forum.zelfbouwaudio.nl

De uitgangstransformator (UGT) of OPT (outputtransformer) is een belangrijke factor voor de kwaliteit van een buizenversterker.
Een UGT is in principe een "gewone" trafo geschikt voor een grotere bandbreedte.
De werking is het best te verklaren aan de hand van betrekkelijk eenvoudige modellen, zie voor meer theorie bijv. http://en.wikipedia.org/wiki/Transformer.
De basisopzet: Np is het aantal primaire wikkelingen en Ns de secundaire.
We beperken ons tot trafo's die de spanning omlaag transformeren dus met n=Np/Ns ≥ 1.
Lp en Ls zijn de zelfinducties van de gekoppelde spoelen en n²=Lp/Ls.
Rip en Ris zijn de gelijkstroomweerstanden van de wikkelingen en kan je gewoon meten met een Ω-meter.
Lp is zeer groot: enkele Henry's tot honderden en vrijwel niet nauwkeurig te meten met een LCR-meter, maar kan wel een groffe indicatie geven.
Nauwkeuriger kan je Lp bepalen door een bekende wisselspanning (bijv. 24Vac/50Hz van een andere trafo) primair aan te sluiten (secundair open) en de wisselstroom te meten.
Ip is dan Vp/(Rip+2π.f.Lp) en Lp=(Vp/Ip-Rip)/2π.f.
Meet je bijv. 7m4A bij 24V/50Hz en Rip=100Ω dan is Lp (24/7m4-100)/314=10H.
Meet ook meteen Vs, want n=Vp/Vs!
Cip is de capaciteit van de wikkelingen en is alleen bij hogere frequenties te meten.
Lsp is de strooi-, lek- of koppel-inductie en een belangrijk kenmerk voor de kwaliteit van de trafo en kan goed met een LCR-meter gemeten worden aan de primaire kant met de secundaire wikkeling kortgesloten.
De koppelingsfactor K=√(1-Lsp/Lp), deze is ≤ 1.
Door alles om te rekenen met de impedantie-factor n² naar de primaire zijde wordt de werking nog duidelijker: Het gaat bij UGT's natuurlijk om de bandbreedte en als je ze zou aansturen met een "keiharde" spanningsbron, valt die in het laag reuze mee, zie OPT1.
De laagdoorlaatfrequentie fl is dan Rip/2π.Lp en hier dus 1,6 Hz (!) maar er loopt dan wel bijna 1A bij 100V, 100W dus.
De hoogaffrequentie fh is n²(Ris+Rls)/2π.Lsp en hier 14,3 kHz.
Een buis is niet bepaald een harde spanningsbron maar een (spanningsgestuurde) stroombron met een hoge Ri, wat wel weer gunstig is voor het hoog, zie OPT2.
Dankzij de opslingering bij 1/2π.√(Lsp.Cip)≈15kHz ligt fh boven 20kHz.
Het laag wordt een stuk slechter en is nu n²(Ris+Rls)/2π.Lp = 143 Hz.
Tot zover het lineaire gedrag van de UGT, maar een ander belangrijk gegeven is de verzadiging (saturation) van de kern, want die zorgt voor veel vervorming en bepaald het uitgangsvermogen.
De kern kan maar een zekere hoeveelheid magnetische fluxdichtheid B (in Tesla) hebben, voor weekijzer maximaal 1 à 2 T.
De magnetische fluxdichtheid of inductie B=Vp/(2π.f.A.Np), waarin A het effectieve oppervlakte van het magnetisch materiaal is.
B is frequentie-afhankelijk en zal bij hoge frequenties wel meevallen, dus bepalen we die bij een lage frequentie van bijv. 50Hz.
Primair is de spanning waarbij de kern in de verzadiging raakt honderden Volts en dus kunnen we deze beter secundair meten.
Je sluit een Variac of flinke (transistor)versterker aan op de secundaire wikkeling (primair open, pas op HV!) en meet de wisselstroom bij 50Hz, als je de spanning opvoert zal de stroom evenredig toenemen.
In ons voorbeeld bedraagt de wisselstroomweerstand Ris+ 2π.f.Ls=1+314*10m≈4Ω en als je er 2V opzet, moet er dus 0A5 lopen, bij 4V 1A enz., maar ineens zal de stroom teveel oplopen en zie je bijv. bij 10V 2A7 ipv. 2A5.
De kern raakt dan verzadigd bij ca. 10V secundair en dus n.Vs=316V primair.
We weten nu meteen het maximale uitgangsvermogen bij 9V in 8Ω bij 50Hz en rekening houdend met het verlies in Ris dus 8W.
Hier zie je wat er gebeurt bij kernverzadiging: Groen is niet verzadigd en blauw wel.

