Push-Pull 300B - Trasformatori di uscita

[nfuss]

Buongiorno tutti, desidero oggi iniziare un thread sulla costruzione dei trasformatori di uscita del progetto di costruzione dell'amplificatore 300B push-pull che ho trattato in precedenza. Prima di addentrarmi nella parte che riguarda più propriamente il calcolo, voglio condividere alcune foto esplicative della costruzione.

Per la costruzione ho utilizzato JDNCC-160 per avere una Cross Section quasi quadrata di circa 16 Cm quadrati.
Allego quindi le caratteristiche dei nuclei a C.

Poiché sono nuclei che hanno dimensioni che non si avvicinano agli standard dei nuclei EI, ho dovuto costruirmi, con molta pazienza ed il traforo della mia gioventù, anche i rocchetti comprando fogli di presspan. Se poi qualcuno avesse a disposizione una fresa tipo PROXXSON con retrofit CNC o altra similare sarebbe molto avvantaggiato.

Posso fornire G-Code per il taglio delle parti che formano i rocchetti.

Nicola

[gluca]

Qua si fa sul serio! Sei riuscito a provarli?

[nfuss]

Ciao gluca, i trasformatori sono già stati provati sul mio amplificatore Push-Pull 300B del mio thread precedente dove potrai trovare le misure principali che ho fatto e che ti riassumo qui:

Potenza 21W (non ho voluto sforzare le valvole)
Distorsione massima 0,9% a piena potenza
Banda passante piatta da 10Hz a più di 20KHz
Risposta ad onda quadra a piena potenza.

Strumenti utilizzati: HP8902, AudioPrecision System One, Oscilloscopio Tektronix TDS360, generatore di segnali HP 3324A.

Seguirà a breve un rapido compendio del procedimento di calcolo dei trasformatori.

Nicola


P.S. questi trasformatori hanno dimensioni ragguardevoli (forse troppo) ho già ordinato i nuclei a C: JDNCC-100 che mi sembrano più "normali" anche se la colonna non sarà quadrata ma 45x32.

[nfuss]

Buongiorno a tutti, eccomi con questo nuovo post nel quale ho l’obiettivo di spiegare il procedimento di calcolo dei trasformatori di uscita per il mio amplificatore in Push-Pull di 300B che ho mostrato nel mio precedente thread.

Questa mia spiegazione non ha l’ambizione di presentarsi come alternativa ai testi classici: Radiotron 4th edition o al manuale Giunchi 2014 ai quali mi sono ispirato, ma è solamente un ripercorrere passo a passo il procedimento per il calcolo dei parametri necessari all’avvolgimento del trasformatore.
Poiché trattiamo di un trasformatore per Push-Pull l’avvolgimento primario sarà diviso in due parti uguali. La prima cosa da stabilire è quindi l’impedenza Z_aa tra placca e placca e l’impedenza di uscita.

Nel nostro caso utilizzeremo Z_aa = 5500 Ohm, mentre per l’impedenza di uscita fisseremo Z_out = 8 Ohm.

Breve digressione: si potrebbe calcolare l’impedenza del primario tenendo conto del punto di lavoro scelto (quindi della classe di lavoro) e della potenza dissipata dalla valvola in modo di tracciare la retta tangente tra il punto di lavoro e la curva della potenza dissipata. Il reciproco del coefficiente angolare della retta darebbe certo l’impedenza dell’avvolgimento primario che permette di avere la massima potenza dell’amplificatore. Questo è vero, ma non bisogna però tralasciare l’esperienza personale che aiuta molto nella scelta.

Altri parametri che devono essere fissati sono la corrente del punto di riposo delle valvole, la frequenza minima che si desidera riprodurre e la densità di flusso magnetico permesso dal nucleo magnetico. Riassumiamo di seguito i parametri caratteristici:

Z_aa = 5500 Ohm (impedenza placca-placca del primario)
Z_out = 8 Ohm (impedenza di uscita)
I_q = 73 mA (Corrente del punto di riposo)
f_min = 20 Hz (frequenza Minima da riprodurre)
B = 0,8 Tesla (densità di flusso magnetico - per i nuclei a C 1,25T)


La prima cosa che possiamo ottenere è la Potenza assorbita dall’avvolgimento Primario

Formula_P1.png

La tensione necessaria all’avvolgimento primario sarà:

