На практике выделяют достаточно большое разнообразие преобразователей электрической энергии, как по конструктивным особенностям, так и по принципу действия. Среди устройств для изменения величины напряжения существуют броневые, стержневые и тороидальные трансформаторы. Последний вариант по своей форме напоминает бублик, за счет чего он является наиболее эффективным в части передачи магнитного потока. Его КПД может приближаться к 100% и отличается достаточной простотой намотки, поэтому многие радиолюбители стараются изготовить тороидальный трансформатор своими руками.
Устройство и принцип работы усилителя звука
Усилителем звука называется комплект деталей, установленный на плате, с входом и выходом, для работы которого необходим внешний источник питания. Усилитель мощности (УМ) всегда расположен на выходе, поэтому его называют оконечным.
Такое устройство может усиливать:
- частоту звука в целом (УЗЧ);
- низкую частоту (УНЧ);
- мощность высокой частоты (УМЗЧ).
Выполняется как часть (функциональный блок) аппаратуры или самостоятельное устройство.
Для больших антенн и громкоговорителей требуются усилители с высоким коэффициентом усиления (десятки или даже сотни кВт). Он достигается одновременным повышением тока и напряжения. Эти устройства бывают бестрансформаторные и трансформаторные.
Самый распространенные в быту ламповые трансформаторные усилители. В профессиональном оборудовании трансформатор используется, если необходимо сгладить звенья длинной проводки, разведенной по сравнительно большой площади.
Трансформаторным называется усилитель, в котором это устройство установлено на выходе для гармонизации низких частот и предохранения оборудования от короткого замыкания.
Основной недостаток использования в усилителе звука трансформатора – увеличение габаритов и веса.
УМЧЗ усиливает сигналы, содержащие информацию о звуке в телемеханике, вычислительной и измерительной технике, дефектоскопии. В этот вид усиливающей аппаратуры кроме УМ устанавливается предварительный усилитель с эквайзером или регулятором тембра и громкости. Его предназначение – доведение напряжения и мощности до показателей, необходимых для функционирования оконечного УМ, подключенного к модулятору приемника, наушникам, колонкам.
УНЧ встраиваются в радиотрансляционное, звукозаписывающее и звуковоспроизводящее оборудование, в том числе в транспортных средствах.
Выход усилителя звука (УЗ) может быть одно- или двухкаскадный, работающий в одном из трех режимов:
- А (однотактный) – транзисторы и лампы расположены в линейном порядке, УЗ без режимов ограничения тока, перенасыщения;
- В (двухтактный) – все активные элементы воспроизводят однополярный сигнал практически без искажений, нелинейные искажения компенсируются транзисторами или лампами;
- АВ (двухтактный) – промежуточный режим между А и В;
- D – для работы в ключевом режиме путем преобразования входного сигнала в ШИМ-импульсы, управляемые выходным ключом, звук восстанавливает выходной LC-фильтр.
Серия TOT
В эту серию вошло три компактных изолирующих трансформатора. Сама компания объясняет, что в серии TOT есть решения, подходящие большинству пользователей, нуждающихся в стабильном чистом питании для домашних AV-систем.
Сетевой кондиционер Torus Power TOT AVR CE
Модель TOT Mini обеспечивает ток до 3 А и может использоваться для работы с проекторами, телевизорами, мониторами, сетевыми устройствами, источниками AV-сигнала и активной акустикой. Модель TOT Max обеспечивает ток уже до 8 А, чего хватает для работы с усилителями мощности и прочими энергоемкими потребителями. Что касается третьей модели, ТОТ AVR (4 А), то в ней задействован уже упомянутый регулятор напряжения AVR и есть Ethernet-управление. Эта модель, согласно производителю, отлично подойдет для домашних кинотеатров и музыкальных систем с большим количеством цифровых компонентов.
Кондиционеры TOT Mini и TOT Max выпускаются в рэковых версиях. Модуль защиты от скачков SMSS устанавливается в процессе производства под заказ.
Варианты схематических решений
Самый простой усилитель класса низких частот состоит из двух одинаковых транзисторов, подключенных через эмиттер (биполярный транзистор), и выходного трансформатора, первичная обмотка которого состоит из 2-х одинаковых половин. Питание из внешнего источника на транзисторы подается через первичную обмотку.