Hierboven in OPT3 staat het verzadigingsgedrag als we het meten met een spanningsbron, maar zoals eerder genoemd is een buis een stroombron! en dan ziet de uitgangsspanning er zo uit: Dat zal degene, die weleens aan buizenversterkers gemeten hebben, bekender voorkomen.

Bij de eerste ( Vp/(Rip+2π.f.Lp) en Lp=(Vp/Ip-Rip)/2π.f. ) ben ik het al afgehaakt

Theorie is nooit mijn sterkste kant geweest dus nu nog eens maar dan in jip en janneke taal

tijger schreef:

Bij de eerste ( Vp/(Rip+2π.f.Lp) en Lp=(Vp/Ip-Rip)/2π.f. ) ben ik het al afgehaakt

Theorie is nooit mijn sterkste kant geweest dus nu nog eens maar dan in jip en janneke taal

+1

Mooi compact verhaal
Geldt dit verhaal ook voor trafo's voor bandjesluidsprekers? De impedantie en het aantal wikkelingen zijn hier immers veel lager, geldt dan nog het zelfde model?

Gerrit

Het trafo-model is geschikt voor alle trafo's, maar de genoemde meetmethode is alleen geschikt voor LF-trafo's zoals netvoedings- en breedbandaudio-trafo's.
Voor andere trafo's zal je bij een hogere frequentie moeten meten.
Ik heb inmiddels vier (audio)trafo's bij 50Hz gemeten: en de resultaten in een tabel gezet: Cip is gemeten met soundcard-audiomeetsysteem, de rest met een Variac en een LCR/V/A-meter.
De Hammond-125C valt gelukkig mee: Lp=57H i.p.v. de 5H6 die ze zelf opgeven en wat eigenlijk veel te laag is, ik meet met de LCR-meter ook maar 5H, maar dat is dus geen goede meting bij hoge zelfinducties!, want op de 3A524 meet je daarmee ook maar 20H terwijl die toch echt veel hoger is.
De FL14/6 is niet echt een audio-trafo, maar valt bij kleine signalen reuze mee en is in het laag (waar je het nodig hebt) ook voor groter vermogen te gebruiken.
Het interessants (zeker qua prijs!) is de ELA-100V, dit is een trafo'tje dat gebruikt wordt in 100V-PA systemen waarbij het geluidssignaal tot maximaal 100V hoogohmig over lange afstanden gedistribueerd wordt om Ohmse verliezen te beperken. Dit systeem vereist hoogohmige luidsprekers en die zijn er (bijna) niet meer, vandaar dit soort trafo'tjes. Primair sluit je de 100V-leiding aan en de vermogens-aanduiding slaat op het maximaal afgenomen vermogen bij 100V belast met de secundair aangesloten luidspreker-impedantie.
Met P=Vp²/Rp en Rp=n².Rs kan je n bepalen: n=Vp/√(P.Rs), bij 10W en 8Ω dus 100/√80=11,2 en bij 0W625 en 16Ω is n 100/√10=31,6 enz.
Als je dit vertaalt naar UGT-waarden krijg je de volgende mogelijkheden: Primair is symmetrisch tussen 0-2W5-0W625, 0-5W-1W25 en 0-10W-2W5 en zo kan je tal van Raa's instellen.
Voor de Hammond-125C geven ze ook zoiets op:

mtb schreef:

Het trafo-model is geschikt voor alle trafo's, maar de genoemde meetmethode is alleen geschikt voor LF-trafo's zoals netvoedings- en breedbandaudio-trafo's.
Voor andere trafo's zal je bij een hogere frequentie moeten meten.
Ik heb inmiddels vier (audio)trafo's bij 50Hz gemeten:

Besluit is eigenlijk,die Block is waardeloos als UGT,de EVT niet veel beter.
Hammond kan er bij door en de ringkern doet 't goed als je geen hoge uitgangsimpedantie hebt (1nF !)