Formula_V1.png

Supponendo un rendimento del trasformatore di circa il 78% (vedi Giunchi pag. 118) otteniamo la potenza presente sul secondario:

Formula_P2.png

La tensione sull’avvolgimento secondario sarà:

Formula_V2.png

La corrente sull’avvolgimento secondario sarà:

Formula_I2.png

Un’altra parte importantissima nella costruzione dei trasformatori di uscita è la scelta dei lamierini per definire la Cross-Section del trasformatore stesso. Vi sono diversi approcci per definire questo parametro, dal più semplice:

Formula_Afe.png

Al più complesso che utilizza un parametro K per la stima del numero di spire del primario:

Formula_Npri.png

Finalmente avremo:

Formula_Afe_2.png

Da qui la scelta dei nuclei a C JDNCC-160 che hanno una sezione teorica di 1520 mm2 . La sezione effettiva dichiarata dal costruttore è circa 12,6 cm2.

Calcoliamo ora il numero di spire dell’avvolgimento primario (ricordo che questo è il numero totale delle spire)

Formula_N1.png

Cioè:

Formula_Spire_Primario.png

Calcoliamo ora il numero di spire del secondario, supponendo una caduta di tensione di circa il 6,5%:

Formula_Spire_Secondario.png

A questo punto si apre la questione di come avvolgere il trasformatore; sappiamo che per minimizzare le capacità e le induttanze, gli avvolgimenti devono essere frazionati. Ci sono vari esempi di come suddividere questi avvolgimenti in base anche alla potenza del trasformatore. Io ho scelto un compromesso tra efficienza e semplicità di esecuzione.

Il mio trasformatore si compone di 9 SEZIONI: 4 per il secondario e 5 per il primario. Ogni sezione è poi suddivisa in diversi STRATI come dallo schema successivo.

2 Strati Primario
1 Strato Secondario
5 Strati Primario
1 Strato Secondario
6 Strati Primario (3 + 3 con presa intermedia per Anodica)
1 Strato Secondario
5 Strati Primario
1 Strato Secondario
2 Strati Primario


Tra ogni Sezione (primario e un secondario) si isola con carta 0,3mm. Ogni 3 Strati di primario si isola con carta 0,1mm.


Quindi il totale degli strati del Primario è 20 e pensando di collegarli tutti in serie (vedremo poi come) dovremo fare 4485 / 20 spire per strato, cioè 224,25 spire/strato.

Ovviamente sceglieremo 224 spire/strato per un totale di 4480 spire totali.

Per il Secondario pensiamo di collegare a due a due 2 strati in serie e infine di collegare le due serie in parallelo tra loro. In questo caso avremo 161 / 2 = 80,5 spire/strato.

Ovviamente sceglieremo 80 spire/strato.

Non disperate, tutto sarà più chiaro guardando lo schema degli avvolgimenti alla fine.


Vediamo ora che diametri di filo usare per gli avvolgimenti.

Formula_Diametro_Fili.png

La scelta del diametro dei fili deve essere messa in relazione alla dimensione della finestra dell’avvolgimento fissata dal rocchetto. Nel nostro caso abbiamo una finestra di lunghezza 74 mm e di larghezza 22 mm.

E’ buona norma riempire tutta la lunghezza della finestra con gli avvolgimenti.

Tenendo conto di un coefficiente di stipamento di 1.11 avremo che il diametro del filo per avvolgere 1 strato del primario (224 spire/strato) e coprire la lunghezza di 74 mm è di 0.29 mm. Utilizzeremo quindi un filo di 0.25 mm con doppio isolamento (Grade 2) che è maggiore dello 0.19 mm richiesto.

Per il secondario (80 spire/strato) avremo che il diametro del filo deve essere 0.83 mm. Teniamo conto che il secondario prevede il parallelo di due serie di avvolgimenti e scegliamo un filo da 0.75 mm con doppio isolamento che ha diametro 0.83.


Traccio ora lo schema di come sono avvolti il Primario e il Secondario del trasformatore sperando che questo chiarisca le molte lacune di tutta la spiegazione

Collegamento Strati.png

Spero che questa mia prolissa spiegazione possa essere di qualche utilità e ringrazio tutti coloro che hanno avuto la pazienza di leggerla fino a questo punto. Saluti a tutti,

Nicola