Over uitgangstransformators.

Een uitganstransformator heeft drie taken:

  1. impedantie-aanpassing

  2. galvanische scheiding

  3. vermogensoverdracht

Een transformator die bovenstaande taken uitvoert zonder vermogens verliest, bij elke frequentie en zonder fase verschuiving, wordt ideaal genoemd. De eigenschappen van het ideaal transformator kunnen een door paar eenvoudige formules worden weergegeven.

  1. Wikkelverhouding:            n  :  1

  2. Spanningsverhouding:        n  :  1

  3. Stroomverhouding:            1  :  n

  4. Vermogensverhouding:       1  :  1

  5. Impedantieverhouding       n2  :  1

Hierbij is n constant, onafhankelijk van niveau of frequentie. Bovendien hebben de primaire en secundaire spanningen en stromen steeds dezelfde fase. Zo'n ideale tafel bestaat niet, enkel de importantie transformatie en de Galva die scheiding komen overeen met de werkelijkheid. In het midden van het frequentie bereiken, ca. 1000 Hz benadert een ideaal transformator de werkelijke, aan de uiteinden van het frequentie bereiken echter niet. In een versterker ontwerpen moeten met deze afwijkingen rekening worden gehouden.

Het beste inzicht is te krijgen door het tekenen van het vervangen schijnbaar transformator. De transformator wordt gesplitst in een ideale trafo, die alleen de impedantie-transformatie en de galvanische scheiding verzorgt, en een aantal parasitaire elementen die afzonderlijk in het vervangingsschema worden opgenomen, gewoonlijk aan de primairezijde van de ideale transformator.
na eliminatie van de ideale trafo geeft dit het volgende schema:

Waarin:

  • n   =transformatieverhouding
  • Ro   =uitgangsimpedantie van de versterker (inwendige weerstand eindbuizen)
  • Lp  =zelfinductie van de primaire wikkeling
  • Cp  =parallelcapaciteit over de primaire wikkeling
  • Ls   =spreidings-zelfinductie

Dit vervangingsschema geeft alleen de belangrijkste elementen die het gedrag bij hoge en bij lage frequenties bepalen. De ijzers verliezen zijn hier verwaarloosd. Dit dezelfde geld voor de koperweerstand van de wikkelingen; deze bedraagt slechts enkele procenten van de totale circuitweerstand en is dus nauwelijks van belang.

Met behulp van het laatste vervangingsschema kan het gedrag van de transformator in een versterker worden geanalyseerd.Deze analyse wordt vergemakkelijkt doordat bij lagere frequenties alleen rekening gehouden hoeft te worden met Lp,terwijl Cp en Ls alleen bij hogere frequenties een rol spelen. Het vervangingsschema kan dus worden gesplitst in twee eenvoudiger schema 's.

 
Het gedrag bij lage frequenties.

Het gedrag bijlage frequenties is eenvoudig te beschrijven. De signaalbron heeft een inwendige weerstand gelijk aan Ro, parallel aan nx8 ohm plus een zelfinductie. Voor 2x de EL34 is nX8 ohm gelijk aan 3400 ohm en levert dan een parallel schakeling met Ro iets op de grote van 3000 ohm. Het laag frequent kantelpunt kan nu eenvoudig worden bepaald. Met een Lp van 500 h Henri in R/(2.pi.L) geeft dit een laag frequent kantelpunt van ca 1 Hz. Onder deze frequentie valt de amplitude-karakteristiek af met 6 dB per octaaf. De bijbehorende fase karakteristiek geeft een fase verschuiving van 45° bij 1 Hz, oplopend tot 90° bij lagere frequenties.

 
Een kantelpunt van 1 Hz lijkt onnodig laag, maar voor die keuze bestaan goede redenen: ten eerste is de permeabiliteit van het kernmateriaal niveau-afhankelijk; bij een laag niveau is de permeabiliteit en dus ook Lp lager. Ten tweede wordt de vervorming bepaald door de verhouding tussen het resistieve deel van de impedantie, hier 3000 ohm, en het interactieve deel, gevormd door de impedantie van Lp. De derde redenen om het kantel punt ver onder de laagste audio frequentie te leggen is dat daardoor een sterke tegenkoppeling mogelijk wordt. Dit resulteert in een goede dumping van de luidsprekers en een lage vervorming (of voor tegen koppeling wordt gekozen hangt af van de persoonlijke smaak van de ontwerper,toch is de tendens het zo veel mogelijk vermijden van tegenkoppeling.

Het gedrag bij hoge frequenties.

Bij hoge frequenties is het moeilijker te zien hoe het gedrag is. Hier spelen namelijk twee reactiefe elementen Cp en Ls een rol. Elk van deze twee elementen geven bij hoge frequenties en amplitude afname met 6 dB per octaaf een fase-draaing van 90°. Bij zeer hoge frequenties treedt dus een fase-draaing van 180° op. Wil men tegen koppeling toepassen vanaf de secundaire trafowikkeling, dan dient men ervoor te zorgen dat de versterking in dit frequentiegebied voldoende is gereduceerd.
Een transformator ontwerpen dient zo te zijn dat zowel Cp als Ls zo klein mogelijk zijn. Helaas resulteren maatregelen om een kleiner te maken in een groter worden van de ander. Om de kwaliteit van de trafo bij hoge frequenties in een getal weer te geven kiest men vaak voor specificatie van de resonantie frequentie deze wordt gevormd door de resonantie kring die Cp en Ls vormen. Hoe lager Cp en Ls, hoe hoger de resonantie frequentie en hoe beter de transformator is bij hogere frequenties.

Invloed van een verkeerde luidspreker-impedantie.

Voor een uitgangstrafo bestemd voor 2X de EL34 en een 8 ohm luidspreker geld:

  • wikkelverhouding           =n : 1 =20,6 : 1
  • impedantieverhouding    =n2 : 1 =425 : 1 = 3400 : 8

voor de 4 ohm aansluiting zijn deze verhoudingen:

  • wikkelverhouding           = n : 1 = 29,15 : 1
  • impedantieverhouding    =n2 : 1 = 850 : 1 = 3400 : 4

deze verhoudingen zijn niet afhankelijk van de aangesloten impedantie, dus bijgebruik van een 8 ohm luidspreker op een 4 ohm wikkeling ziet met primair een impedantie van 6800 ohm. Men dient zich bewustzijn van de veranderingen in het frequentie karakteristiek. De primaire zelfinductie Lp, en de parallelcapaciteit Cp hebben op een tweemaal zo hogere impedantie een tweemaal zo grote invloed. Hierdoor verschuiven de kantelpunten een octaaf naar boven respectievelijk naar beneden.

De spreidingszelfinductie heeft een tweemaal zo kleine invloed, het kantelpunt verschuift een octaaf naar boven.

Een tweede effect is de vermindering van het maximale vermogen. De maximale toelaatbare spanning bijlage frequenties wordt bepaald door de kerndoorsnede en het aantal primaire windingen. Deze blijven beiden ongewijzigd bij een impedantie wijziging. Dezelfde spanning bij een hogere impedantie betekent echter niet een lagere vermogen.

Bijgebruik van een lagere impedantie dan die waarvoor de transformator is ontworpen geldt het omgekeerde, een geringe invloed van Lp en Cp en meer invloed van Ls. Een ander. Waarmee men in dat geval rekening moet houden is de anode gelijkstroom. De draaddikte van de trafo moet de stroom kunnen verdragen.

Home