Bij wat rondzoeken naar UGT's kwam ik een aanbieding tegen,lijkt wel wat voor wie zich aan een EL84 PP wil wagen.
http://www.esl1.de/product_info.php?products_id=66
Anne

Ah!buis schreef:

Besluit is eigenlijk,die Block is waardeloos als UGT,de EVT niet veel beter.
Hammond kan er bij door en de ringkern doet 't goed als je geen hoge uitgangsimpedantie hebt (1nF !)

Even voor mijn eigen begripsvorming, dat komt vooral door de hoge lekinductie van die twee trafo's? Als ik uitga van 8Ω Rls dan kom ik uit op een fh van 990Hz voor de Blok, dat houdt inderdaad niet over. Bij gebruik als voedingstrafo is dit juist een voordeel lijkt me.

Vragen waar ik mee zit:
1. Het is duidelijk dat de koppelfactor zo dicht mogelijk tegen de 1 aan moet zitten, zijn daar richtlijnen voor? Zo van, minimaal vier negen's achter de komma?
2. Hoe houdt je de lekinductie laag?
Ik heb al begrepen dat dit afhankelijk is van het aantal wikkelingen in het kwadraat? Wat zijn de andere factoren die hier een rol spelen.

Gerrit

Ah!buis schreef:

mtb schreef:

Bij wat rondzoeken naar UGT's kam ik een aanbieding tegen,lijkt wel wat voor wie zich aan een EL84 PP wil wagen.
http://www.esl1.de/product_info.php?products_id=66
Anne

Ze hebben er wel mooi bordjes voor AC/DC spanning.

Om de Lsp zo laag mogelijk te houden, moeten de wikkelingen zo dicht mogelijk over elkaar gewikkeld worden, maar dit verlaagt de isolatie-spanning.
Bij lichtnettrafo's zoals de Block-FL14/6 is een galvanische scheiding van 5kV nodig en worden de wikkelingen in gescheiden kamers gewikkeld, wat een hoge Lsp geeft.
In het K-model moet je bij een kleine Lsp de K-factor nauwkeurig opgeven anders verdwijnt Lsp in het niet, je kan ook K=1 nemen en de Lsp apart tekenen.
Voor het beoordelen van de trafo's moet je wel de juiste n instellen, ik ben in tabel OPTs.png uitgegaan van alle wikkelingen in serie, wat rare n's oplevert, maar het wel mogelijk maakt, allles makelijk om te rekenen.
Hier heb ik de ELA-100V berekend/gesimuleerd: bij Raa respectievelijk 16k(groen), 8k(blauw) en 4k(rood) in pentode- en triode-PP-sturing met EL84(-achtige) buizen.
Bij de pentode zie je het laag verschuiven en bij de triode het hoog afhankelijk van de belasting.
Hieronder een tabel van de trafo's met Raa=8k en een n voor een ca. 8Ω-luidspreker: Er is geen rekening gehouden met vervorming, de C's van de buizen en tegenkoppeling.
Ik heb ook Anne's trafo (2*EL84 PP std.) geschat aan de hand van de (zoals gewoonlijk) summiere informatie die ze geven.
Deze is ook gewikkeld in gescheiden kamers, waardoor de Lsp tegenvalt en ook Cip valt hoog uit.

Om de Lsp zo laag mogelijk te houden, moeten de wikkelingen zo dicht mogelijk over elkaar gewikkeld worden, maar dit verlaagt de isolatie-spanning.

