|
Намагничивание постоянным током
Если в обмотке трансформатора будет протекать только постоянный ток, то он сместит рабочую точку на кривой намагничивания
и вызовет значительные искажения (в форме сигнала) из-за насыщения во время одной половины цикла намагничивания. Именно из-за
этого анодные токи выходных ламп двухтактного усилителя должны быть очень тщательно уравновешены, и в силовых трансформаторах
не должно использоваться однополупериодное выпрямление. Традиционным методом установления баланса по постоянной составляющей
выходных ламп двухтактного усилителя является измерение напряжения между анодами выходных ламп и установление нулевого значения
этого напряжения. Нулевое значение напряжения между анодами означает равенство падений напряжения, что подразумевает равенство
токов и отсутствие несбалансированных токов, однако, это будет справедливо только при равенстве сопротивлений обмоток трансформатора.
Поэтому перед использованием данного метода в обязательном порядке следует проверить величины сопротивлений обмоток. Поскольку
трансформаторы с тороидальным и С-образными сердечниками не имеют воздушного зазора, то они гораздо в большей степени подвержены
насыщению на постоянном токе.
Потери, вызванные сопротивлением обмоток трансформатора
где N выражает отношение числа витков первичной обмотки трансформатора к количеству витков во вторичной.
Медные провода характеризуются некоторой конечной величиной омического сопротивления, поэтому для хорошо рассчитанного
трансформатора потери, вызванные этим сопротивлением, должны быть одинаковыми для первичной и вторичной обмоток. Из равенства
потерь следует, что величины сопротивлений должны относиться как:
Общие потери, вызванные сопротивлением медной обмотки, могут быть, в свою очередь, сопоставлены для конкретной конструкции
трансформатора с потерями в сердечнике, так как два трансформатора могут иметь различные соотношения между количеством медных
проводов в обмотках и трансформаторного железа в сердечниках при одинаковой номинальной мощности.
Электростатические экраны
В низкочастотных трансформаторах, используемых в звуковых трактах, емкость между секциями первичной и вторичной обмоток
оказывается значительной, так как она дополнительно увеличивается отношением витков в секциях, совершенно аналогично тому,
как это происходит в ламповом триоде в соответствии с эффектом Миллера. Проблема может быть решена помещением заземленного
электростатического экрана, обычно изготавливаемого из фольги, между взаимодействующими обмотками. Таким образом, возникает
емкость относительно земли, но ее влияние очень незначительно. Более важным является то, чтобы края фольгового экрана не
имели между собой электрической связи, так как это привело бы к образованию короткозамкнутого витка.
Электростатический экран между первичной и вторичной обмотками силовых трансформаторов часто устанавливается по совершенно
иным причинам. В случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками при отсутствии экрана напряжение сети питания
могло бы попасть непосредственно в цепь вторичной обмотки, что привело бы к весьма тяжелым последствиям. При установке же
электростатического экрана в таком случае ток будет протекать непосредственно на землю, что вызовет перегорание плавкого
предохранителя сети питания, предохранив оборудование от повреждений.
Электростатический экран также предотвращает передачу за счет емкостной связи высокочастотных радиопомех сети питания
в последующие цепи оборудования. В аудиотехнике влияние высокочастотных радиопомех не должно недооцениваться, что является
дополнительным стимулом для использования электростатического экрана. Применение электростатических экранов особенно благотворно
для низковольтных вторичных обмоток, так как экраны предотвращают появление высоковольтных шумов из сети питания за счет
непосредственной емкостной связи в чувствительных цепях.
Магнитострикция
Ламповые усилители, в которых применяются выходные трансформаторы, подчас склонны «подпевать» в звуковом диапазоне, когда
работают на полную мощность. Иногда этот эффект связан с ослаблением затяжки пластин сердечника, однако гораздо чаще, он
вызывается магнитострикцией. Магнитострикция — это эффект, связанный с изменением геометрических размеров магнитных материалов,
который обусловлен искажениями кристаллической решетки под влиянии сильного внешнего поля. В выходных трансформаторах действуют
сильные магнитные поля, поэтому
этот эффект может проявляться достаточно ощутимо. Так как напряженность магнитного поля является величиной переменной,
то она вызывает вибрации. Однако в силу того, что эффект магнитострикции не является полярным, то в двухтактных усилителях
звук, который будет слышаться, будет представлять в чистом виде искажения вторых гармоник.
Магнитострикция обратно пропорциональна относительной магнитной проницаемости μr, поэтому высококачественные
трансформаторы менее подвержены влиянию этой (почему-то общепризнанно, несущественной) проблемы.
