Межкаскадный трансформатор своими руками

1. Вступление

Многие, наверное, хотели бы использовать межкаскадные трансформаторы в своих усилителях. Это статья не для тех, кто имеет возможность купить готовые трансформаторы Танго или Тамура. Безусловно, соревноваться в качестве с такими трансформаторами сложно, но и стоят они недешево.

Материал предназначен для тех, кто живет далеко от Москвы, или ограничен в средствах, и хотел бы своими руками намотать трансформатор в домашних условиях, но не очень представляет, как это сделать.

В противоположность общепринятому мнению, намотать самому межкаскадный трансформатор при известной аккуратности и терпении можно за 5-7 вечеров. Как намотать, меня научил Сергей Рубцов (за что ему отдельное спасибо!), на чем намотать - придумал я сам. И вовсе не нужно для этого иметь сложный намоточный станок!

В статье не будет рассматриваться электрический и конструктивный расчет трансформатора. Этому вопросу посвящено немало книг и статей. Предположим, определено число витков, подобран сердечник и провод. Рассмотрим здесь практический вопрос - как это сделать. Данная статья может помочь уточнить конструктивный расчет с учетом особенностей реального изготовления.

В конце статьи приведен конкретный пример изготовления трансформатора для лампы 6ж4 (так многими любимой!).

Итак, начнем.

2. "Трансмоталка" за 200 рублей

Я далек от предположения, что у каждого дома на кухне стоит профессиональный намоточный станок, а супруга терпеливо стирает с него пыль и накрывает салфеткой, или что у каждого есть пропуск на подходящий завод с таким станком (как писали в старых кулинарных книжках? - если к вам неожиданно пришли гости, то спуститесь в погребок, достаньте гуся и приготовьте его по рецепту. А где взять этот погребок?). Будем считать, что ничего нет, кроме, разумеется, кухонного стола и, собственно, желания. Михаил Булгаков однажды сказал: "Все настоящие романы пишутся не в кабинете, а на уголке кухонного стола".

Первым делом отправляемся в ближайший магазин "Автозапчасти" и покупаем за 200 руб. спидометр для панели приборов Жигулей. И делаем из него прибор, который я называю "трансмоталкой" (см. рис 1). Изготовление трансмоталки занимает пару вечеров!

Самое удивительное, что почти все детали спидометра идут в дело. Мы его разбираем, из двух счетчиков оставляем тот, который имеет ручку сброса на ноль (подарите второй счетчик ребенку и он будет в восторге!). Подшипник, на котором крепится вращающийся магнит, будет основным вращающимся элементом. Устанавливаем его в вертикальной стойке (подойдет деревянный брусок с просверленным отверстием). К магниту эпоксидной смолой приклеиваем деревяшку - вал трансмоталки (необходимо обезжирить поверхность магнита спиртом). С обратной стороны сверлим в деревяшке отверстие и туго вворачиваем в него обрезанный стальной винт, можно соединение проклеить также эпоксидкой. См. рисунки, на которых все понятно.

Основанием устройства является подходящая деревяшка. Внутренность счетчика прикрепляем к вертикальной планке и закрепляем последнюю на основании с помощью металлического уголка. Соединяем ось счетчика с валом подшипника с помощью толстой проволочки (d= 1мм). Из алюминиевой лицевой панели счетчика вырезаем окошко для чтения цифр.

Чтобы установить катушку, необходимо отвинтить два шурупа крепления правого уголка, снять уголок (в это время ось будет висеть на левом подшипнике), надеть катушку, а потом вернуть уголок на место. Ручка справа зажимается на винте двумя гайками.

Чтобы катушка не болталась, в щели между деревяшкой и каркасом вставляем с разных несколько прокладок из картона или текстолита.

Рис.1 Трансмоталка.

_

Рис. 2. Окошко счетчика и ручка сброса на ноль.

Такой трансмоталкой я пользуюсь уже два года. На ней было намотано немало силовых трансов, дросселей, сигнальных трансформаторов и прочих разухабистых катушек. Боевые качества прибора можно оценить по потекам лака внизу на деревяшке, пару раз деревянный вал отламывался от подшипника при снятии тяжелой катушки, после чего приклеивался снова и машинка опять была в строю. Винтик на правом рис. 3 заметно истерся. В общем, свои 200 рублей трансмоталка отслужила честно на 200%!

_

Рис. 3 Крепление вала спидометра с подшипником.
Правая ручка зажимается на валу двумя винтами

3. Мотаем трансформатор

Необходимо расположить катушку с проводом на расстоянии примерно 0.5-1м от намоточного станка (см. рис.4) Для этого закрепляем на противоположном крае стола в тиски металлический стержень под углом примерно 60 градусов (это предотвращает сползание витков с катушки). На вал стержня предварительно надеваем колесико от детского конструктора, чтобы катушка легче вращалась.

Рис. 4 . Расположение катушки.