Bij UGT's voor buizenversterkers is dit laatste natuurlijk een aandachtspunt, bij trafo's voor bandjesluidsprekers niet (tenzij direct van buis naar bandje wilt gaan, maar of dat een goed idee is weet ik niet). Bij trafo's voor bandjes heb je erg weinig wikkelingen. Michael Gaedtke heeft het mooi op een rijtje gezet (in het Duits). Voor mijn bandje experimenten heb ik trafo's gemaakt van ringkern voedingstrafo's met primair 60 wikkelingen en secundair 6. De secundaire zijn van 1cm koperfolie en eerst op de kern gewikkeld met daar bovenop de primaire. Aangezien ik wat meer wil experimenteren heb ik onlangs een beetje fatsoenlijke LCR meter aangeschaft. Hier zijn de meetresultaten van mijn trafo's met als vergelijking een Lundahl LL1623 SE 120mA UGT geschakeld voor 5K6 - 8Ω: De meting van de Lundahl komt aardig overeen met de specificaties Lp=23H, Lsp=4.6mH.
Om een betere trafo te kunnen wikkelen heb ik ferrietkernen besteld met een AL waarde van 13600 (permeabiliteit=10000), daarmee kom je primair uit op 20 wikkelingen en secundair op 2.5! voor een onderste grensfrequentie van 200Hz Hoe krijg je dat maximaal gekoppeld? Vervolgens is het zaak de weerstand in het secundaire circuit zo laag mogelijk te houden. Ik heb zelf het idee dat bij een kern met zeer hoge permeabiliteit het vooral zaak is de wikkelingen loodrecht op het veld te hebben, dus niet scheef op de kern, misschien is folie dan niet zo'n goed idee. De praktijk zal het moeten uitwijzen.
Voor de grap heb ik uitgerekend hoeveel wikkelingen er op die kern nodig zijn voor 5K primaire impedantie vanaf 200Hz, dat zijn er zo'n 500.

Gerrit

De lagen om en om wikkelen zou helpen is mij wel vertelt.
Dus een laagje primair, secundair, primair, secundair. Enz.
Daarnaast is het kern materiaal belangrijk.
Je zou hiervoor naar mu metaal kunnen kijken of anders een metaal dat nog meer amorf is.

De tweede Ris zal wel Rip wezen .
Het verschil in weerstand P/S is bij die lage waardes niet zo groot als je zou verwachten,denk dat je meer de aansluitingen dan de wikkelingen meet.
Heb wel 's gehoord dat die hoge permeabiliteit nogal veldsterkte-afhangkelijk is,krijg je vervorming.
Ipv koperband lijkt me beter ,ook makkelijker ,om tussen de primaire een heleboel secundaires aan te brengen en die dan parallel schakelen.
Anne

Weerstanden onder de 50mΩ zijn natuurlijk lastig te meten, ik heb wel volgens de handleiding een nul meting uitgevoerd om de meter te kalibreren. De LCR meter, een Agilent U1733C heeft een minimaal DCR bereik van 2Ω met een resolutie van 0.1mΩ en een nauwkeurigheid van 0.7% +50, dus 10mΩ zou net moeten gaan.
Wat ik mij afvraag is of bij het lage aantal secundaire wikkelingen het parallel schakelen van wikkelingen geen problemen geeft als deze niet exact gelijk zijn, de draad een beetje buigen en je hebt er immers weer een kwart wikkeling er bij.
Gelukkig is het aantal wikkelingen zo laag dat het geen probleem is om het één en ander uit te proberen.


Gerrit

Lage weerstandswaarden kan je beter meten met https://nl.wikipedia.org/wiki/Ohmmeter#Milliohmmeter, ik sluit meestal de weerstand via een 10Ω-weerstand(10W!) aan op een 10V (lab)voeding, er loopt dan 1A en de spanning over de weerstand is dan de weerstandswaarde, wel de stroom controleren/instellen op precies 1A!
Hier staan wat spoelformules op een rijtje: https://nl.wikipedia.org/wiki/Spoelberekeningen en

De kern kan maar een zekere hoeveelheid magnetische fluxdichtheid B (in Tesla) hebben, voor weekijzer maximaal 1 à 2 T.
De magnetische fluxdichtheid of inductie B=Vp/(2π.f.A.Np), waarin A het effectieve oppervlakte van het magnetisch materiaal is.

Bij jouw trafo is Np laag, maar f vrij hoog en Vp laag, dus zal het wel meevallen, maar je kan het makkelijk uitrekenen en zorgen dat je onder 1 T blijft.

Het ferriet kernmateriaal heeft een maximale fluxdichtheid van slechts 0.43T. Ik heb de gegevens en formules in een spreadsheet gezet: De bovenste frequentie wordt gebruikt voor het berekenen van de inductie, deze is duidelijk lager dan de scheidingsfrequentie om zo een veiligheidsmarge te creëren en omdat je anders wel heel erg weinig wikkelingen nodig hebt. Het resulterende maximum vermogen van 30.7W vanaf 1200Hz is meer dan voldoende. Als ik het goed in de sheet heb gezet dan heb ik voor een hoog bandje zo'n 10W nodig voor 100dB SPL op 1m bij 1200Hz.
Voor het testen wilde ik een Caddock MP (die zien er uit transistoren met twee pootjes) weerstand van 50mΩ 1% 30W gebruiken om het bandje te simuleren.

