Trasformatori d'uscita BF asimmetrici (valvola singola)

 

Variabili usate nel presente articolo
P Potenza di uscita valvola Sa Sezione teorica nucleo
Vp Tensione al primario Sl Sezione lorda del nucleo
Ra Resistenza Anodica valvola Sn Sezione netta utile
Ia Corrente Anodica valvola Np Spire del primario
Ip Corrente alternata sul primario Ns Spire secondario
It Corrente totale sul primario R Rendimento
Zb Impedenza dell'altoparlante Dp Diametro filo primario
Is Corrente sul secondario Ds Diametro filo secondario
Lp Induttanza primario in Henry Af Area della finestra
Ri Rapporto Impedenza

Rs

 Rapporto Spire
Webmq Weber mq Ftmin Frequenza di taglio minima




Per semplificare passo subito all'esempio di progetto di trasformatore d'uscita per stadio asimmetrico - In uno stadio finale in cui è montata una valvola 6AQ5 esistono le seguenti condizioni di lavoro:

  • P = 4,25 watt         (Potenza uscita valvola)

  • Ra = 5000 ohm      ( impedenza uscita della valvola)

  • Ia = 0,042 Ampère (Corrente anodica )

  • Zb = 3 ohm            (Impedenza dell'altoparlante)

  • Webmq = 0,4         (Per i trasformatori di uscita occorre assegnare un valore tra 0,4 e 0,5 Webmq)

 Calcolare gli elementi costruttivi del trasformatore ammettendo una frequenza di taglio minima di 85 Hz ed un rendimento alle frequenze medie del 75%.

Determiniamo la tensione sul primario (Vp)

Vp = Radq(P x Ra) = Radq(4,25 x 5000) = Radq(21250) = 145,77  ~  146 Volt 

Abbiamo gli elementi per determinare la corrente alternata che scorrerà sul primario

Ip = P / Vp = 4,25 / 146 = 0,029 Ampère 

Sul primario scorrono entrambe le correnti (alternata e continua). La seguente formula ci permette di calcolare la somma delle due correnti.

It = Radq(Ia^2 + Ip^2) = Radq(0,042^2 + 0,029^2) = Radq(0.001764 + 0.000784) = Radq(0,002458) = 0,0504 ~ 0,051 A

 

 

Rapporto spire (Rs): è il rapporto tra il numero delle spire primarie e il numero delle spire secondarie

Non conosciamo ancora il numero delle spire da avvolgere a primario e secondario. Ma conoscendo le loro impedenze, possiamo applicare la formula seguente:

Ri = Ra / Zb = 5000 / 3 = 1666,66 

Rs = Radq (Ri) = Radq(1666,66) = 40,8  ~  41 

Calcoliamo la sezione (Sa) approssimativa del nucleo che dovremo usare. La sezione si riferisce alla larghezza del lamierino centrale moltiplicata per il numero dei lamierini (di solito mezzo millimetro di spessore)

Sa = Radq((350 x P)/Ftmin) = Radq((350 x 4,25) / 85Hz) = Radq(1487,5 / 85) = Radq(17,5) = 4,18 cm2

Cercheremo dei lamierini che abbiano la colonna centrale con larghezza pressappoco uguale alla Radq(4,18). Il pacco lamierini a nostra disposizione ha la colonna centrale A larga 22mm e lo spessore P totale = 23mm. Moltiplichiamo 2.2 x 2.3 e il risultato sarà la sezione lorda del nostro pacco lamierini. 

Sl (lorda effettiva) = 2.2 x 2.3 = 506 mm2 ~ 5.06 cm2 

La sezione netta effettiva (al netto della distanza tra lamierino e lamierino) si calcola moltiplicando la Sezione lorda x 0,85

Sn = 0,85 x 5.06 = 4.31 ~ 4.30 cm2 

Ora che abbiamo le dimensioni del pacco lamellare, possiamo calcolare il numero di spire (Np) occorrenti per il primario

Np = Vp x 10000) / (4,44 x Ftmin x Sn x Webmq) = (146 x 10000) / 4,44 x 85Hz x 4,3 x 0,4) = 1460000 / 649 = 2249 ~ 2250 spire 

Quindi calcoleremo il numero di spire (Ns) occorrenti per il secondario

Per calcolare il numero delle spire del secondario occorre dividere il numero delle spire al primario per il rapporto spire

Ns = Np / Rs = 2450 / 41 = 59,7 ~ 60 spire

Calcoliamo ora la corrente alternata che scorre sul secondario

Is = Radq((R x P) / 3) = Radq(0,75 x 4,25 / 3) = Radq(3,18 / 3) = 1.089 ~ 1 ampère

Stabiliamo ora il diametro dei fili che dovremo usare

Per il primario:

Dp = 0,8 x Radq(It) = 0,8 x Radq(0.051) = 0,8 x 0,226 = 0,18 mm

Per il secondario:  

Ds = 0,8 x Radq(Is) = 0,8 x Radq(1) = 0,8 x 1 = 0,8 mm

 

Non ci rimane che calcolare l'area della finestra che ospiterà gli avvolgimenti

Nella sua forma semplificata si presenta così:

Af = 2,75 x (Dp^2 x Np + Ds^2 x Ns) =

2,75 x (0,18^2 x 2450 + 0,8^2 x 60) =

2,75 x (0,324 x 2450 + 0,64 x 60) =

2,75 x (79.38 + 38,4) =

2,75 x 117,78 = 323,895 ~ 324  mm2

Noi abbiamo a disposizione un tipo di lamierino con la finestra che ha le seguenti dimensioni: 11mm x 32mm che corrisponde a:

11 x 32 = 352 mm2 

misura più grande di quella a noi necessaria

Calcoliamo infine l'induttanza del primario in Henry

Ip

Lp = Ra / (6,28 x Ftmin) = 5000 / (6,28 x 85) = 5000 / 533,8 = 9,3668 ~ 9,37 Henry

Ora ci sarebbe da verificare se i calcoli teorici che abbiamo fatto, hanno una controprova partendo dai dati fisici

Verifica dell'induttanza primaria

Calcoliamo prima la lunghezza del circuito magnetico e il volume del ferro. 

  • A = larghezza colonna centrale 

  • B = larghezza colonna laterale.................

  • E = spessore pacco lamellare

Lcm = 2A + 2B + 2E  = 4,4 + 2,2 + 6,4 = 13 cm

Ora tocca al volume del ferro: Sezione netta  x Lunghezza circuito magnetico

Vf = Sn x Lcm = 4,3 x 13 = 56 cm3