Push Pull 2xGU80: Toroid czy E-I jako wyjściowy transformer?

[zjj_wwa]

Witam Serdecznie.

Chciałbym skonsultować z Kolegami kwestię wyboru technologii transformatora: E-I czy Toroid ?
Chodzi o przesłankę, iż ponoć toroidy to "lepsza alternatywa" do tradycyjnych E-I transformatorów głośnikowych.
Zarówno jeśli chodzi o szerokość pasma przenoszenia, jak i o mniejsze pole rozproszone. Ale mają też chyba jakieś wady ?

Pytam w kontekście wzmacniacza push-pull GU80 - pracującego w klasie AB (50Watów / 560 Watów).

Są w PL oferenci, którzy mogą takowe nawinąć w każdej z technologii: Toroid (np. Toroidy.pl) czy np. E-I (np. Ogonowski.net.pl ).
Abstrahując od oferty cenowej, jaką mam nadzieję niebawem uzyskać - pytanie zasadnicze: którą "technologię" wybrać ?
Chodzi o osiągnięcie możliwie najlepszej jakości dzwięku z budowanego wzmacniacza.

Sprawy które mnie nurtują to:
* pasmo przenoszenia,
* przesunięcia fazowe i możliwość jakiegoś rozsądnego zapięcia(opcjonalnej) pętli ujemnego (napięciowego lub prądowego) sprzężenia zwrotnego,
* pojemności pasożytnicze,
* inne, tutaj nieuwzględnione, a które mogą mieć wpływ na jakość dźwięku.

Zakładam przy tym, że każda z lamp Push-Pull będzie miała precyzyjną regulację prądu spoczynkowego DC , więc kwestia zbalansowania składowej stałej nie będzie stanowiła problemu (w tym również dla toroida).

Wstępnie myślę o OPT typu 8 kohmów ---> 8 ohmów i 4 ohmy, przy czym te wtórne są zdublowane.
To dlatego, że być może będzie miało zastosowanie dwutorowo-symetryczne ujemne sprzężenie zwrotne.

Na potrzeby "zapytań ofertowych" - napięcia po obu stronach to tak naprawdę "podbiłem" trochę, żeby uzyskać
efekt mniejszego natężenia pola magnetycznego w rdzeniach traf. Tak naprawdę między-anodowe będzie 3000 V, a całkowite
napięcie wyjściowe na wtórnym 94V.
Czyli jak gdyby "zwyczajny" ultra-linear 8k z dwoma niezależnymi sekcjami wyjściowymi 8-4-0 ohmów (a raczej: 8-4-0-4-8).
Odpowiednie szeregowe zapięcie sekcji wyjściowych: 8R + 8R = 16R, i podłączenie do nich głośnika 8R, powinno dać możliwość uzyskania odpowiednika transformatora z Raa = 4k.

Prośba o Wasze komentarze, weryfikację, krytykę i sugestie, odnośnie wyboru technologii wykonania tego trafa wyjściowego, tudzież odnośnie innych kwestii związanych z realizacją takiego 2x GU80 push-pull projektu.

Pozdrawiam,
zjj_wwa
--------------------------------------
Pierwotne_1a: 40% * 2000 V = 800V;
Pierwotne_1b: 40% * 2000 V = 800V;
(oba dokładnie symetryczne, z tą samą ilością zwojów).

Pierwotne_2a: 60% * 2000 V= 1200V;
Pierwotne_2b: 60% * 2000 V= 1200V;
(oba dokładnie symetryczne, z tą samą ilością zwojów).

Wtórne_3a: 70,7% z 63,24 V = 44,71 Volta,
Wtórne_3b: 70,7% z 63,24 V = 44,71 Volta,
(oba dokładnie symetryczne, z tą samą ilością zwojów).

Wtórne_4a: 29,3% z 63,24 V = 18,53 Volta,
Wtórne_4b: 29,3% z 63,24 V = 18,53 Volta,
(oba dokładnie symetryczne, z tą samą ilością zwojów).

Moc 700 Watów.

Przekładnia zwojowa powinna wynosić 31,6228 ( = 8 k ohmów / 8-4-0-4-8 ohmów )

[Michal_Pol]

Jesteś pewny, że taka ilość uzwojenia zapewni odpowiednią indukcyjność - odpowiednie pasmo przenoszenia "od dołu" ?

[zjj_wwa]

Jesteś pewny, że taka ilość uzwojenia zapewni odpowiednią indukcyjność - odpowiednie pasmo przenoszenia "od dołu" ?