Gerrit

Gerrit schreef:

Het ferriet kernmateriaal heeft een maximale fluxdichtheid van slechts 0.43T. Ik heb de gegevens en formules in een spreadsheet gezet

Het is zeker wel een EI kern, want op een ring of een pot kun je geen halve winding maken.
Is het niet mogelijk om er een auto-trafo van te maken? P 30,5x S 2,5x vervangen door 2,5 sec. en doorwikkelen 28x tot einde primair.Minder windingen,betere koppeling en maar één halve .
Anne

Het is zeker wel een EI kern, want op een ring of een pot kun je geen halve winding maken.

Waarom kan dat niet? Wat ik besteld heb is in ieder geval een ringkern, zie afmetingen in de sheet.

Is het niet mogelijk om er een auto-trafo van te maken? P 30,5x S 2,5x vervangen door 2,5 sec. en doorwikkelen 28x tot einde primair.Minder windingen,betere koppeling en maar één halve .

Dus één wikkeling met een aftakking na 2,5 omwenteling? Dan heb je wel één dikte draad, of kun je dan met dunner draad verder gaan?
Ga ik in ieder geval ook proberen. Ik wilde beginnen met een 'worst case scenario' waarbij primaire en secundaire wikkeling tegenover elkaar liggen, dan heb ik een soort ijkpunt om andere constructies mee te vergelijken.

Gerrit

Gerrit schreef:

Het is zeker wel een EI kern, want op een ring of een pot kun je geen halve winding maken.

Waarom kan dat niet? Wat ik besteld heb is in ieder geval een ringkern, zie afmetingen in de sheet.

Dan gaan halve windingen niet,elke draad door 't midden is een winding.

Dus één wikkeling met een aftakking na 2,5 omwenteling? Dan heb je wel één dikte draad, of kun je dan met dunner draad verder gaan?

Eenmaal de sec.gehad mag 't dunner (minder dik )
Anne

Dan gaan halve windingen niet,elke draad door 't midden is een winding.

Dat werd mij ook al duidelijk toen ik er wat over ging nadenken.

Kun je bij een auto-trafo wel de Lsp meten door de secundaire wikkeling kort te sluiten? In dit geval sluit je dan toch ook een stuk van de primaire kort, of zie ik dat verkeerd?

Gerrit

Gerrit schreef:

Dan gaan halve windingen niet,elke draad door 't midden is een winding.

Dat werd mij ook al duidelijk toen ik er wat over ging nadenken.

Kun je bij een auto-trafo wel de Lsp meten door de secundaire wikkeling kort te sluiten? In dit geval sluit je dan toch ook een stuk van de primaire kort, of zie ik dat verkeerd?

Gerrit

Zou zeggen, bij dat gemeenschappelijk deel is de koppeling 100%, doet er niet toe.Die Lsp is toch het deel van de primaire dat geen secundaire ziet ? Dat meten aan trafo's heb ik nooit gedaan (behalve spanningsval bij belasting) ,geen ervaring mee.
Anne

Heb even wat eenvoudige metingen gedaan aan een van mijn zelf gewikkelde trafo's.
Ben ooit begonnen uit noodzaak. In Nederland is amplimo eigenlijk de enige die iets fatsoenlijks maakt maar de prijs is hoog.

Je kan lang praten of simuleren maar uiteindelijk moet er wel een wikkelschema komen waar al die mooie dingen die bedacht zijn ook naar voren komen.
Ra=3k75 koperverliezen 0,17dB

Je hebt een behoorlijk breedbandige trafo gemaakt.
Kan je daar wat meer over vertellen?
Wat voor kern heb je gebruikt, EI of ringkern en is het een se of pp?

Daar ben ik ook wel benieuwd naar. Hoe wikkel je, heb je een machine, iets zelf gemaakt wellicht?

Voor deze trafo is er HiB (sommigen zeggen Mo-H) materiaal gebruikt.
Uiteraard een c-kern. Ontwerp was voor een WE-275a die op 40mA ruststroom ingesteld was.

Ik heb ook wel ander materiaal gebruikt maar HiB is heel goed en ook betaalbaar.