Il Trasformatore d'uscita

Una valvola finale (ovvero amplificatrice BF) può essere considerata come un generatore che deve trasferire l'energia  al suo carico (l'altoparlante AP). Affinché questo avvenga in modo corretto, deve avvenire che l'impedenza  propria del generatore sia prossima a quella dell'utilizzatore. Il problema si pone in quanto l'impedenza di carico anodico della valvola; dipende sia dal tipo di valvola impiegata che dalle sue condizioni di lavoro, ovvero dalla sua polarizzazione (tensioni ad essa applicate). Essa è normalmente compresa tra 1,5 KW e 20 KW, mentre per esigenze costruttive, una bobina mobile di un AP per potersi muovere liberamente entro il sottile traferro del magnete, non può che essere formata che da poche spire di rame smaltato le quali costituiscono una impedenza normalmente compresa (negli AP d'epoca) tra i 2 ed i 20 W.

Il trasformatore d'uscita TU pertanto ha il compito di trasferire la potenza dell'amplificatore all'altoparlante, cosa che sarebbe impossibile altrimenti data la diversità tra le due impedenze.

Per dirla tutta, si potrebbe eliminare il TU elevando  l'impedenza della bobina mobile del tanto necessario affinché assuma il valore dell'impedenza di carico della valvola, ma ciò richiederebbe un avvolgimento di parecchie spire che l'appesantirebbe di molto.
Ecco che allora ci viene in aiuto il TU. Esso è un trasformatore a rapporto discendente, costituito da un nucleo di lamierini e da due avvolgimenti di rame smaltato; uno è formato da molte spire (quindi con impedenza elevata) ed è detto primario, l'altro costituito da poche spire (impedenza bassa) detto secondario. Il primario è inserito nel circuito di placca della valvola finale mentre il secondario è collegato alla bobina mobile dell'altoparlante.

Il primo elemento necessario al calcolo di un trasformatore è il suo rapporto di trasformazione Ktr, ovvero il rapporto che ci indicherà  la relazione esistente tra le spire dell'avvolgimento primario e quelle del secondario, come pure quello delle tensioni tra di essi rilevate. Pertanto si ha:

Il TU come si può notare in un qualsiasi schema, ha la peculiarità di essere attraversato (nell'avvolgimento primario) sia dalla corrente continua di polarizzazione (di placca) Ia (o anche I1) che dalla componente alternata (di frequenza ed intensità variabile nel tempo)  ia associata al suono che l'altoparlante dovrà riprodurre. La corrente continua Ia genererà una induzione magnetica Bo costante, mentre la ia genererà una seconda induzione B variabile nel tempo.

Da prove di laboratorio si è potuto ricavare una formula che mette in correlazione la sezione del nucleo S dell'avvolgimento con la potenza P da trasferire e la frequenza fmin da riprodurre. :

tale relazione si è vista  rimanere valida per un'induzione non superiore a 0.5 T. Nel calcolo di un TU asimmetrico (ovvero pilotato da una sola valvola), Bo è bene che non superi i 0,5 T, mentre in un  TU simmetrico (pilotato da 2 valvole in push-pull) tale valore non deve superare 1 T; con valori superiori si potrebbero presentare fenomeni di riscaldamento e vibrazione.

Nella pratica di tutti i giorni comunque capita molto più frequentemente di avere dei lamierini pre-confezionati e di dover calcolare le altre variabili. I normali lamierini in commercio rispondono a misure standard definite dalle norme UNEL e DILDA pertanto partendo da queste ultime si ricava tutto il resto.

Di notevole importanza è anche la relazione che lega l'induttanza del primario e la frequenza minima  fmin da riprodurre:

Ora siamo in grado di poter calcolare il numero di spire del primario:

Nei TU di uscita asimmetrici, la Ia e la ia, per il fatto di circolare entrambe nello stesso  senso nell'avvolgimento primario, concorrono a produrre una forte magnetizzazione, tale da far tendere alla saturazione il materiale ferromagnetico del nucleo. Un'eventuale saturazione del nucleo si tradurrebbe in una perdita di trasferimento di potenza, Una soluzione a questo inconveniente sta nel creare un  traferro di dimensioni opportune nel circuito magnetico.

Come si può notare dalla figura, il punto di interruzione vale la metà del valore del traferro. Infatti nei nuclei ad E, i percorsi magnetici sono due, per cui al fine di ottenere una interruzione globale  pari al valore del traferro si interpone tra i lamierini ad E ed I un foglio di carta di spessore t/2.

E' bene ricordare  che in un trasformatore reale, P2 sarà più piccola di P1 in quanto una parte sarà dispersa per effetto Joule (calore). In un trasformatore d'uscita il rendimento h sarà al massimo del 90% per cui:

Fabrizio Giunchi, nella sua trattazione sulla costruzione dei trasformatori d'uscita, introduce un fattore Ki di bontà che non incide sulla funzionalità dello stesso, ma che  indica di quanto l'ingombro calcolato dell'avvolgimento dovrà essere moltiplicato al fine d'ottenere l'ingombro reale. Tale fattore variabile da 1,1 a 3 (legato all'abilità del bobinatore), ha un buon valore se scelto come 1,5.

