Является простым повышающим преобразователем, построенным на м/с NE555, которая выполняет здесь функцию генератора импульсов. Выходное напряжение может варьироваться в пределах 110-220В (регулируется потенциометром).
Область применения
Преобразователь идеально подходит для питания ламп часов Nixie или маломощных или усилителей к наушникам, заменив собой классический источник питания высокого напряжения на трансформаторах. Целью создания этого устройства был проект часов на вакуумных индикаторах в котором схема работает как источник питания высокого напряжения. Преобразователь при питании 9 В и потребляет ток порядка 120 мА (при 10 мА нагрузке).
Принцип работы схемы
Как видите, это стандартный преобразователь напряжения повышающего типа. Частота на выходе микросхемы U1 (NE555) определяется номиналами элементов R1 (56k), R3 (10k), С2 (2,2 nF), и составляет около 45 кГц. Выход с генератора непосредственно управляет mosfet транзистором Т1, который переключает ток, протекающий через катушку L1. Во время нормальной работы катушка L1 периодически накапливает и отдает энергию, увеличивая выходное напряжение.
Схема инвертора на 555
Когда транзистор T1 (IRF740) открывается и подаёт на катушку L1 (100 мкГн) питание (ток течет от источника питания к массе — это первый этап. На втором этапе, когда транзистор будет отключен — ток через катушку в соответствии с законом коммутации вызывает увеличение напряжения на аноде диода D1 (BA159) до тех пор, пока он не будет поляризован в направлении проводимости. Происходит разряд катушки в конденсатор C4 (2,2 мкф). Таким образом, напряжение на C4 растет до тех пор, пока напряжение на выходе делителя R5 (220k), P1 (1к) и R6 470R не вырастет до значения около 0,7 В. Это приведет к включению транзистора T2 (BC547) и отключению генератора 555. Когда напряжение на выходе упадет — транзистор Т2 будет закрыт и генератор снова включается. Так выходное напряжение преобразователя регулируется по величине.
Готовая плата для пайки
Конденсатор C1 (470uF) фильтрует напряжение питания схемы. Регулировка выходного напряжения выполняется с помощью потенциометра P1.
Сборка бестрансформаторного преобразователя
Собранный преобразователь 9-150 вольт
Преобразователь можно спаять на печатной плате. Рисунок PDF платы, в том числе в зеркальном отображении и расположение деталей — . Монтаж прост и пайка элементов произвольная. Под микросхему U1 имеет смысл использовать панельку. Устройство следует питать напряжением 9В.
Чтобы использовать имеющийся в запасах силовой трансформатор, необходимо как можно точнее узнать его ключевые характеристики. С решением этой задачи практически никогда не возникает затруднений, если на изделии сохранилась маркировка. Требуемые параметры легко можно найти в Сети, просто введя в строку поиска выбитые на трансформаторе буквы и цифры.
Однако довольно часто маркировки нет – надписи затираются, уничтожаются коррозией и так далее. На многих современных изделиях (особенно на дешевых) маркировка не предусмотрена вообще. Выбрасывать в таких случаях трансформатор, конечно же, не стоит. Ведь его цена на рынке может быть вполне приличной.
Наиболее важные параметры силовых трансформаторов
Что же нужно знать о трансформаторе, чтобы корректно и, самое главное, безопасно использовать его в своих целях? Чаще всего это ремонт какой-либо бытовой техники или изготовление собственных поделок, питающихся невысоким напряжением. А знать о лежащем перед нами трансформаторе нужно следующее:
Все эти характеристики вполне реально вычислить даже тогда, когда нет абсолютно никакой информации о марке и модели силового трансформатора.
Для выполнения работы понадобятся простейшие инструменты и расходные материалы:
- мультиметр с функциями омметра и вольтметра;
- паяльник;
- изолента или термоусадочная трубка;
- сетевая вилка с проводом;
- пара обычных проводов;
- лампа накаливания;
- штангенциркуль;
- калькулятор.
