В технической литературе в вопросах, касаемых ламповых усилителей мощности, всегда говорится о выходном трансформаторе, как об одном из важнейших компонентов усилителя, приводятся формулы для его расчета. Однако, крайне редко упоминается о методах, приемах, полезных при создании выходного трансформатора. Единственная статья, немного осветившая этот вопрос — [1], впрочем и к ней можно много чего добавить. Полезно указать технологические приемы, позволяющие существенно улучшить звучание трансформатора, а так же устранить влияние на него воздействия внешних магнитных полей или улучшить уже готовые трансформаторы.
Логичен вопрос: почему ламповые усилители стоят так дорого, хотя ими не озвучить стадион??? Дело здесь не в выходной мощности, а в верности воспроизведения. Приглядитесь на предлагаемый ассортимент: чаще всего это двухтактные схемы, работающие в классе А, либо просто однотактные схемы, которые, как известно, работают исключительно в классе А (в редких случаях А2 с токами сетки). В таком классе оконечный каскад потребляет немалый ток, и его КПД ограничивается в лучшем случае 10-15% от полной потребляемой мощности. Поэтому в подобных усилителях нужен солидный силовой трансформатор. Учитывая мощность, уходящую на накал ламп нетрудно подсчитать, что для стереоусилителя с выходной мощностью 5-10 Вт на канал, работающий в классе А в качестве силового понадобится трансформатор вроде ТС-180. На нем при помощи транзисторного или микросхемного тракта можно собрать и приличный 100-ваттный усилитель, но лампы дают более живой и реалистичный звук по сравнению со своими полупроводниковыми собратьями. Использование обратных связей нежелательно, так как от этот значительно страдает микродинамика воспроизведения. Лучше всего использовать усилители класса А с акустикой чувствительностью не менее 90дБ. Не смотря на скромные параметры КАЧЕСТВЕННО такой аппарат изготовить сложно. Технологических причин высокой цены ламповых усилителей много, все они упираются в качество используемых компонентов. Самый дорогой компонент в таком усилителе, как правило, это выходной трансформатор. Казалось бы - что сложного намотать на каркас пару-тройку обмоток и установить его в железо??? Дело в том, что для равномерного усиления по всем звуковым частотам (20-20000 Гц) не только первичная, но и вторичная обмотка должны быть секционированы, что так же вызывает определенные трудности намотки, особенно если она ведется вручную. К тому же при секционировании уменьшается паразитная емкость трансформатора и, как следствие, расширяется его рабочий диапазон частот. Полезно делать межсекционную изоляцию большей толщины, чем межслойную. Однако, чем больше всяких прокладок, тем меньше коэффициент заполнения окна по меди, тем меньше КПД трансформатора. А это плохо, хотя бы потому, что сильнее влияет нелинейность намагничивания сердечника. То есть часто приходится искать «золотую середину». Не обязательно, но довольно желательно, делать пропитку трансформатора. Как известно, при даже при работе на нагрузку звуковой трансформатор звучит, а если включить ламповый усилитель без нагрузки, то можно довольно громко услышать музыку, издаваемую, как это не странно на первый взгляд, именно трансформатором, точнее - проводами его обмоток. Однако, подобное включение может привести к пробою обмоток и выходу трансформатора из строя. "При работе многих электроприборов можно услышать исходящий от них шум. Шум устройств, питающихся от бытовой электросети может быть похож на жужжание или гудение. Одна из возможных причин этого — магнитострикция сердечников в индуктивных конструкциях, таких так трансформаторы или дроссели. При протекании переменного тока через их катушки создаётся переменное магнитное поле такой же частоты, которое заставляет ферромагнитные сердечники сжиматься и растягиваться (с частотой 100 Гц для 50 Гц тока, или кратных частотах), которые в свою очередь передают эти колебания в воздух и другим элементам конструкции. Громкий шум может значительно ухудшить экологию окружающего пространства. Действие вибрации на внутренние элементы конструкции может послужить причиной развития трещин, способных вывести прибор из строя." (по данным сайта www.wikipedia.org) Поэтому, чтоб провода в обмотке не колебались, по крайней мере в звуковом диапазоне частот, желательно делать пропитку обмоток. Еще вариант - несколько часов варить катушку трансформатора в воске (парафине), либо индивидуально пропитать каждый слой или секцию (ведь в секции может быть и несколько слоев) воском, что очень трудоемко. Впрочем, воск - далеко не единственный материал, годный для пропитки обмоток. Так же можно использовать эпоксидную смолу. Однако, она дает усадку и сильно разогревается при застывании. При правильной технологии всех этих неприятностей можно избежать. В профессиональном трансформаторостроении, как правило, эпоксидная смола применяется для самых дорогих и ответственных трансформаторов. Только нужно учесть, что трансформатор в экран с таким наполнителем вы поместите навсегда и его нельзя будет достать для замены или ремонта. Жидкие гвозди сильно дают усадку после высыхания, поэтому с ней надо просто аккуратно работать,не превышая критических объемов.