No tutaj niestety pewności nie mam żadnej. O ile w przypadku wykonawcy transformatora typu E-I to przynajmniej jest jakaś wiedza i możliwość rozmowy na ten temat, to w przypadku wykonania typu Toroid - jedna wielka niewiadoma, ile tej indukcyjności będzie.
Powiem szczerze, że nie do końca wiem / rozumiem, jakie tutaj rządzą zasady i powiązania.
Spadek poniżej punktu "przegięcia" będzie 6 dB / oktawę, tak ?
Jak się ten punkt przegięcia dolnej części pasma liczy ? { Prośba o wskazanie jakiegoś dobrego link'a z wiedzą w tym zakresie }
Czy takie ograniczenie pasma od dołu da się "wyciągnąć" poprzez zastosowanie ujemnego sprzężenia (globalnego lub dla lokalnie samej końcówki), poprzez "wypłaszczenie" charakterystyki, ograniczenie wzmocnienia w zamkniętej pętli ?

Większej indukcyjności może (mam nadzieję!) sprzyjać fakt, iż pomimo iż między anodami będzie hulało około 3000 V, to podałem w specyfikacji aby nawijali jak dla 4000V, więc siłą rzeczy będzie nieco mniejsze natężenie pola w rdzeniu, a przy okazji również większa liczba zwojów w każdym z uzwojeń pierwotnych. Ale czy to "wystarczy" aby zapewnić odpowiednio niskie odcięcie dołu pasma - tego nie wiem.

[zjj_wwa]

Jestem w trakcie poprawiania tej specyfikacji uzwojeń, bo tam jakiś problem się wkradł. Natomiast mam pytanie i chciałem się upewnić, jakie jest Wasze rozumienie "Raa" i związanej z nim liczby zwojów po stronie pierwotnej. Dam prosty przykład obliczeniowy, aby pokazać, w czym problem.

Ile wyniesie liczba zwojów między "anodą a anodą" w poniższym hipotetycznym trafie głośnikowym PP ?
Założenia:
Impedancja uzwojenia wtórnego = 8 ohm
Impedancja uzwojenia pierwotnego = 3200 ohm
Przekładnia impedancji = 3200 ohm / 8 ohm = 400
Przekładnia zwojowa = pierwiastek(400) = 20
Liczba zwojów uzwojenia wtórnego = 100 zw.

Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego "od anody do anody" = 2000 (czy może 4000?)
Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego "od anody do odczepu środkowego" = 1000 (czy może 2000?)

Problem tkwi w tym, że po narysowaniu prostych obciążenia na wykresach anodowych jak dla klasy AB przyjmuję impedancję Raa 8k / 8R .... a potem jak sprawdzam licząc to w .xls licząc z zasady zachowania mocy po stronie pierwotnej i wtórnej, to wychodzi zupełnie inna przekładnia (o połowę mniejsza)

[Einherjer]

W Twoim przykładzie całe uzwojenie pierwotne powinno mieć 20*100 zwojów czyli 2000 --- liczysz przekładnię dla całego uzwojenia pierwotnego to i liczbę zwojów otrzymujesz dla całego. Tu http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/jasiu/eka/trafo.html zaglądałeś?

[zjj_wwa]

W Twoim przykładzie całe uzwojenie pierwotne powinno mieć 20*100 zwojów czyli 2000 --- liczysz przekładnię dla całego uzwojenia pierwotnego to i liczbę zwojów otrzymujesz dla całego. Tu http://www.mif.pg.gda.pl/homepages/jasiu/eka/trafo.html zaglądałeś?

Ok, czyli tak jak myślałem. W pewnej metodzie "graficznej" mówi się o 8k, a de facto rysują linie 4k oraz 2k, więc mnie to trochę zmyliło.
Stronę znam, kiedyś widziałem, ale temat jest na czasie, więc dzięki za przypomnienie, pójdę tam na stronę Jasia, oraz Toma, i przypomnę to sobie wszystko, bo to chyba ten moment że trzeba będzie.

Natomiast jest problemik. Pewien znany usługodawca się za głowę złapał jak tą lampę i te trafo / moce / uzwojenia zobaczył, na charakterystykę popatrzył i powiedział, że raczej się nie podejmie.
No więc teraz jeśli nie Mahomet do Góry, to w takim razie może Góra do Mahometa ...

Koncepcja jest taka: skoro maksymalny możliwy zakładany prąd lampy (w kolanku przegięcia, na przecięciu charakterystyki napięcie siatki = 0 Volt) wynosi 800 mA ....
... to jaki rozsądnie mniejszy prąd można przyjąć do obliczania średnicy drutu dla uzwojenia pierwotnego, żeby trochę przyciąć na objętości uzwojenia ?

