watt,

КНИ = 2,586%.
Не превышает предельно допустимых.

Это можно проделать и вручную, распечатав ВАХи принтером на листе бумаги.
Определяем коэффициент «Альфа» = а – коэффициент нагрузки.
а = Ra / Ri = 5,99 kOm / 0,67 = 8,94

Многие могут возразить: Ведь коэффициент «Альфа» выбирается 3 – 5 Ri.
Отвечу: альфа = 3 — не «хайэнд», альфа = 5-7 — неплохо, альфа = 9-10 — для особых гурманов.
Не причисляю себя к особым гурманам, поэтому выбрал режим неплохой, но очень близкий к последним.
Если вы заметили, я ещё данным режимом потерял немного выходной мощности.
Лампа 300В обычно без труда выдаёт 8 ватт при анодной нагрузке 2,5 – 3 кОм.
Хочу заверить, что потеря мощности ввиду увеличения анодной нагрузки, практически не заметна по слуховым ощущениям. Да и на 6 ватт мне вряд ли когда доведётся эту лампу слушать.

Далее: определяем коэффициент трансформации .

Сопротивление моей нагрузки (динамика) Rn = R2 = 8 Ом.
Отсюда n = √ 8 / 5990 = 0,0365, или Ктр = 27,36.

Расчёт целесообразней всего начинать от КПД – коэффициента полезного действия.
Многие именитые могут заявить: «Да плевать нам на этот КПД, подумаешь, потеряем немного выходной мощности, мы в «хайэнде» за мощностью не гоняемся!»
При этом забывают, что КПД зависит напрямую от активных сопротивлений r1 и r2, это во-первых, а во-вторых — от этих же сопротивлений зависит R вых оконечного каскада усилителя.
Чему же равен КПД? (η)

Вычисляем: КПД = 27,36 * 27,36 * 8 Om / 5990 Om =0,99.
Пусть вас не пугает эта цифра. Она говорит только о том, что мы на правильном пути.
Пугать должна цифра 0,85 или даже 0,8. А мы, от идеального трансформатора перейдём к более реальному и зададимся КПД = 0,95. Можно взять и больше, но габариты такого трансформаторы будут неимоверно увеличиваться в размерах. О чём каждый может потом посчитать.

Леонид Пермяк с «Хаенд – борды» составил и любезно предложил график определения R вых. % выходного сопротивления усилителя от КПД трансформатора и выбранного коэффициента «Альфа».

Тогда, при КПД = 0,95 и «Альфа» = 0,89 R вых = 17% от нагрузки 8 Ом.
R вых = 1,36 Ом. И это очень хорошее значение для нагрузки 8 Ом.
Хочу отметить, что этот результат не точный. Он прикидочный, чего нам ожидать.
После вычисления активных сопротивлений первичной и вторичной обмоток, получим более точный результат выходного сопротивления.
Кд (коэффициент демпфирования) при этом будет = 8 / 1,36 = 5,88.

Для нагрузки 4 Ом, R вых. Должно быть меньше 1 ома.
А как же нам получить эти 1, 36 Ом . Для этого вычислим максимально допустимое сопротивлений первичной r1 и вторичной r2 обмоток.

r1 = 0,5 * 5990 * (1 – 0,95) = 149, 75 Ом. Вполне выполнимая задача. И она благодаря высокому выбранному Ra — сопротивлению анодной нагрузки.

r2 = 0,5 * 8 * (1 – 0,95) / 0,95 = 0,21 Ом.

Итак, максимально допустимые активные сопротивления первичной и вторичной обмоток равны 149,75 Ом и 0,21 Ом соответственно. Меньше эти значения могут быть. Это приведёт к улучшению параметров всего ТВЗ. А увеличение этих значений – к ухудшению.

Теперь можно вычислить, какое будет R вых. усилителя.

R вых. = 0,21 + (670 Ом + 149,75 Ом)/ 27,36 ² = 1,17 Ом. Замечательный результат.
Выходное сопротивление уменьшилось, значит увеличится коэффициент демпфирования.
Далее вычисляем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки L1 для нижней частоты. Для этого воспользуемся формулой сопротивления эквивалентного генератора для нижней частоты.

r1 – активное сопротивление первичной обмотки;

r2 — активное сопротивление вторичной обмотки;

r’2 = r2 * Ктр² — активное сопротивление вторичной обмотки, приведённое к первичной цепи;
R’2 = R2 * Ктр² – сопротивление нагрузки, приведённое к первичной цепи.
R2 – сопротивление нагрузки (динамика). Вычисляем Rэн.

(Ri + r1) = 670 + 149,75 = 819,75
r’2 = 0,2 * 27,36 2 = 149,71
R’2 = 8 * 27,36 2 = 5988,56
(r’2 + R’2) = 6138,27
тогда,
Rэн = 819,75 * 6138,27 / 819,75 + 6138,27 = 723,17 Ом.

Вычисляем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки L1.

Приняв Fн=10Гц и спад на этой частоте -3 дБ (выражение под квадратным корнем при спаде – 3 дБ = 1, Мн – коэффициент частотных искажений ), вычисляем минимально допустимую индуктивность первички:

L1 = 723,17 / 6,28 * 10 = 11,52 Гн. Округлю до 12 Гн.

Кто-то может возразить, что уж больно мала получилась индуктивность первичной обмотки. Она должна быть как минимум раза в 3 больше. Но, параллельно первичке (и приведённой к ней нагрузке) у нас прежде всего подключено Ri лампы, равное в данном случае 670 Ом. И оно хорошо демпфирует первичку, от которой теперь уже не требуется большой L1.

Потому-то я и старался применить лампу с маленьким Ri — чтобы не потребовалось большой индуктивности и многих витков первички.
Применённая мной формула Rэн есть выражение для двух параллельно соединённых сопротивлений — Ri и Ra c учётом паразитных активных сопротивлений.

Однако, в этой бочке мёда есть и ложка дёгтя. И выражается она в том, что норма на спад величиной -3 дБ слишком слабая. Дело в том, что если на какой-то НЧ-частоте такой спад, то ощутимый спад начинается где-то на декаду выше этой частоты, т.е., если такая норма заложена на частоте 10 Гц, то начало спада — где-то на 100 Гц.
Вот картинка, только из очень древней книги:

Именно поэтому, для того, что бы получить «полноценную» частоту 40 Гц, многие ГУРУ, рассчитывают ТВЗ для нижней частоты Fн = 5 – 6 Гц.
Не буду пересчитывать на Fн = 5 Гц и продолжу расчёт как задумал. А каждый желающий может это проделать самостоятельно, и посмотреть что из этого вышло.