Для вывода хвостиков провода из каркаса катушки необходимо насверлить много небольших отверстий в каркасе. Число отверстий должно быть с запасом и несколько больше, чем планируется выводов, так, чтобы была уверенность, что при намотке практически на любом уровне провода найдется отверстие для вывода.

Мы будем пользоваться бумажными прокладками между слоями провода. Используем кальку (толщина 0.03 мм) для прокладок между слоями внутри одной секции, и обычную писчую бумагу (0.1 мм) для прокладок между слоями. Ширина бумажной ленты должна быть шире ширины катушки примерно на 2-3 мм, так, чтобы с каждой стороны оставалось по 1-1.5 мм. Края ленты надрезаем на 3-4 мм с шагом 3-4 мм для того, чтобы лента поместилась внутрь катушки, а ее края немного заворачивались кверху. Это предотвращает проваливание витков по краям.

Мотать нужно достаточно туго, виток к витку, придерживая и направляя провод рукой. Рекомендуют использовать тряпичные перчатки, чтобы жир с рук не попадал на провод, но я так не делал- придерживал провод голыми пальцами.
К выводу каждого хвостика приклеивается бумажка с номером вывода.

При намотке довольно сложно аккуратно уложить первые 2-3 витка, поскольку приходится одновременно придерживать хвостик провода, чтобы он не выскочил из отверстия. Можно фиксировать его предварительно в отверстии капелькой клея или краски.
Очень удобно использовать зубочистки - ими легко подправить витки провода во время намотки.

_

Рис.5 Вывод хвостиков. Колесико под катушку.

4. Трансформатор для 6ж4

Рассмотрим далее процесс изготовления трансформатора на примере трансформатора для 6ж4.
Для 6ж4 необходимо на сердечнике 8 кв.см. намотать примерно 3000 витков.

Недавно несколько различных людей на аудиоконференции успешно намотали трансформаторы для 6ж4. По крайней мере двое из них использовали большие сердечники (8 кв.см. с большим окном и 12 кв.см), и производили намотку толстым проводом.

Мне представляется (если только не требуется высокая амплитуда напряжения сигнала), что для 6ж4 можно использовать относительно небольшой сердечник. Достаточно 8 кв. см. и небольшое окно (например, 42х12 мм). Внутреннее сопротивление лампы в триоде 4.5 ком и можно использовать относительно тонкий провод. При этом достигается небольшая длина сердечника вдоль силовой линии (как следствие - выше индуктивность первичной обмотки), небольшая масса (меньше потери в стали), малая индуктивность рассеяния.

Изготовленный таким образом трансформатор имеет разборный ленточный ПЛ-сердечник сечением 32 х 25 мм. Окно имеет размер 42 х 12 мм.
Для первички и вторички использовался одинаковый провод ПЭВ-2 d=0.2 мм, число витков каждой обмотки - 3200. Первичка разбивается на 5 секций по числу слоев в каждой секции 2 - 4 - 8 - 4 - 2.
Между 5-ю секциями первички располагаются четыре секции вторички (по числу слоев) 3 - 7 - 7 - 3. Каждый слой имеет 160 витков. Между слоями прокладывается калька 0.03 мм, между секциями - бумага 0.1 мм.

Ничем не нужно пропитывать трансформатор! (чтобы емкость между витками была мала).
Полученное сопротивление обмоток составляет 290 ом, что подходит для лампы 6ж4. (Сопротивление обмотки должно быть не более 10% от внутреннего сопротивления лампы.)
Несмотря на конструктивный расчет и возможные измерения диаметра провода, перед намоткой лучше определить, сколько витков поместится практически по ширине катушки с учетом реальной плотности намотки. Для этого желательно намотать один пробный слой на катушке. Можно также намотать 50 или 100 витков на карандаше и измерить ширину намотки. Необходимо учитывать, что придется с каждой стороны оставить запас по 2 мм, чтобы витки не доходили до стенок катушки.

При определении толщины слоя намотки (сумма всех слоев и изоляционных прокладок) оставляем запас примерно 10-15% (чтобы влезло в окно).

Обычно так получается, что самым сложным оказывается первый слой намотки. Его необходимо намотать максимально аккуратно, подправляя и поджимая при необходимости витки зубочистками. Определенную роль играет и психологический фактор - это либо вообще первый в жизни слой, или руки "забыли" и только начинают "вспоминать" старый опыт. Надо стараться так, чтобы уложить как можно больше витков в первый слой (при этом оставляя запас по краям), последующие слои будут мотаться легче. Если оказывается, что не получается на сердечнике 8 кв.см. намотать 3000 витков, для 6ж4 разумнее отказаться от данного сердечника, или выбрать тоньше провод.