Chodzi mi o to, że przecież z faktu, że jest całe 600 W "możliwości" dla wzmacniacza na bazie takich lamp - to przecież wcale nie znaczy, że całość tego trzeba non-stop wykorzystywać. Nie będzie się przecież słuchać sześciuset Watów. Gęstość mocy sygnału muzycznego ma określony rozkład statystyczny, z tego co pamiętam to przeciętna moc sygnału audio/muzycznego jest chyba 10 razy niższa od chwilowych najwyższych wartości szczytowych mocy, jaka się czasem zdarza w takim materiale / utworach. Jeśli moc chwilowa będzie np. 600W, to może wystarczy, jeśli na potrzeby rachunku "termicznego" policzę to trafo np. na mniejsze moce, mniejsze prądy, mniejszą średnicę drutu ?
Może nie na 600/10 = 60 Watów, ale na przykład na połową lub na 1/3 tej mocy szczytowej ?
Pierwiastek z (1/3) to jest około 0,57.
Pierwiastek z (1/4) mocy szczytowej to jest około 0,5.

Czyli np. zamiast liczyć drut pod "800 mA" ... może da radę pójść po rozkładzie statystycznym mocy i powiedzieć, że dobieramy drut pod "uśrednione" 400mA ? To by nam dało moc ciągłą ("termiczną") na poziomie zdrowych 150 Watów. W ramach tej puli, mamy przestrzeń, żeby obsłużyć piki mocy nawet do 600 Watów - wiemy że lampa to potrafi, a średnica drutu - no cóż, od chwilowego przeciążenia prądowego drut się nie stopi, a trafo się nie przegrzeje ...

A może nawet 300mA by wystarczyło ?
Być może takie zaciskanie pasa - by pomogło usługodawcy jednak przekonać się, że niemożliwe jest możliwe ... i wtenczas może się podejmie się realizacji ...
hmmm ... Ino jak głęboko ten prąd / średnicę przyciąć ?

[Einherjer]

A jakie głośniki Ty w zasadzie chcesz zasilać z takiego potwora? Przecież dla większości głośników nawet 60W zapewni bardzo dużą głośność. W zasadzie to drut powinno się liczyć raczej pod prąd RMS a nie szczytowy. Dla sinusa przy 800mA szczytowego prądu mamy 565mA RMS. Dla nawet mocno skompresowanej muzyki można przyjąć spokojnie połowę mniej, czyli około 280mA RMS.

[zjj_wwa]

Głośniki to DIY na bazie troelsgravesen.dk, projekt Jensen 1071. One są trójdrożne na bazie Scan Speak, Seria "Revelator". To co piszesz o 565 mA RMS i o połowie czyli 280 mA - rzeczywiście, chyba nawet z takim prądem będzie można spokojnie trafo liczyć. W sumie dobrze że zwróciłeś uwagę ... ta moja połowa z 800 mA czyli 400 mA to nadal szczytowa, więc RMS z tego to raptem 282 mA.
Muszę jeszcze raz na spokojnie te "napięcia" uzwojeń do toroida policzyć, coś tam się machnąłem chyba. Pierwotne liczone po szczytowych, a wtórne - niekoniecznie.

Szukam też (w dalszej kolejności) pomysłu jak połączyć: a). bardzo wysokie anodowe, np. 1500 lub 1900V, ... z koncepcją b). odczepów "ultra-linear" do siatek S2, ... które to siatki c). mają jednak ograniczenie U_s2_max nie więcej jak 600V ..

Neonówka ? Zener z rezystorem ? Rezystor z kondem bocznikującym ? Dzielnik napięcia ? Jeszcze inaczej ?

[Piotr]

Pewien znany usługodawca się za głowę złapał jak tą lampę i te trafo / moce / uzwojenia zobaczył, na charakterystykę popatrzył i powiedział, że raczej się nie podejmie.

A ja mu się wcale nie dziwię

ps. Co to jest "te trafo"? To jest liczba mnoga, jak "te wazony"? Bo w liczbie pojedynczej mamy do dyspozycji zaimki ten, ta, lub to.

pss. Pozwoliłem sobie przenieść wątek do Transformatorów.

[Einherjer]

Prądy które wypisałem, są i tak zawyżone właściwie, bo przecież w klasie AB prądy płynące przez połówki uzwojeń nie są sinusoidalne (tylko jakby obcięte) i ich wartości skuteczne są jeszcze niższe. Jeśli chodzi o UL to niestety nie ma mowy o żadnych odczepach, jeśli lampa ma Ug2<Ua to potrzebne są osobne uzwojenia, zasilane z odpowiednio niższego napięcia. To komplikuje transformator i wątpię, czy ktoś rozsądny podejmie się tego w transformatorze z napięciami szczytowymi liczonymi w kV.

