Влияние тока подмагничивания на индуктивность трансформатора SE усилителя

На одном из форумов недавно обсуждалось влияние тока подмагничивания на индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора. Читаешь тему и сразу возникает вопрос – а что, разве нет способов визуально увидеть это влияние? Есть же, например, программа SpectraPLUS, которая позволяет оценивать комплексное сопротивление цепи – так что же мешает подключить к первичке трансформатора конденсатор и, получив резонансный контур, снять графики, соответствующие его комплексному сопротивлению в вариантах без подмагничивания и с подмагничиванием? А ничто не мешает...

Делаем и проверяем

Схема измерения несложная (рис.1). «В тумбочке» нашлась пара одинаковых выходных трансформаторов (рис.2) - один из них будет «подопытным», другой будет стоять в цепи подачи постоянного напряжения и выполнять роль дросселя для «развязки» сигнальной цепи и цепи подачи постоянного напряжения. Для того, чтобы была возможность изменять ток подмагничивания, постоянное напряжение берём с регулируемого блока питания (Uрег 0...30 В). Конденсатор С1 предотвращает попадание постоянного напряжения на выход звуковой карты. С2 набран из четырёх конденсаторов – одного на 2,2 мкФ и 3-х штук по 1 мкФ. Такое значение ёмкости выбрано для того, чтобы контроль проходил на низких частотах, где влияние сердечника на работу трансформатора более заметно.

Рис.1

Рис.2

Итак, в программе SpectraPLUS в режиме Complex Transfer Function снимаем графики комплексного сопротивления на участке 10 Гц…200 Гц (рис.3). Зелёный спектр с максимумом на 21 Гц – это трансформатор с током подмагничивания 25 мА, голубой (23,5 Гц) – с током 50 мА, бордовый (28 Гц) – с током 75 мА и розовый (37 Гц) – с током 100 мА. Острый «провал» на 50 Гц – это наведённая на провода и катушки трансформаторов помеха, она некритична.

Рис.3

Теперь в программе RFSim99 «собираем» несложную модель и смотрим, при каких значениях индуктивностей образуют указанные резонансные частоты. Частота 21 Гц получается при индуктивностях 22 Гн (рис.4), 23,5 Гц – при 18 Гн (рис.5), 28 Гц при 12,5 Гн (рис.6) и 37 Гц при 7 Гн (рис.7).

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Перепроверяем результаты

Чтобы проверить результаты, можно убрать из схемы конденсатор 5,2 мкФ, увеличить сопротивление резистора R3, допустим до 300 Ом и затем оценить потери на обмотке трансформатора на какой либо определённой частоте (например, на 25 Гц). Т.е., если разные индуктивности имеют разное реактивное сопротивление на частоте 25 Гц, то по потерям на трансформаторе можно узнать индуктивность его первичной обмотки.

Схема проверки – на рис.8, резисторы 35 Ом – это омическое сопротивление обмоток, входное сопротивление порта 2 задано 20 кОм, так как примерно такое сопротивление имеет вход звуковой карты (в данном случае эти тонкости важны). По расчетному графику видно, что при индуктивностях 22 Гн потери на частоте 25 Гц должны составлять 15,6 dB.

Рис.8

Запускаем в SpectraPLUS обычный двухканальный режим измерения, выставляем ток подмагничивания 25 мА, смотрим в левом канале уровень приходящего сигнала, в правом смотрим уровень на резисторе 300 Ом и видим потери в 15,43 dB (рис.9), что достаточно близко к расчётному значению в 15,6 dB.

Рис.9

Далее делаем такие же замеры при других токах подмагничивания.

Рис.10 – ток подмагничивания 50 мА, потери 13,92 dB. При задании в симуляторе индуктивностей 18 Гн, он прогнозирует потери в 13,9 dB.

Рис.10

Рис.11 – ток подмагничивания 75 мА, потери 11,02 dB. При задании в симуляторе индуктивностей 12,5 Гн, он прогнозирует потери в 11,1 dB.

Рис.11

Рис.12 – ток подмагничивания 100 мА, потери 7,34 dB. При установке в симуляторе 7 Гн, прогнозируемые потери 7,31 dB.

Рис.12

Самая большая разница между расчётным и измеренным значением потерь была 0,17 dB (что достаточно мало), поэтому проверку можно считать пройденной.

Итог

Да, подмагничивание сердечника трансформатора SE усилителя вызывает уменьшение индуктивности первичной обмотки (даже без изменения толщины зазора в сердечнике) и это можно увидеть визуально.

Влияние, скорее всего, такое – индуктивность катушки зависит от магнитной проницаемости сердечника, которая зависит от магнитной индукции, которая зависит от внешнего магнитного поля, которое зависит от протекающего через катушку тока. :-)
 
Ну, и так как ток в катушке «пульсирующий» (состоит из сигнальных амплитуд, наложенных на постоянный ток), то логично предположить, что при разных мгновенных значениях тока индуктивность катушки может быть разная. Т.е., при условно «положительных» амплитудах лампа работает на меньшее сопротивление, а при условно «отрицательных» - на большее сопротивление. Надо бы как-нибудь проверить...

Описанный «резонансный» способ позволяет измерять индуктивности первичных обмоток трансформаторов при заданных токах подмагничивания.

Измерить индуктивность можно и «нерезонансным» способом - простым переводом реактивного сопротивления в индуктивность, т.е., примерно так, как проводилась перепроверка результата во второй части текста. «Резонансный» же был выбран для того, чтобы влияние внутренних конструктивных емкостей трансформатора минимизировалось наличием большого внешнего конденсатора.

Для уменьшения влияния дросселя L1 на измерения, его индуктивность должна иметь максимально возможное значение. Если же источник питания позволяет получать большие напряжения, то дроссель можно исключить из цепи, увеличив при этом сопротивление резистора R3.

Андрей Гольцов, г. Искитим.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Анализатор спектра
• Трансформатор