Transformator unit 2

Terug naar de index

Deze transformator unit is opgebouwd rond een zelfgemaakte transformator met een zeer hoge ingangsimpedantie.

De hoge ingangsimpedantie krijgen we door meerdere transformator spoelen op dezelfde kern te plaatsen.
Als we meerdere spoelen (aantal=N) op de zelfde kern plaatsen, en we verbinden deze spoelen in serie, dan zal de impedantie met een factor N² toenemen.
Daarnaast kunnen we de uitgang van transformator met een hogere weerstand belasten dan waarvoor hij ontworpen is, hierdoor zal de ingangsimpedantie nog verder toenemen.

Voor de constructie van de transformator hebben we nodig:
6 audio transformatoren met een ingangsimpedantie van 40 kΩ (ik gebruikte 100V audio transformators merk: Adastra, model: 952.434).
1 oude voedingstransformator met een vermogen van 1000 tot 2000 Watt, deze transformator mag defect zijn, we gebruiken alleen de ijzerkern ervan.
De hoogte van de spoel van de grote transformator moet minstens 3 keer groter zijn dan de hoogte van de spoel van de kleine audio transformators.

De ingrediënten voor de zelfgemaakte transformator.

Links: 40 kΩ audio transformator (we hebben er 6 nodig).

Rechts: een grote oude voedingstransformator

 

Van de kleine audio transformators verwijderen we de ijzerkern.
De kern bestaat uit E en I vormige metaalplaatjes welke met een beetje lak op elkaar zijn geplakt.
Het verwijderen van het eerste E plaatje is vrij moeilijk, ik klemde de transformator kern in een bankschroef, en trok het plaatje eruit met behulp van twee tangen

 

Van de grote transformator verwijderen we een aantal E en I platen, (we hebben ze niet allemaal nodig).

Met een metaalschaar knippen we uit elke E plaat, twee U-vormige platen welke precies in de kleine transformator spoelen passen.
Uit elke I plaat knippen we 2 korte strips.
Van deze plaatjes gaan we een nieuwe transformatorkern maken.

 

 

Voordat ik alle 6 audio transformators uit elkaar heb gehaald, heb ik eerst een test gedaan met twee spoelen op de zelfgemaakte ijzerkern.
Van één spoel belastte ik de 16 Ω uitgang met 16 Ω, van de andere spoel was de uitgang onbelast.
De twee 40 kΩ spoelen stonden in serie, de gemeten impedantie van deze twee spoelen was 152 kΩ.
De -3 dB
bandbreedte was 170 - 5300 Hz, en het rendement 0,688

Dit zag er veelbelovend uit...


 

Alle 6 de spoelen zijn nu op de transformator kern gemonteerd.
Let op: de 3 spoelen aan de ene zijde van de kern hebben dezelfde richting, de 3 spoelen aan de andere zijde van de kern hebben een tegenovergestelde richting.

De U platen worden afwisselend vanaf de linkerzijde en rechterzijde in de spoelen gestoken.
De stripjes komen aan het uiteinde van elke U plaat, zodat een gesloten kern ontstaat.
Op het kerngedeelte dat buiten de spoelen steekt, heb ik een beetje lak aangebracht, hiermee voorkomen we dat de kern uit elkaar valt



De eigenschappen van de transformator met 6 spoelen in serie

De 6 spoelen van 40 kΩ zijn in serie aangesloten.
In de volgende metingen worden van één spoel de uitgangen belast met diverse weerstandwaarden.
Van de andere 5 spoelen blijven de uitgangen onbelast.
Op de spoelen zijn de volgende aansluitingen als uitgang beschikbaar: nul, 8Ω en 16Ω.
 

Tabel 1

  Ingangs impedantie
Bij 1 kHz
Bandbreedte
-3 dB
Rendement
16 Ω  uitgang belast met 16 Ω 1500 kΩ 230 - 3100 Hz 0,73
8 Ω uitgang belast met 16 Ω 2500 kΩ 370 - 3300 Hz 0,73
8 Ω uitgang belast met 32 Ω 3840 kΩ 510 - 2900 Hz 0,63
8 Ω uitgang belast met 64 Ω 5740 kΩ 700 - 1920 Hz 0,50
16 Ω aangesloten tussen
8 Ω en 16 Ω uitgang
6350 710 - 1800 Hz 0,36

Bij een belasting van 4 maal de normale waarde (8 Ω uitgang belast met 32 Ω) waren bandbreedte en rendement nog acceptabel.
De luidspreker welke ik doorgaans als belasting gebruik, heeft een impedantie van 16 Ω.
Ik besloot om een extra aftakking aan de spoel te maken welke overeenkomt met 4 Ω, zodat de 16 Ω luidspreker een belasting vormt van 4 maal de normale waarde.
 

Het maken van een 4 Ω aftakking op de spoel.