Еще понадобится какой-либо инструмент для зачистки проводов и минимальный набор для пайки – припой и канифоль.
Определение первичной и вторичной обмоток
Первичная обмотка понижающего трансформатора предназначена для подачи сетевого питания. То есть именно к ней необходимо подключать 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В самых простых вариантах первичная обмотка может иметь всего два вывода. Однако бывают и такие, в которых выводов, например, четыре. Это значит, что изделие рассчитано на работу и от 230 В, и от 110 В. Рассматривать будем вариант попроще.
Итак, как определить выводы первичной обмотки трансформатора? Для решения этой задачи понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью нужно измерить сопротивление между всеми имеющимися выводами. Где оно будет больше всего, там и есть первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу же пометить, например, маркером.
Определить первичную обмотку можно и другим способом. Для этого намотанную проволоку внутри трансформатора должно быть хорошо видно. В современных вариантах чаще всего так и бывает. В старых изделиях внутренности могут оказаться залитыми краской, что исключает применение описываемого метода. Визуально выделяется та обмотка, диаметр проволоки которой меньше. Она является первичной. На нее и нужно подавать сетевое питание.
Осталось вычислить вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление у вторичной обмотки будет намного меньше, чем у первичной. Во-вторых, диаметр проволоки, которой она намотана – будет больше.
Задача немного усложняется, если обмоток у трансформатора несколько. Особенно такой вариант пугает новичков. Однако методика их идентификации тоже очень проста, и аналогична вышеописанному. В первую очередь, нужно найти первичную обмотку. Ее сопротивление будет в разы больше, чем у оставшихся.
В завершение темы по обмоткам трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром проволоки все с точностью до наоборот. Это поможет начинающим детальнее разобраться в вопросе, что очень важно при работе с высоким напряжением.
На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это значит, что при мощности, например, 50 Вт через нее потечет ток силой около 0,2 А (мощность делим на напряжение). Соответственно, большое сечение проволоки здесь не нужно. Это, конечно же, очень упрощенное объяснение, но для начинающих (и решения поставленной выше задачи) этого будет достаточно.
Во вторичной обмотке токи протекают более значительные. Возьмем самый распространенный трансформатор, который выдает 12 В. При той же мощности в 50 Вт ток, протекающий через вторичную обмотку, составит порядка 4 А. Это уже довольно большое значение, потому проводник, через который будет проходить такой ток, должен быть потолще. Соответственно, чем больше сечение проволоки, тем сопротивление ее будет меньше.
Пользуясь этой теорией и простейшим омметром можно легко вычислять, где какая обмотка у понижающего трансформатора без маркировки.
Определение напряжения вторичной обмотки
Следующим этапом идентификации «безымянного» трансформатора будет определение напряжения на его вторичной обмотке. Это позволит установить, подходит ли изделие для наших целей. Например, вы собираете блок питания на 24 В, а трансформатор выдает только 12 В. Соответственно, придется искать другой вариант.
Для определения напряжения, которое возможно снять со вторичной обмотки, на трансформатор придется подавать сетевое питание. Это уже довольно опасная операция. По неосторожности или незнанию можно получить сильный удар током, обжечься, повредить проводку в доме или сжечь сам трансформатор. Потому не лишним будет запастись несколькими рекомендациями относительно техники безопасности.
Во-первых, при тестировании подсоединять трансформатор к сети следует через лампу накаливания. Она подключается последовательно, в разрыв одного из проводов, идущих к вилке. Лампочка будет служить в роли предохранителя на случай, если вы что-то сделаете неправильно, или же исследуемый трансформатор неисправен (закорочен, сгоревший, намокший и так далее). Если она светится, значит что-то пошло не так. На лицо короткое замыкание в трансформаторе, потому вилку из розетки лучше сразу же вытянуть. Если лампа не светится, ничего не воняет и не дымит – работу можно продолжать.