На один транзистор подается положительное, на второй – отрицательное напряжение, которое периодически меняется на противоположное. Транзисторы работают поочередно, поэтому прибор называется двухтактным. Токи суммируются к обмотке, оконечный трансформатор выдает более низкие и мощные колебания.
Для повышения мощности в схему включаются резисторы, снимающие напряжение смещения с транзисторов. На трансформатор ток подается через половинки вторичной обмотки, соответствующие половинкам первичной. Высокие частоты на выходе отделяет конденсатор. Для питания такого УЗ можно использовать сетевой блок питания или батарейки.
В двухтактном УМЧЗ 2 трансформатора: входной (предварительный) и выходной (оконечный), напряжение на транзисторы подается из первого. Один транзистор открывается, второй остается закрытым, через какое-то время положение меняется на противоположное. Для питания требуется блок из резисторов, конденсаторов, сетевого фильтра, силовых транзисторов, переключающих напряжение.
Динамические характеристики
Устройства Torus Power обладают впечатляющими динамическими возможностями по мгновенной отдаче тока. Например, изолирующий трансформатор Torus Power с рабочей силой тока 20 А обладает выходным сопротивлением 0,2 Ом и при резком возрастании нагрузки способен выдать до 400 А. Сердечник трансформатора выступает в роли своеобразного накопителя, обеспечивающего дополнительную мощность в нужные моменты. Типичный усилитель общей мощностью 200 Вт требует 10 А тока, но на пике может потреблять больше, до 50 А. Обычная электрическая розетка не способна выдать 50 А тока. Изолирующий трансформатор Torus мощностью 20 А, подключенный в ту же самую розетку, обеспечит усилителю этот необходимый ток.
Какой трансформатор нужен
При покупке, аренде или изготовлении УЗ учитывается требуемая мощность и вид акустической системы.
Какая мощность лучше, определить достаточно сложно. Все зависит от личных предпочтений. Кому-то в квартире требуется 500 Вт, кто-то способен озвучить большой зал при 200 ваттах. Важна так же чувствительность акустики и грамотность специалиста, который будет сидеть за пультом.
Не менее важны такие параметры, как чистота звука и надежность оборудования, но определить их можно только косвенно.
При выборе достаточно учесть, что мощность усилителя должна быть выше мощности акустической системы. В противном случает УЗ не сможет обеспечить необходимые для работы колонок условия.
Расчет параметров
Усилители и акустика для использования в быту работают на комфортной громкости, равной 5-10% от мощности, указанной в техдокументации. При использовании профессионального оборудования показатель увеличивается до 40-60%.
Слушать что-то при максимальной мощности просто невозможно, так как звук сильно искажается. То есть, при покупке профессионального усилителя на 1 киловатт необходимо учесть, что во время работы будет использоваться примерно 300 Вт на усиление звука, при потреблении электроэнергии 700 Вт.
Бытовой прибор на 200 Вт отключится при мощности 100 Вт (если имеется встроенная система защиты). На максимуме он способен работать всего несколько секунд при озвучивании громких звуков (например, выстрелов при просмотре фильма).
Цена будет зависеть от качества колонок: чем оно выше, тем меньше может быть мощность усилителя.
Как выбрать подходящий
Основной ориентир – цель покупки усилителя. При питании от автономного генератора акустика должна быть максимально чувствительная, усилитель с высоким КПД (желательно класса «Д»).
При питании от электросети выбор шире, так как ограничивается качеством акустики, площадью и личными предпочтениями. Цена будет зависеть от качества колонок – чем оно выше, тем меньше может быть мощность усилителя.
Защита от скачков напряжения
Torus Power защищает подключенное оборудование с помощью технологии Series Mode Surge Suppression (SMSS), которая отключает систему при внезапных скачках напряжения и автоматически восстанавливает энергоснабжение сразу после того как напряжение в сети нормализируется. Многие системы защиты перенаправляют излишки напряжения на земляной контакт, что может привести к повреждению подключенной AV-техники, имеющей шину заземления.
На графике показн отклик системы SMSS при скачке в 6000 В
Конструкция устройств Torus Power позволяет нейтрализовать все скачки напряжения, превышающие заданный уровень более чем на 2 В (без использования заземляющего провода). Система защиты соответствует стандарту IEEE и справляется с нагрузкой до 6000 В, 3000 А, имея при этом ресурс на 1000 срабатываний.