Dal suo sito "Calcolo di trasformatori" (da cui è possibile scaricare un suo efficientissimo software che in base a quanto detto permette un calcolo rapido dei TU) abbiamo a disposizione sia le caratteristiche dei lamierini a norme UNEL/DILDA che la caratteristica dei fili in rame smaltato dei principali diametri:

Lamierini unificati a norme UNEL

 

In questi lamierini le quote sono tutte rapportate alla quota C secondo le seguenti relazioni:
A=2,5·C        B=3·C         D=0,5·C         E=1,5·C         F=0,5·C         G=0,5·C

e vengono posti in commercio coi seguenti valori:

 
C (mm) 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 60
 
 

Lamierini unificati a norme DILDA

 
In questi lamierini le quote sono tutte rapportate a quelle di  E ed  F secondo le seguenti relazioni:
A=E+(2·F)            B=2·E             C=(2·E)-(4·F)             D=F             G=F
e vengono posti in commercio coi seguenti valori:
E (mm) 17 22.5 28.5 37 48 62 77
F (mm) 6 8 10 13 17 22 27

 

Caratteristiche  fili in rame smaltato posti in commercio

 

Sr (sezione mm²) f ( nudo mm) f (isolato mm) Peso (gr/metro)
0,00196 0,05 0,062 0,0175
0,00283 0,06 0,073 0,0252
0,00385 0,07 0,083 0,0343
0,00503 0,08 0,094 0,0448
0,00636 0,09 0,105 0,0567
0,00785 0,10 0,116 0,0698
0,0095 0,11 0,128 0,0845
0,0113 0,12 0,138 0,1005
0,0154 0,14 0,167 0,1368
0,0201 0,16 0,189 0,1786
0,0254 0,18 0,21 0,2262
0,0314 0,20 0,23 0,2793
0,0380 0,22 0,25 0,3379
0,0491 0,25 0,28 0,4364
0,0616 0,28 0,32 0,5474
0,0707 0,30 0,34 0,6284
0,0804 0,32 0,36 0,7159
0,0962 0,35 0,39 0,8553
0,126 0,40 0,45 1,1171
0,159 0,45 0,51 1,4139
0,196 0,50 0,56 1,7455
0,237 0,55 0,61 2,1121
0,283 0,60 0,66 2,51336
0,331 0,65 0,71 2,9500
0,385 0,70 0,76 3,4213
0,503 0,80 0,87 4,4686
0,636 0,90 0,97 5,6555
0,785 1,00 1,08 6,9822
0,950 1,10 1,19 8,4480
1,13 1,20 1,29 10,0530
1,33 1,30 1,39 11,8270
1,54 1,40 1,49 13,6840
1,77 1,50 1,59 15,7860
2,01 1,60 1,69 17,8740
2,54 1,80 1,90 22,6210
3,14 2,00 2,08 27,928
3,80 2,20 2,29 33,793
4,91 2,50 2,59 43,638
6,16 2,80 2,89 54,740
7,07 3,00 3,09 62,838

 

E' bene comunque ricordare anche come si calcola la sezione di un filo di rame (ovvero l'area del cerchio):

Infine possiamo analizzare la grandezza fisica densità di corrente (J), ovvero la quantità di corrente che fluisce per area di conduttore , e che in un filo di un avvolgimento di un trasformatore, dipende dalla capacità di dissipazione del calore del TU stesso. Normalmente i valori di J sono compresi tra 2 e 4 A/mm2 .
Occorre precisare che le formule applicate valgono così come sono per i TU asimmetrici, mentre per i simmetrici, la (6) diviene:

dove per Z1aa si intende  l'impedenza tra anodo ed anodo delle due valvole in opposizione (push-pull), es:

dai datasheet  si trova che la Zaa deve essere intorno ai 3,5 Kohm, pertanto due avvolgimenti da 1700 ohm ciascuno.
La (9) non si utilizza in quanto nei trasformatori simmetrici non occorre un traferro e vengono montati a lamierini sfalsati E-I I-E come nei trasformatori di alimentazione.
Particolare attenzione va posta nel come avvolgere gli avvolgimenti, a seconda che si tratti di un TU asimmetrico o simmetrico; tutte le spiegazioni in merito, le potete trovare nella rubrica "consigli" di Giunchi Fabrizio o scaricando la "guidaTU.txt" nel file "Calcolo di Trasformatori Versione 1.2nella sua rubrica "scarica".
 
Bibliografia
Fabrizio Giunchi  (http://digilander.libero.it/giunchifabrizio/index.htm)

L'AUDIO LIBRO (V ediz. 1962) - D.E.Ravalico - Hoepli

Rivista RADIUS (rivista del settore dell'epoca)

..ringrazio personalmente Fabrizio per avermi autorizzato a pubblicare questo articolo avvalendomi dei suoi appunti.
 

 

powered by Elettro-Scienza - 2011 -