Во-вторых, все соединения между выходами и вилкой должны быть тщательно заизолированы. Не стоит пренебрегать этой рекомендацией. Вы даже не заметите, как рассматривая показания мультиметра, например, возьметесь поправлять скручивающиеся провода, получите хорошенький удар током. Это опасно не только для здоровья, но и для жизни. Для изолирования используйте изоленту или термоусадочную трубку соответствующего диаметра.
Теперь сам процесс. К выводам первичной обмотки припаивается обычная вилка с проводами. Как указано выше, в цепь добавляется лампа накаливания. Все соединения изолируются. К выводам вторичной обмотки подсоединяется мультиметр в режиме вольтметра. Обратите внимание на то, чтобы он был включен на измерение переменного напряжения. Начинающие часто допускают тут ошибку. Установив ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения, вы ничего не сожжете, однако, на дисплее не получите никаких вменяемых и полезных показаний.
Теперь можно вставлять вилку в розетку. Если все в рабочем состоянии, то прибор покажет вам выдаваемое трансформатором пониженное напряжение. Аналогично можно измерить напряжение на других обмотках, если их несколько.
Простые способы вычисления мощности силового трансформатора
С мощностью понижающего трансформатора дела обстоят немного сложнее, но некоторые простые методики, все же, есть. Самый доступный способ определить эту характеристику – измерение диаметра проволоки во вторичной обмотке. Для этого понадобится штангенциркуль, калькулятор и нижеприведенная информация.
Сначала измеряется диаметр проволоки. Для примера возьмем значение в 1,5 мм. Теперь нужно вычислить сечение проволоки. Для этого необходимо половину диаметра (радиус) возвести в квадрат и умножить на число «пи». Для нашего примера сечение будет около 1,76 квадратных миллиметров.
Далее для расчета понадобится общепринятое значение плотности тока на квадратный миллиметр проводника. Для бытовых понижающих трансформаторов это 2,5 ампера на миллиметр квадратный. Соответственно, по второй обмотке нашего образца сможет «безболезненно» протекать ток силой около 4,3 А.
Теперь берем вычисленное ранее напряжение вторичной обмотки, и умножаем его на полученный ток. В результате получим примерное значение мощности нашего трансформатора. При 12 В и 4,3 А этот параметр будет в районе 50 Вт.
Мощность «безымянного» трансформатора можно определить еще несколькими способами, однако, они более сложные. Желающие смогут найти информацию о них в Сети. Мощность узнается по сечению окон трансформатора, с помощью программ расчета, а также по номинальной рабочей температуре.
Заключение
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что определение характеристик трансформатора без маркировки является довольно простой задачей. Главное – соблюдать правила безопасности и быть предельно внимательным при работе с высоким напряжением.
Вам может понравиться:
- Вязаные коврики крючком: интересные модели, схемы и…
- Идеи для подушек из старых свитеров… Никогда бы не…
- Советы, которые будут полезны и начинающим, и…
Трансформатор – устройство для передачи энергии из одной цепи в другую посредством электрической индукции. Он предназначен для преобразования величин токов и напряжений, для гальванического разделения электрических цепей, для преобразования сопротивлений по величине и для других целей.
Трансформатор может состоять из двух и более обмоток. Мы будем рассматривать трансформатор из двух разделенных обмоток без ферромагнитного сердечника (воздушный трансформатор), схема которого представлена на рис. 5.12.
Обмотка с зажимами 1-1’, присоединенная к источнику питания, – первичная, обмотка, к которой подключается сопротивление нагрузки , – вторичная. Сопротивление первичной обмотки 
, сопротивление вторичной – 
.