Изготовление тороидального трансформатора своими руками
Тороидальный трансформатор является лучшим вариантом для усилителя благодаря сильному выходному сигналу, небольшим габаритам, невысокого сопротивления и высокого КПД.
Выбор материала сердечника
Тор обязательно должен быть изготовлен из специальной стали, если усилитель подключается к бытовой электросети. При питании от постоянного тока 12 В сердечник может быть ферритовый.
Как рассчитать
Для расчета мощности используется формула:
P=U*I*cosf/n, где:
U – напряжение холостого хода
I – ток
cos f = 0,8 (коэффициент мощности)
n =0,7 (коэффициент КПД)
Для определения площади сечения сердечника, соответствующего рассчитанной мощности, используется специальная таблица. Далее нужно найти другую таблицу, по которой определяется количество витков в зависимости от площади сечения тора.
Как изготовить: пошаговая инструкция
Каркас нужно сделать из прочного диэлектрика. Провода лучше всего выбрать медные в эмалевой изоляции с сечением 1-2 мм (для первичной обмотки) и 5-7 мм (для вторичной) при токе 25 А на первичной и 150-200 А на вторичной обмотке. Обе обмотки распределяются по всему тору.
Особое внимание уделяется первичной обмотке. Каждый слой необходимо заизолировать строительным скотчем или лакотканью, нарезанной полосками с шириной 1,2 см.
Проверка
Первая проверка (измерение тока холостого хода) проводится после того, как закончена намотка первички. Тестер в режиме амперметра подключается последовательно вместе с лампочкой накаливания на 40 Вт. Источник света горит, если витков недостаточно, если все в порядке, нить накала розовая. Чем меньше ампер показывает прибор, тем лучше (оптимально ниже 10 мА).
После намотки второй обмотки необходимо проверить трансформатор на обрывы и замыкание между обмотками и на корпус. О разрыве свидетельствует единица на экране тестера при измерении сопротивления обмотки. При замыкании между витками первой обмотки слышится треск и появляется дым. Вторичная обмотка неисправна, если результат на экране на 20 или более процентов ниже контрольного.
Предварительный итог
Прежде чем перейти к обзору линейки продуктов Torus Power, подведу небольшой итог. Устройства обеспечения стабилизированного питания Torus не являются фильтрами, но умеют качественно и правильно очищать поступающее из общей сети питание. Внутри любой модели стоит только один фильтрующий элемент — большой тороидальный трансформатор с передающим соотношением 1:1. Смысл его применения состоит в полной гальванической развязке оборудования и сети электропитания.
Серии AVR и AVR 2 отличаются наличием Ethernet-управления через специальный веб-интерфейс
Фильтрация NBT, система защиты Series Mode Surge и автоматическая регулировка напряжения AVR продуманы специально для надежной защиты и качественной работы AV-систем. В отличие от сетевых фильтров, тороидальный трансформатор Plitron, создающий полную развязку, способен выдавать высокие токи при пиковой нагрузке. Получается, Torus Power — это на самом деле простое и эффективное решение по типу все-в-одном.
Тестирование аудиотрансформаторов
Тестирование звукового трансформатора может понадобится по ряду причин. В первую очередь работу проводят перед началом его использования, чтоб понять, достаточные ли показатели обеспечиваются дросселем, обмотками и другими механизмами.
Если трансформатор работает качественно, то разница в музыке незаметна, возникает характерное ламповое мягкое звучание. Но если есть неисправности, то по звуку их легко заметить, так как возникает перекос с сторону средних частот. В то время как низкие не ярко выражены, сигналы поступают не так регулярно, как требуется.
Тестирование обязательно проводится с учетом техники безопасности. После проведения предварительных защитных мер собирается оборудование. К числу приборов, при помощи которых тестируются трансформаторы, относят:
- паяльная станция со стабильными температурами;
- вольтметр цифровой;
- осциллограф для измерения емкости, индуктивности и сопротивления;
- 2-3 запасных провода и тому подобное.