Экранировать звуковой трансформатор полезно, так как. внешние наводки так же влияют на звук. Эффективность магнитных экранов увеличивается с ростом частоты и толщины стенок. Однако, с увеличением размеров экрана его эффективность снижается. Основными материалами для таких экранов нужно выбирать магнитомягкие материалы: технически чистое железо (АРМКО, 005ЖР, 008ЖР), карбонильное железо, низклуглеродистые нелегированные стали пермаллои. Эти материалы, имеющие требуемые магнитные свойства, удобны для изготовления экранов. Лучшими материалами для магнитных экранов следует считать железоникелевые сплавы (пермаллои), обладающие наибольшей магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях. С учетом пригодности к пластическим деформациям лучше всего применять пермаллои марок: 79НМ, 80ХНС, 50ХНС, 81НМА [2]. В любом случае звук с экраном и без него заметно отличается.
Не всякий провод пригоден для намотки. Не следует использовать провод от старых трансформаторов или дросселей, бывших в эксплуатации. В процессе работы эти компоненты могли разогреваться до высоких температур, от чего слой лакоизоляции может быть поврежден, и вероятность возникновения короткозамкнутых витков при намотке таким проводом резко возрастает. Крайне нежелательно мотать одну обмотку поочередно проводами различных диаметров (например, когда заканчивается один провод, а домотать надо, и взамен доматывают проводом близкого по величине диаметра). Кстати, при изготовлении трансформатора по его описанию следует учитывать какой диаметр провода дается - по лаку или по меди. Магнитопровод - так же далеко не случайный компонент в выходном трансформаторе, лучший материал для него - пермаллой. Чаще всего радиолюбители используют магнитопровод от трансформаторов старой аппаратуры. Магнитопровод таких трансформаторов, как правило, ржавый. Слой ржавчины можно удалить напильником или растворить соляной кислотой. Затем магнитопровод следует тщательно промыть проточной водой и просушить. Пластины магнитопровода полезно проклеить тонкой бумагой, либо залакировать. Лакировать можно через одну. То есть необходима электрическая изоляция пластин как можно более тонким диэлектриком. Здесь ситуация немного похожа на случай с толщиной межобмоточной изоляции.
Отдельный вопрос - стяжка магнитопровода. Впрочем, тороидальный магнитопровод в стяжке не нуждается, но здесь возникает сложность с самой намоткой. Ш-образное железо трудоемко в сборке. Для примера попробуйте разобрать сердечник, например ТСШ-150, и затем собрать все его пластины обратно, то есть вперекрышку. Придется попотеть. Наиболее универсальным в плане сборки является U-образный сердечник. К нему, как правило, прилагаются стяжки (опять же вспомните ТС-180 из телевизора), и его удобно собирать/разбирать. Важно, чтоб при разборке такого магнитопровода не образовались трещины между пластинами, из которых он состоит. При образовании трещин их необходимо проклеить, например, эпоксидной смолой, иначе при включении трансформатора с поврежденным сердечником в сеть магнитопровод будет характерно трещать и греться. При сборке U-образного сердечника полезно пространство между его половинками промазать тонким слоем эпоксидной смолы для большей фиксации. Трансформатор с Ш-образным сердечником полезно устанавливать в металлический кожух. Он выполняет две функции: производит дополнительную стяжку трансформаторного железа, а так же служит элементом, посредством которого трансформатор крепится к корпусу усилителя. То же самое можно сказать о функциях стяжек U-образного сердечника. Силовые тороидальные трансформаторы, как правило, к корпусу крепят болтом, пропущенным через его (тора) отверстие. Со звуковым трансформатором делать так нежелательно, так как стальной болт, являясь магнитным материалом, находясь внутри тора, оказывает на него влияние, на звук, соответственно, тоже. Для примера поднесите при работе лампового усилителя к его выходному трансформатору магнит. Звук ощутимо изменится. Влияние болта, конечно, не так значительно, но, тем не менее, так же нежелательно. Впрочем, порой бывает удобнее фиксировать трансформатор в экране каким-либо наполнителем (о нем было сказано выше), предварительно выведя наружу экрана выводы обмоток для соответствующей коммутации.
Литература:
1. Гендин Г. - Особенности конструирования современных ламповых УЗЧ. - Радио, 2003, №2, с.15-17.
2. Прасов М. Т. Разработка и оформление электрических схем ЭВС: учебное пособие / М. Т. Прасов, Э. В. Мысловский. – ОФ МИП, 1990.
