Общие сведения о трансформаторах и дросселях низкой частоты

 

Трансформатор - электромагнитное устройство переменного тока, предназначенное для изменения напряжения, согласования сопротивлений электрических цепей, разделения цепей источника и нагрузки по постоянному току, а также для изменения состояния цепи относительно корпуса. Основной частью трансформатора является магнитопровод из магнитно-мягкого материала с размещенными на нем обмотками.

Трансформаторы, используемые в приемно-усилительной аппаратуре, можно разделить на трансформаторы питания (силовые) и согласующие (сигнальные). Трансформаторы питания применяются в выпрямительных устройствах для получения различных напряжений. Согласующие трансформаторы используют для согласования входа усилителя и источника сигнала (входные), выхода усилителя с нагрузкой (выходные), в качестве элемента межкаскадной связи (межкаскадные).

Дроссель низкой частоты - катушка индуктивности с магнитопроводом, предназначенная для использования в электрических цепях в качестве индуктивного сопротивления.

В приемно-усилительной аппаратуре дроссели низкой частоты используются в фильтрах питания, различных низкочастотных фильтрах и цепях коррекции АЧХ.

Наиболее важными электрическими параметрами трансформаторов питания являются выходное напряжение, номинальная мощность, КПД, падение напряжения.

Номинальной мощностью трансформатора питания называют сумму номинальных мощностей вторичных обмоток (ГОСТ 80938—75), Номинальная мощность вторичной обмотки определяется как произведение тока при номинальной нагрузке на номинальное напряжение. Ряд номинальных напряжений вторичных обмоток установлен ГОСТ 10763—64. Допустимые отклонения напряжений от номинальных ±0,15 В при номинальных напряжениях не более 7,5 В и ±2%, при номинальных напряжениях более 7,5 В (ГОСТ 14233-74).

Номинальная мощность трансформатора пропорциональна частоте напряжения сети, индукции в магнитопроводе, плотности тока обмоток, площади сечения стали в магнитопроводе и площади сечения меди, заполняющей окно магнитопровода.

КПД трансформатора:

 

ή=Р_ном/(Р_ном+Р_мп+Р_об)

 

где Р_ном — номинальная мощность трансформатора; Р_мп — мощность потерь в магнитопроводе; Р_об — мощность потерь в обмотках.

Падение напряжения ΔU, выраженное в относительных единицах, показывает степень изменения выходного напряжения при полном изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения: ΔU=Р_об/Р_ном. Следовательно, для повышения стабильности выходного напряжения необходимо уменьшать потери в обмотках путем снижения сопротивления обмоток.

Масса и габаритные размеры трансформатора зависят от номинальной мощности, напряжения, КПД и допустимой температуры перегрева трансформатора.

 

Согласующие трансформаторы

 

Согласующие трансформаторы применяются чаще всего в выходных каскадах УНЧ для согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением выходного каскада. Для междукаскадной связи согласующие трансформаторы применяют, когда требуется большая амплитуда тока на выходе усилителя. В этом случае использование согласующего трансформатора на входе оконечного каскада позволяет значительно повысить усиление мощности сигнала и снизить расход энергии питания. Кроме того, в предоконечном каскаде может быть применен транзистор меньшей мощности. Междукаскадный трансформатор необходим также при очень низком входном сопротивлении следующего каскада. На входе усилителя согласующие трансформаторы применяются, когда источник сигнала имеет малое выходное сопротивление и развивает малую ЭДС или при необходимости симметрирования входной цепи.

Основные параметры согласующих трансформаторов: индуктивность первичной обмотки L₁ индуктивность рассеяния L_s, активное сопротивление обмоток r, собственная емкость C_тр,. коэффициент трансформации п, постоянная времени трансформатора τ_тр, критическая мощность Р_кр, КПД и уровень нелинейных искажений, вносимых трансформатором.

Величины L_s,L₁, С_тр и r вместе с сопротивлением нагрузки определяют частотные искажения трансформаторного каскада. Индуктивность L₁ зависит от постоянной и переменной составляющих токов в обмотках, которые влияют и на уровень нелинейных искажений. Чтобы частотные искажения не превышали допустимых, значение L₁ должно быть достаточно большим, а С_тр. иL_s— достаточно малыми.

Коэффициент трансформации — отношение числа витков вторичной и первичной обмоток. Значение n выбирается из условия согласования сопротивлений источника сигнала и нагрузки.

Постоянная времени трансформатора, работающего в режиме класса А, определяется по формуле:

 

τ_тр =2L₁/r₁ (3),

 

а работающего в режиме класса В—по формуле:

 

τ_тр =3,4L₁/r₁ (4)

 

где L₁ — индуктивность, Г; r₁ — активное сопротивление, Ом, первичной обмотки.

Постоянная времени трансформатора зависит только от геометрических размеров магнитопровода и обмоток, а также от свойств материалов магнитопровода и проводов.

Критическая мощность трансформатора — мощность, при которой, вносимые трансформатором, нелинейные искажения равны максимально допустимым.

Нелинейные искажения, вносимые трансформатором, обусловлены нелинейностью характеристики намагничивания магнитопровода и в ряде случаев нестационарными процессами при отсечке тока в обмотках. Для того чтобы искажения не превышали допустимого уровня, амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе при наибольшей амплитуде сигнала на трансформаторе и наинизшей частоте должна быть не больше допустимого значения, которое зависит от свойств материала магнитопровода.

Нелинейные искажения, обусловленные отсечкой тока в обмотках, например, при работе усилителя в режиме класса В, проявляются в основном на высших рабочих частотах. Для уменьшения этих искажений необходимо уменьшить индуктивность L_s.