Om een extra 4 Ω aftakking op de spoel te maken, moeten we het papier en de tape aan de buitenzijde van de spoel verwijderen.
We bereiken nu de bovenste laag windingen van de 16 Ω spoel.
Verbind een 1 kHz signaalgenerator aan de 16 Ω uitgang van één van de andere spoelen.
Sluit een oscilloscoop aan op de 16 Ω uitgang van de geopende spoel (dus meet de spanning tussen de nul en 16 Ω aansluiting).
Stel de amplitude van de signaalgenerator in, zodat je 1 Volt meet op de oscilloscoop.
Als je op de 8 Ω uitgang meet zal de spanning 0,71 Volt bedragen.
Probeer nu een winding op de spoel te vinden waarbij de spanning ongeveer 0,5 Volt bedraagt, dit mag zowel ten opzichte zijn van de nul, de 8 Ω of de 16 Ω aansluiting.
De spanning van 0,5 volt komt overeen met een impedantie van 4 Ω.
Om de spanning op de windingen te kunnen meten moeten we de punt van de oscilloscoop probe door de isolatie van de winding prikken.

In mijn geval had ik een winding gevonden waarbij de spanning 0,46 Volt bedroeg ten opzichte van de 8 Ω aansluiting, aan die winding heb ik een draadje gesoldeerd (zie de volgende foto, het groene draadje op de geopende spoel).

Om de spanning verder te verhogen van 0,46 naar 0,50 Volt heb ik met het draadje 4 extra windingen gemaakt rond de transformatorkern.
Nu hebben we een aansluiting met een impedantie van 4 Ω ten opzichte van de 8 Ω aansluiting.
 

Extra informatie:

Bij elke extra winding bleek de spanning 0,01 Volt te verhogen, terwijl de spanning over de 16 Ω uitgang 1 Volt was.
D
it geeft aan dat de totale 16 Ω wikkeling ongeveer 100 windingen heeft.
De impedantie verhouding tussen de
ingang en uitgang van één spoel bedraagt: 40000 Ω / 16 Ω = 2500.
De verhouding tussen het aantal wikkelingen is gelijk aan √2500 = 50.
Het aantal windingen van de 40 kΩ spoel moet dus ongeveer 50 x 100 = 5000 zijn.

 

Schema van transformator unit 2.

Con. 1 is de ingangs connector van de transformator unit.

Via schakelaar S1 is de ingangs impedantie in te stellen op één van de volgende drie waarden.
-   1,5 MΩ (schakelaar in bovenste positie)
-   2,5 MΩ (schakelaar in middelste positie)
-   4,0 MΩ (schakelaar in onderste positie)

Con. 2 is de uitgang van de transformator unit, hier kunnen we zowel een mono, als stereoplug op aansluiten, uiteraard zal het geluid altijd mono zijn.
Via schakelaar S2 kunnen we kiezen tussen een mono of stereo plug.
Con. 2 moet belast worden met 16 Ω (mono) of 2 x 32 Ω (stereo).
 

De zelfgemaakte aansluiting "4Ω" heeft in dit geval een impedantie van 4Ω ten opzichte van de 8Ω aansluiting.

 

Con.1 = 6,3 mm mono socket
Con.2 = 6,3 mm stereo socket
 
 

Om de transformator te monteren in de behuizing, gebruikte ik eerst aluminium profielen, welke contact maakten met de transformatorkern en de behuizing.
Maar dit gaf extra capaciteit tussen de spoelen en massa (behuizing), waardoor de bandbreedte van de transformator afnam.
Later heb ik de transformator geïsoleerd gemonteerd in de behuizing, in de stand 2,5 MΩ gaf dit 200 Hz extra bandbreedte.
 

De transformator, geïsoleerd gemonteerd in de aluminium doos.
De kern van de transformator maakt geen elektrisch contact met de behuizing.

 

 

De transformator unit, klaar voor gebruik.


Tabel 2:    Eigenschappen van transformator unit 2:

Schakelaar in stand: Gemeten impedantie bij 1 kHz Bandbreedte -3dB Rendement
1,5MΩ 1,5 220 - 3250 Hz 0,68
2,5MΩ 2,5MΩ 360-2600 Hz 0,73
4MΩ 4,0MΩ 510 - 1740 Hz 0,66

Bij het meten van de bandbreedte is het belangrijk dat de capaciteit aan de ingang zo laag mogelijk is.
Elke extra capaciteit geeft een afname van de bandbreedte (bij hoge frequenties).
Met de capaciteit van de ingangsplug (± 5 pF) was de bandbreedte: 510 - 1740 Hz (in de stand 4 MΩ).
Zonder de ingangsplug (direct gemeten op de transformator) nam de bandbreedte toe tot 510 - 2100 Hz.

Als de transformator buiten de metalen behuizing is, is de bandbreedte nog groter (zie waarden in tabel 1).
Het gebruik van een iets grotere behuizing zal waarschijnlijk de bandbreedte vergroten, omdat de capaciteit tussen behuizing en spoelen dan afneemt.
Ook kunnen we een niet metalen behuizing gebruiken, maar dan is er het risico dat de transformator brom oppikt.
Een aluminium behuizing biedt ook een afscherming tussen de spoel van de kristalontvanger, en het ijzer in de transformator, hierdoor zal de Q van de ontvangerspoel minder afnemen (zie ook experimenten met LC circuits meting 55).

 

Terug naar de index