[faktus]

Toroid ,czy E I ? Przy tak wysokich napięciach wykonanie uzwojeń na rdzeniu toroidalnym będzie kłopotliwe . Problemem będzie wysokie napięcie pomiędzy zwojami w uzwojeniu , oraz pomiędzy rdzeniem i uzwojeniami , oraz pomiędzy samym transformatorem i obudową. Po wykonaniu każdej warstwy uzwojenia należało by wykonać warstwę izolacji.To znacznie komplikuje wykonanie uzwojenia szczególnie jeśli idzie o transformator głośnikowy . Ale jest wykonalne , pytanie czy ktoś się tego podejmie .Jeśli zaś idzie o kształtki E I sprawa jest o wiele łatwiejsza . Wykonanie izolacji , czy to pomiędzy rdzeniem , czy pomiędzy poszczególnymi warstwami jak i uzwojeniami jest o wiele łatwiejsze .Jednak w obydwu przypadkach transformator będzie miał spore gabaryty właśne za sprawą konieczności stosowania znacznie zwiększonej izolacji . Normalnie przeznacza się na nią około 20% w tym przypadku znacznie więcej.W transformatorze głośnikowym zapewnie wpłynie to na zwiększenie pojemności oraz zmniejszy zapewnie sprzeżenie pomiędzy uzwojeniami.Takie parametry są wysoce ekstremalne i potrzeba by wykonać transformator w wersji testowej aby dobrać jego ostateczne parametry.Nie piszę tego aby Cię zniechęcić , ale aby zwrócić uwagę na sprawę bezpieczeństwa . Projekt jest ciekawy powodzenia w realizacji.

[Michal_Pol]

Jednak w obydwu przypadkach transformator będzie miał spore gabaryty właśne za sprawą konieczności stosowania znacznie zwiększonej izolacji . Normalnie przeznacza się na nią około 20% w tym przypadku znacznie więcej.W transformatorze głośnikowym zapewnie wpłynie to na zwiększenie pojemności oraz zmniejszy zapewnie sprzeżenie pomiędzy uzwojeniami.

No i tu byłby chyba jednak lepszy toroid, bo może się okazać że EI nie uzyska wymaganej indukcyjności

[zjj_wwa]

Dziękuję za Wasze cenne uwagi. Szczególnie w kwestii podjęcia starań odnośnie "podbicia" indukcyjności.

Istnieje dwóch potencjalnych podwykonawców, którzy nie wykluczyli wykonania tego typu transformatorów głośnikowych (EI, toroid), ale każdy z nich się właśnie mocno zastanawia. Z początku nawet były przejawy niechęci, czy nawet odmowy, ale teraz, po dalszych rozmowach, jest światełko w tunelu i o ile dobrze rozumiem, opracowywana jest koncepcja ich wykonania. Argumentem, który przełamał lody była moja sugestia, że nie zamierzam słuchać ciągłego sinusa 600 W RMS, lecz raczej normalnej muzyki. Transformatory będą policzone na znacznie mniejszą moc i mniejsze prądy, z uwzględnieniem, że moc / prąd szczytowy pojawia
się jedynie raz ja jakiś czas, oraz że przeciętna moc sygnału muzycznego jest znacznie poniżej tych wartości szczytowych.

Nie ukrywam, że między innymi z przyczyn "budżetowych", a raczej z chęci zoptymalizowania relacji ryzyko/koszty, na początek przetestuję to rozwiązanie na małym transformatorze, wykonanym na bazie EI-120. Jest to górna granica rozmiaru, dla którego materiały są standardowo i łatwo dostępne, więc nie wiąże się z jakimś ekstremalnym kosztem w zakresie wykonania. Jeśli się okaże, że koncepcja wzmacniacza na tego typu lampach się obroni pod względem późniejszych walorów odsłuchowych, to na spokojnie będzie można rozważać docelowy rozmiar transformatora / rdzenia.

W tzw. międzyczasie dotarły do mnie podstawki pod GU80. Białe kruki, ale jakoś cudem udało mi się takowe pozyskać po uczciwej cenie. Testy zasilacza wypadły wczoraj pomyślnie. Dysponuję napięciem 1600 V DC o rozsądnym zapasie mocy - na bazie dwóch toroidów po 800VA każdy. Napięcie mierzyłem pod lekkim obciążeniem, przy prądzie 100mA. Jest też dostępny osobno wyprowadzony zacisk dla połowy napięcia, czyli około 800 V DC.