Уравнения трансформатора при принятой полярности катушек и направлении токов имеют вид:
- для первичной обмотки
Для вторичной обмотки
Входное сопротивление трансформатора
Обозначим активное сопротивление вторичной цепи
тогда уравнения можно переписать
(5.22)
Входное сопротивление трансформатора . Учитывая, что 
и подставляя в первое уравнение (5.21), получим, что
Таким образом, входное сопротивление трансформатора со стороны первичных зажимов состоит из двух слагаемых: – сопротивление первичной обмотки без учета взаимоиндукции, , которое появляется за счет явления взаимоиндукции. Сопротивление как бы добавляется (вносится) из вторичной катушки и поэтому называется вносимым сопротивлением.
Входное сопротивление идеального трансформатора.
Идеальным трансформатором (теоретическое понятие) называют такой трансформатор, в котором выполняются условия
(5.24)
При этом С определенной погрешностью такие условия можно выполнить в трансформаторе с сердечником с высокой магнитной проницаемостью, на который намотаны провода с малым активным сопротивлением.
Входное сопротивление этого трансформатора
(5.25)
Следовательно, идеальный трансформатор, включенный между нагрузкой и источником энергии, изменяет сопротивление нагрузки пропорционально квадрату коэффициента трансформации n.
Свойство трансформатора преобразовывать величины сопротивлений широко используется в различных областях электротехники, связи, радиотехники, автоматики и прежде всего с целью согласования сопротивлений источника и нагрузки.
Схема замещения трансформатора
Схема двухобмоточного трансформатора без ферромагнитного сердечника может быть изображена так, как это представлено на рис. 5.14. Токораспределение в ней такое же, что и в схеме на рис. 5.12 без общей точки между обмотками.
Произведем в схеме на рис. 5.14 развязку индуктивных связей. При этом получим схему замещения трансформатора (рис. 5.15), в которой отсутствуют магнитные связи.
Энергетические процессы в индуктивно связанных катушках
Дифференциальные уравнения воздушного трансформатора (рис. 5.15):
(5.25)
Умножим первое уравнение на , а второе – на :
(5.26)
Сложив эти уравнения, получим суммарную мгновенную мощность, которая потребляется от источника и расходуется в первичной и в вторичной обмотках трансформатора и в нагрузке
(5.27)
где – мгновенная мощность на нагрузке, ;
– мгновенная мощность, расходуемая на тепло в обмотках трансформатора, 
;
– энергия магнитного поля обмоток трансформатора, 
.
Трехфазные генераторы.
Под трехфазной цепью (системой) понимают совокупность трехфазного источника (генератора), нагрузки и соединительных проводов.
Известно, что при вращении проводника в равномерном магнитном поле в нем наводится ЭДС
. (1.1)
Закрепим жестко на одной оси три одинаковые катушки (обмотки), смещенные относительно друг друга в пространстве на (120°) и начнем их вращать в равномерном магнитном поле с угловой скоростью w (рис. 1.1).
При этом в катушке A будет наводиться
Такие же значения ЭДС возникнут в катушках B и C, но соответственно через 120° и 240° после начала вращения, т.е.
(1.3)
Совокупность трех катушек (обмоток), вращающихся на одной оси с угловой скоростью w, в которых наводятся ЭДС, равные по модулю и сдвинутые друг от друга на угол 120° называют симметричным трехфазным генератором. Каждая катушка генератора – это фаза генератора. В генераторе на рис. 1.1 фаза B «следует» за фазой A, фаза C – за фазой B. Такая последовательность чередования фаз называется прямой последовательностью. При изменении направления вращения генератора будет иметь место обратная последовательность чередования фаз. Прямой последовательности на основании соотношений (1.2, 1.3) соответствует векторная диаграмма ЭДС, изображенная на рис. 1.2, а, для обратной – векторная диаграмма ЭДС на рис. 1.2, б.
В дальнейшем все рассуждения по расчету трехфазных цепей будут касаться только трехфазных систем с прямой последовательностью следования генераторных ЭДС.
График изменения мгновенных значений ЭДС при y = 90° представлен на рис. 1.3. В каждое мгновение алгебраическая сумма ЭДС равна нулю.
Крайним точкам катушек (обмоток) дают название конец и начало. Начала катушек обозначают A, B, C, концы соответственно X, Y, Z (рис. 1.4, а).