Некоторые практические советы.
1. Не гнаться за скоростью. Намотка должна приносить удовольствие.
2. Перерывы через час. Выпить чайку, кофейку и расслабиться.
3. Можно капелькой клея на зубочистке подклеить "провод" к намотанным виткам в процессе намотки (обмазав 2-3 витка на расстоянии 5 мм), и пойти отдохнуть. Если отпустить тонкий провод (меньше 0.15-0.2 мм), то витки могут распуститься на катушке.
4. Выводы через дырочки надо располагать так, чтобы провод располагался близко к предыдущему выводу, с которым он будет паяться. Потом удобнее будет коммутировать.
5. Если получилось намотать первый слой на пять с плюсом, то что помешает намотать все слои?
6. После прокладывания бумажной прокладки ее удобно поджать вдоль края катушки зубочисткой. Тогда крайние витки не будут подниматься вверх.

Разумеется, вставлять провод в катушку нужно с той стороны, с которой закончилась предыдущая секция то же обмотки, Для нашего примера только вторичную обмотку необходимо мотать периодически с разных сторон (справа, либо слева).

После намотки распаиваем концы, обрезая выводы и оставляя хвостики по 1.5-2 см. (Для начала обмоток оставляем длинные хвостики).

Зачистка хвостиков - отдельное ответственное дело! Обидно будет оборвать провод. Я не пользуюсь флюсами, а применяю наждачную бумагу. Зачищать надо предельно аккуратно, лучше попробовать на отдельном проводе, почувствовать, когда он рвется. Второй вариант - распаивать в процессе намотки, но я так не делал.

Зачищаем два соседних провода, скручиваем и спаиваем, после чего загибаем хвостик пополам и прижимаем к каркасу. В итоге образуется несколько скрюченных паек (Рис.6), которые фиксируем клеем БФ-2 или краской. Когда клей высохнет, приклеиваем сверху на все пайки кусочек защитной лако- или стеклоткани.

Сергей Рубцов и Алексей Бурцев рекомендует прогреть катушку током от ЛАТРа перед сборкой сердечника. А. Бурцев: "Прогрев катушки для заданного провода начинать из расчета плотности тока 5 А/кв.мм. Через час, если катушка нагрелась менее, чем на 15 градусов от температуры окружающего воздуха, можно немного поднять напряжение. Прогревать первичную обмотку необходимо только однопериодным выпрямителем. Он позволяет при небольшом среднем токе получить бОльшую амплитуду импульсного тока. Я обычно прогреваю током в десять раз большим, чем в реальном каскаде. Среднее время прогрева около 100 часов. Прогрев обмоток лучше делать с подпаянными проводами, которые в дальнейшем позволят подключить лампу, анодное напряжение и нагрузку".

Для трансформатора с током подмагничивания обычно используют воздушный зазор. Для 6ж4 с током 10-15 ма подойдет зазор 0.03 мм (0.06 мм с учетом двух прокладок внутри и снаружи катушки). В качестве материала используем кальку. При токе порядка 10 ма можно обойтись и без зазора.

Необходимо продумать способ крепления трансформатора к шасси, а также стяжки сердечника. Наиболее оптимально сделать разборный сердечник. Если трансформатор не планируется использовать в других режимах (других токах подмагничивания), половинки сердечника можно склеить. Раньше я использовал эпоксидную смолу, теперь клей БФ-2 (такой стык легче разобрать при крайней необходимости), и оригинальный исходный каркас трансформатора.
Готовый трансформатор показан на рис. 7.

_

Рис.6 Спаеные хвостики _____ Рис.7 Готовый трансформатор.

Для проверки трансформатора лучше всего пользоваться не генератором сигналов, а иметь небольшой отдельный макет с блоком питания и собранным каскадом на лампе. Мой трансформатор проверялся на таком стенде с 6ж4 в триодном включении, режим Ua=235 В, Ia= 10 ма, Uc= - 3.3В.

АЧХ показана на рис. 8. Напряжение измеряется от пика до пика. На малых сигналах магнитная проницаемость материала уменьшается, и АЧХ несколько сужается. Трансформатор обеспечивает полосу от 20 Гц до 50 кГц по уровню - 3 дб для сигнала амплитудой 2 вольта. При большой амплитуде полоса примерно 20 Гц - 35 кГц (- 1 дБ).

Измерения проводились с подключенным во вторичной обмотке конденсатором 100 пф. Начало первичной обмотки (тот конец, который ближе к сердечнику) подсоединяем к аноду лампы, начало вторичной - на вход осциллографа. Второй конец вторички заземляется.

Если есть необходимость подобрать точнее воздушный зазор, то удобно провести предварительные измерения на полусобранном каркасе (стянув сердечник изолентой). Можно также провести и звуковые испытания на слух.

Рис.8 АЧХ трансформатора.

Далее приведены снимки сигналов, показывающие границу перегрузки трансформатора на НЧ. Искажения незначительны при уровне сигнала 80 В (20 Гц) и 200 В (30 Гц). Безусловно, результат во многом зависит от качества железа. В области ВЧ трансформатор имеет отличную импульсную характеристику.

_

20 Гц 80 В. __________________ 20 Гц 200 В.

_

30 Гц 200 B. __________________ 1 кГц 200 B.

_

10 кГц 200 В. __________________ 20 кГц 200 В.

На главную страницу