При проведении тестирования смотрят на марку, если речь идет не о варианте самостоятельной сборки. Варианты от непроверенных производителей гудят и шумят даже при подаче нормированной нагрузки. Если бренд трансформатора проверенный, то оборудование никаких сигналов не подает и остается прохладным. Проверяют в обязательном порядке после обмотки паянные соединения, термисторы, диоды, провода, переключатели и транзисторы.
Серия RM
Самая первая серия от Torus, в которую входят модели с током от 4 А до 45 А. Наиболее популярной моделью стал RM 16 (в США и Канаде — RM 20). Этот кондиционер снабжен восемью розетками с выходным током 16 А и мощностью 3840 ВА. В базовой версии RM 16 сразу комплектуется модулем SMSS. Вес устройства составляет 54 кг.
Сетевой кондиционер Torus Power RM 16 CE
Для систем среднего размера подойдет модель RM 8, а RM 4 станет хорошим выбором для цифрового оборудования с невысокой мощностью. Что касается больших изолирующих трансформаторов модели с током 30 А и 45 А, то их стоит рассматривать, когда дело касается больших проектов или профессиональных сетапов.
Серия AVR 2
Устройства этой серии стали самыми умными среди всех систем Torus. Серия AVR2 включает в себя функционал моделей AVR с расширенными функциями Ethernet-управления и мониторинга, высокой степенью производительности и защитой. Здесь, как и в других продуктах Torus Power, работает фильтрация NBT, имеется подавление скачков SMSS, регулировка напряжения AVR.
Сетевой кондиционер Torus Power AVR2 30 CE с информационным дисплеем на лицевой панели
Под расширенными функциями управления производитель подразумевает возможность назначать отдельные группы розеток, задавать расписание работы прибора, задержку включения и т.д.
Сетевой кондиционер Torus Power AVR2 8 CE
Серии AVR и AVR2 идеально подойдут для использования в инсталляционном бизнесе.
Специальные серии: WM, All in One и Floor Mount
На сегодняшний день российский дистрибьютор EnTrade поставляет системы эти трех серий только по специальному заказу дилеров. В серии WM представлены настенные модели, в серии All in One — большие панели с трансформаторами и встроенными расцепителями автоматических выключателей, в серии Floor Mount — напольные модели. Как правило, подобные системы используются в сложных и больших проектах.
Настенный трансформатор Torus Power серии WM весит около 150 кг
Например, в серии Floor Mount есть решение с током до 145,8 А. В серии All in One можно подобрать систему, которая подойдет для обслуживания сразу всего объекта целиком (это может быть как жилой дом, так и коммерческое помещение).
Панели Torus Power. Слева — All In One, справа — Floor Mount
Кстати, как дистрибьютору в Россию уже приходилось поставлять настенные кондиционеры Torus Power по заказу инсталляционных фирм. Весит такая штука около 150 кг. Стоит, конечно, дорого.
Самые интересные ролики на Youtube
Те же, кто хочет углубиться в расчёты, может скачать очень хорошую книжку с примерами полного расчёта трансформатора, ссылка на которую есть в конце статьи. Также в конце статьи есть ссылка на несколько программ для расчёта трансформаторов.
Близкие темы.
Блок питания для усилителя низкой частоты из доступных деталей. УНЧ, часть 3.
Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
Страницы 1 2 3 4
Цены
Системы стабилизированного питания Torus Power стоят недешево, и это, пожалуй, является главным минусом продукции компании. Для примера возьму несколько наиболее интересных и популярных моделей. Рекомендованная розничная цена TOT Mini CE (3 розетки, 3 А, 680 ВА) составляет 112 650 рублей. Модель помощнее — TOT Max CE (4 розетки, 8 А, 1820 ВА) — по РРЦ стоит уже около 160 000 рублей.
Самый популярный RM 16 CE (8 розеток, 16А, 3840 ВА) стоит около 500 000 рублей. Сумма немаленькая, но должен заметить, многие эксперты и обычные владельцы этого прибора утверждают, что результат оправдывает стоимость.
Если рассматривать «инсталляционные» AVR-модели, то на топовый AVR-2 16 CE установлена РРЦ около 774 000 рублей. Если подешевле, то AVR 4 CE, например, можно купить за 420 000 рублей.
За опции, которые не предусматриваются производителем для установки, по умолчанию нужно платить отдельно. Например, модуль SMSS стоит по рекомендованной розничной цене 29 400 рублей.