Фазные обмотки трехфазного генератора могут быть изображены в виде источников ЭДС (рис. 1.4, б).
Есть немало электронных устройств, которым потребуется около 200 вольт постоянного напряжения - это могут быть различные измерители, ламповая маломощная техника, импульсные зарядки смартфонов и мобильников. А ещё больше проблема усложняется тогда, когда питание не от розетки 220 вольт, а от батареи или автомобильного аккумулятора. Чтоб не пришлось искать громоздкий и довольно дорогостоящий по нынешним временам трансформатор, разработчики создали простой DC-DC импульсный регулятор, способный преобразовать 12 вольт в высокое.
Модуль основан на MAX1771 - это типичный повышающий DC-DC-инвертор. Эта микросхема работает на частотах переключения до 300 кГц, что позволяет использовать миниатюрные компоненты поверхностного монтажа - SMD. Преобразователь принимает входные напряжения в пределах от 2 до 16 вольт, а выходное напряжение настраивается примерно на 200 вольт, с помощью внешних резисторов и потенциометров. Этого хватит для питания, например, схемы , собранного на лампах.
Микросхема MAX1771 управляет мощным N-канальным МОП-транзистором, и с помощью индуктивности и фаст-диодов, производится высоковольтное преобразование. Схема способна работать с токами до 2 ампер на входе, или с 24 ваттами выходной мощности. Несложный рассчёт показывает, что это около 0,1 А при заданном напряжении. КПД примерно 90%.
Миф о ламповых усилителях.
Ламповый усилитель не может питаться напрямую от электрической сети.
Поэтому ставится преобразующий трансформатор 220 Вольт / …220 Вольт! Разумеется во вторичной обмотке бывает и больше 220, и меньше 220, в зависимости от выбора ламп и их режима. Но, согласитесь, довольно часто ламповые усилители запитываются от выпрямленного 220 В (т.е. постоянного 295…305 В – в зависимости, сколько у кого в розетке). Так, зачем в Hi-End аппаратуре, позиционирующей принцип “как можно меньше деталей в звуковом тракте” этот “лишний” элемент?!
Представьте себе на минутку (придержите контраргументы пока), какие плюсы появятся у такого лампового усилителя. Итак, наверное уменьшиться стоимость самого аппарата (прикидывайте на сколько, если усилитель, допустим средней мощности и класс “А”). Вес. Значительно облегчиться такой УМ. Свободного места станет больше – однозначно. Нет силового трансформатора – нет наводок! Аргумент весьма впечатляющий. У кого ламповые усилители имеют свойство “фонить” (пускай даже самую малость), согласятся, что без “фона” было бы лучше. Комфортнее, так сказать. Гудеть и греться станет нечему. Что ещё? Тогда самый “убойный” аргумент: ваш усилитель не будет зависить от запаса мощности этого самого силового трансформатора. В вашем распоряжении вся ближайшая подстанция! Динамика звука будет максимально возможная для данной схемы вашего усилителя.
Минутка прошла. Минусы. А вернее один минус, единственный, кстати. Но, минус с большой буквы – “Фаза”!! Опаснейшая штука для здоровья людей и самочувствия электроники. Однако, все пользуются компьютерами и ноутбуками. И в них имеется импульсные блоки питания, с пресловутым непосредственным питанием от электросети. Так там имеется “гальваническая развязка”, скажете вы. А кто Вам, простите, мешает поставить в Ваш ламповый усилитель эту самую “гальваническую развязку”. Кроме того, в любом ламповом усилителе она частично реализована. Не верите?! Вспомните выходной (звуковой) трансформатор. Сколько там вольт приходит на первичную обмотку? В среднем 300 Вольт, а то и больше. Но ведь никто не кричит “Нельзя!”. Ставят и успешно пользуются практически все владельцы ламповых усилителей. Надеюсь, логическую цепочку продолжать не стоит, на тему “как сделать гальваническую развязку всей схемы”, а не только по её “выходу”.