Выходные трансформаторы, обратная связь и громкоговорители
Как известно, большинство усилителей звуковой частоты охватываются отрицательной обратной связью, что позволяет уменьшить
нелинейные искажения в них. Чаще всего, напряжение обратной связи снимается непосредственно с выходного трансформатора.
Наиболее удобно снимать обратную связь от специально выполненной обмотки обратной связи, либо от промежуточного отвода обмотки,
так как это означает, что пользователь может менять согласование нагрузки и усилителя без необходимости подстройки обратной
связи. Например, усилители марки Leak были спроектированы с использованием такого подхода, что обуславливало простую связь
для выполнения согласования, однако этот же подход и означал, что использование выходного трансформатора является весьма
далеким от оптимального (рис. 5.18).
Рис. 5.18 Схема использования вторичной обмотки выходного трансформатора в усилителях Leak
Например, если в качестве согласующей используется часть обмотки с сопротивлением 4 Ом, то будет использована только
половина вторичной обмотки, что приведет к увеличения индуктивности рассеяния. Гораздо хуже то, что в контур обратной
связи (которая в идеале должна действовать
на выходе) перед точкой, где начнется ее действие, должна дополнительно быть включена часть вторичной обмотки, а действие
обратной связи с включением различных частей вторичной обмотки не будет эквивалентным для каждого случая. Оптимальным способом
при выборе точки подключения обратной связи были бы выходные клеммы усилителя (либо же, что оказалось бы даже предпочтительнее,
клеммы громкоговорителя). В идеальном варианте эффективность работы трансформатора была бы оптимальной при использовании
максимально возможного количества секций вторичной обмотки.
Трансформаторы более ранних лет выпуска старались проектировать так, чтобы они имели пару секций вторичных обмоток, которые
включались бы последовательно при использовании громкоговорителей с сопротивлением 16 Ом, либо параллельно при использовании
громкоговорителей с сопротивлением 4 Ом. Секции выводились не обязательно от одних и тех же слоев обмотки, поэтому секции
отличались по своим сопротивлениям и индуктивностям рассеяния. При их последовательном включении (согласование с нагрузкой
16 Ом) особых проблем не возникало, но при параллельном включении не точно идентичные обмотки создавали бы ток друг в друга,
что нельзя считать нормальным явлением. Трансформаторы более высокого качества имеют четыре секции вторичной обмотки, предназначенные
обеспечить точные значения сопротивлений 1 Ом, 4 Ом, и 16 Ом, однако для них оставалась прежней проблема при включении
на нагрузку с сопротивлением 8 Ом.
Правда, может возникнуть вопрос, а почему все-таки широко не используется выходное сопротивление 16 Ом? Громкоговорители
с сопротивлением 16 Ом для оптимального демпфирования не очень нуждались бы в источнике с особенно низким сопротивлением
и на них оказывало бы меньшее влияние сопротивление подводящих проводов к громкоговорителю. Дополнительным позитивным фактором
явилось бы и то, что проектирование транзисторных усилителей стало бы значительно проще, а для ламповых усилителей могла
бы оказаться необходимой оптимизация секций вторичной обмотки, а уменьшенное отношение количества витков могло бы еще более
улучшить характеристики трансформатора. Однако любой производитель, который выпустил бы громкоговоритель с сопротивлением
16 Ом, установил бы, что данный громкоговоритель оказался бы малоэффективным, так как при заданном напряжении он обеспечивал
бы уровень акустической мощности на 3 дБ ниже, чем громкоговоритель, рассчитанный на сопротивление 8 Ом — существуют опубликованные
на эту тему комментарии относительно громкоговорителя корпорации Би-би-си LS3/5a (сопротивление 12 Ом). Поэтому автор предпочитает
применять с громкоговорители с сопротивлением 8 Ом, хотя и существует стойкая тенденция ориентироваться на громкоговорители
с сопротивлением 4 Ом.
Многие современные громкоговорители имеют номинальное сопротивление 8 Ом (достаточно часто, с провалами, которые еще
больше снижают эту величину). Учитывая это, а также с учетом только чисто активного сопротивления, получается величина практически
незначительно отличающаяся от значения 4 Ом. Исходя из этого, гораздо проще считать все громкоговорители, имеющими сопротивление
4 Ом: некоторое снижение измеряемой мощности по сравнению со значением, получаемым при
сопротивлении 8 Ом, можно считать незначительным, зато упущение качества при этом окажется очень ощутимым.
|
