3. Согласующие трансформаторы

Согласующий трансформатор имеет такую же структуру, как и силовой. Отличается тем, что применяется в усилителях звуковой частоты.

Первичная цепь трансформатора потребляет энергию в зависимости от мощности, потребляемой нагрузкой вторичной цепи. Если в цепи вторичной обмотки трансформатора включено низкоомное сопротивление, то это приводит к большой мощности, потребляемой первичной цепью. Таким образом, величина импеданса первичной обмотки зависит от величины нагрузки, включенной во вторичную цепь.

В итоге, если для силовых трансформаторов главный признак – отношение вторичного напряжения к первичному, то для согласующих трансформаторов – отношение импедансов (сопротивлений).

Так как мощность, потребляемая первичной обмоткой, равно мощности, потребляемой вторичной обмоткой, то

Р₁ = Р₂,

откуда

или

и окончательно

.

Задача 4. Выходной каскад лампового усилителя может обеспечить сигнал высокого напряжения (150 В) при малой величине тока (200 мА). Нагрузкой усилителя является динамик с внутренним сопротивлением, равным 16 Ом. Возможно ли непосредственно подключить динамик к выходу усилителя? Определите коэффициент трансформации, необходимый для оптимального согласования усилителя и нагрузки?

Решение.

Если выход усилителя соединить напрямую с динамиком, то на выходе усилителя будет протекать ток, равный 150/16 = 9,37 А. Такой ток усилитель обеспечить не может, следовательно, нагрузку необходимо согласовывать. Усилитель способен обеспечить выходную мощность 30 Вт. Для этого необходимо, чтобы при напряжении 150 В через него протекал ток 200 мА. Очевидно, что приведенной нагрузкой должно быть сопротивление величиной

150/0,2 = 750 Ом.

Вычислим квадрат коэффициента трансформации трансформатора:

m² = Z₁/Z₂ = 750 / 16 = 46,87. Отсюда m = 6,84.

Так как к первичной обмотке трансформатора подведено 150 В, то при полученной величине m напряжение на вторичной обмотке равно 21,9 В.

Остается проверить мощность, выдаваемую вторичной обмоткой трансформатора:

Р = 21,9²/16 = 30 Вт.

3 Передача мощности

Сердечники из ферромагнитных материалов имеют повышенную индуктивность. Однако это происходит только при условии, что материал сердечника не намагничивается проходящим постоянным током до своего насыщения и не снижает действующей магнитной проницаемости. Особенно этот нежелательный эффект проявляется в замкнутых магнитопроводах.

Введение воздушного зазора в конструкцию магнитопровода несколько ослабляет эффект насыщения при тех же токах (используется в низкочастотных дросселях, например, на Ш-образных магнитопроводах). На частотах 100...500 МГц необходимо, чтобы длина провода обмотки дросселя была короче минимальной длины волны рабочего диапазона, т.е. когда дроссель можно рассматривать как со­средоточенную индуктивность. С целью снижения собственной ем­кости намотку провода производят с определенным шагом, причем к высокочастотному выводу шаг намотки прогрессивно увеличивают. На более высоких частотах в качестве дросселей применяют отрезки полосковых линий.

Обмотка дросселя должна выдерживать амплитуду приложенного к ней напряжения. Применение провода в эмалевой изоляции, напри­мер, диаметром 0,2 мм, позволяет достичь допустимого напряжения 400 В на один виток сплошной рядовой намотки, а для диаметра 1...2мм - до 1000 В.

Для более полной передачи мощности сигнала необходимо принимать меры по уменьшению потерь в материале сердечника, для чего в трансформаторах используют очень тонкую электротехническую листовую сталь.