Для тех, кто сомневается в пользе “лишней детали, вносящей дополнительные фазовые/частотные и прочие искажения”, привожу рабочую схему такого вот усилителя:
Собственно, схема представляет собой “мостовое” включение двух идентичных усилителей. Этакий ОТЛ наоборот. Что это даёт? Снижаются требования к пульсациям питающего напряжения. Снижаются общие искажения, так как работающие в противофазе усилители компенсируют не только пульсации питающего напряжения, но собственные (вносимые каскадами) искажения. А так как выходной каскад выполнен по топологии “cascode circuit-SRPP – Shunt Regulated Push Pull (СРПП, каскад с ди-намической нагрузкой), то в выходном трансформаторе отсутствует постоянная составляющая (те пресловутые 300 Вольт анодного напряжения). Нет подмагничивания железа – нет специфических искажений, присущих классическим схемам. Во всяком случае, не надо применять специальные меры борьбы с этим вредным явлением. Что упрощает требования к выходному трансформатору. Кроме того, такая топология обещает лучшие качественные характеристики. Входной (драйверный) каскад так же выполнен “двухэтажным”. Драйверные каскады такого вида довольно часто применяются в ламповой технике. А вот в выходном каскаде значительно реже. Дело в том, что выходная мощность снимаемая с такого каскада -“каскода” в четыре раза ниже двух классически запараллеленных ламп. Поэтому, кого интересует КПД усилителя, в первую очередь (например фирм-производителей бытовой техники), а качество – во вторую, данная схемотехника не подойдёт по определнию. Тем не менее, максимальная выходная мощность у данного усилителя вполне достаточная, что бы раскачать даже АС с небольшой чувствительностью. И составляет 8 Вт. С акустическими же системами чувствительностью более 90 дБ/Вт/м это более чем достаточный запас. Напомню, что “ламповые Ватты” звучат несколько громче (если так можно выразиться), чем “транзисторные”.
Для того, что бы сигнал поступал в противофазе на вход усилителя использован наиболее симметричный из существующих видов Фазоинвертора – трансформатор. Его коэффициент трансформации выбран 1:2+2 под стандарт СиДи (2 В эфф.). Таким образом входной трансформатор выполняет три функции: является фазоинвертором, согласующим трансформатором и выполняет функцию…”гальванической развязки”. Вход усилителя представляет собой симметричную линию (балансное подключение).
Схема усилителя размещена в корпусе натурального дерева, который имеет лаковое покрытие. Отсутствуют какие либо экраны. Схема не нуждается в подстройке режимов или какой либо балансировке. Подбор пар (исправных) ламп не требуется. В драйвере использованы лампы 6Н9С. Тее, кто предпочитает “аналитическое-нейтральное” звучание более “музыкальному-ламповому” окрасу могут заменить эти лампы на 6Н8С (без изменения номиналов резисторов). Звук приобретёт “тот самый ламповый” оттенок звучания, который нравиться большенству пользователей музыкальных записей. Следует помнить, что коэффициент усиления ламп 6Н8С в два раза ниже 6Н9С, что приведет к уменьшению выходной мощности в два раза и составит 4 Вт. В выходном каскаде использованы “тугие” лампы 6Н13С всё той же “октальной” серии. Поэтому, оптимально начинать прослушивание музыки необходимо после 90 минут (!) после включения усилителя. Именно через такой промежуток времени усилитель начинает “звучать_как_надо”.
На фотографии представлен усилитель №5, выполненный по этой схеме. Вместо выходных ламп 6Н13С использованы 6Н5С. Выходная мощность -7,5 Вт (8 Ом).
Дополнительную информацию (намоточные данные согласующих трансформаторов и варианты применения готовых трансформаторов в качестве выходных и пр.) можно найти в журнале “Радиоконструтор” №2, за 2014 год, стр.6-9.