Problem intensywnego bzyczenia płytki prostownika został w znacznej mierze zniwelowany, a to za pomocą kropel kleju wpuszczonych do ferrytów, które są nawleczone na na nogi diod prostowniczych. Jeszcze nadal trochę bzyczy, ale teraz już o wiele mniej, prawie niesłyszalne. W razie czego zaleję to żywicą po całości.
A zatem niedługo będzie przymiarka do podłączenia lampy do wysokiego napięcia, pod wstępnym obciążeniem, z ustalonym napięciem bias, przetestowanie punktu pracy i weryfikacja, że parametry pokrywają się z tymi opublikowanymi w dokumentacji pdf producenta.

Ale wszystko powolutku. Wolałbym nie popełnić błędu.

[faktus]

Weż pod uwagę jednak fakt , że nawet przez nieuwagę możesz podać na tak wykonany transformator większą moc . Zważywszy że lampy te mają jej sporo dlatego oszczędzanie na drucie i wymiarach rdzenia może być kosztowne . Sprawdz ofertę rdzeni RZC . Podnieśie to wprawdzie koszty ale poprawi parametry zwłaszcza , że dostępne są takowe z blachy 0,1 mm grubości.Jeśli chodzi o sprzężenie to poprawi ją zwiększenie ilości sekcji uzwojenia anodowego jak i głośnikowego . Co zaś tyczy indukcyjności uzwojeń myślę ,że będzie wystarczająca tak aby dół był dostatecznie wyrażisty , a zależny od przyjętego pasma przy obliczeniach .

[zjj_wwa]

>>>Weż pod uwagę jednak fakt , że nawet przez nieuwagę możesz podać na tak wykonany transformator większą moc . Zważywszy że lampy te mają jej sporo dlatego oszczędzanie na drucie i wymiarach rdzenia może być kosztowne . Sprawdz ofertę rdzeni RZC

Dziękuję za te uwagi i ostrzeżenie. To będzie trochę "ryzyk-fizyk". Liczę również i na to, że normalne poziomy odsłuchowe nigdy (z praktycznego punktu widzenia) nie osiągną tego niebezpiecznego pułapu mocy. Niedobór mocy na transformatorze mocy nie będzie wbrew pozorom aż tak wielki (rdzeń typu EI120, a może nawet EI150). Trochę będzie niedoboru, ale mam nadzieję że nie będzie krytyczny. Poza tym spróbuję wyłączniki termiczne na tych tranformatorach zamontować, w nadziei, że jakiś dodatkowy poziom ochrony zapewnią. Być może nieskuteczna w kontekście nagłego uderzenia, piku mocy, ale bardziej rozumiana jako długofalowa ochrona termiczna, o "długiej stałej czasowej", chroniąca przed przegrzaniem.

Dzięki za zwrócenie uwagi na opcję rdzeni RZC. Sprawdzam to.

Kolejna wątpliwość dotyczy "triodyzacji" pentody. Z racji na okoliczność, że w pentodzie mam do dyspozycji S1, S2, S3 oraz Anodę, więc powstaje pytanie: jak optymalnie "zadrutować" pentodę typu GU80, aby uzyskać triodę.

Widzę kilka sposobów:
a). (A+S3+S2) jako efektywna anoda; S1 jako siatka sterująca (ten scenariusz raczej nie wytrzyma z racji napięcie zasilania 1500V w zestawieniu z odległością między S1 a S2 rzędu 1,5~2mm );
b). (A+S3) jako "efektywna anoda"; S1 jako siatka sterująca; S2 jako ... ?? (no właśnie! jako "co" ? Rozważam tutaj: albo całkowicie niewykorzystywana, albo podłączona do stałego napięcia 500V i praca w trybie "tetrody" ?)
c). (A+S3) jako "efektywna anoda"; (S1+S2) jako "efektywna siatka sterująca"; Co sądzicie o takiej "przestrzennej" siatce sterującej? "Zamuli" odsłuch muzyki czy nie "zamuli"? Przestrzenna siatka, w tym sensie, że pracująca nie w jednej płaszczyźnie, lecz raczej rozciągnięta w przestrzeni na odległości około 1,5~2,0mm ?

Przy wariancie b) zastanawiam się czy nie pozostać przy stałym napięciu polaryzującym 500V na S2. Z racji na okoliczność, iż efektywna anoda (A+S3) będzie zasilana z obniżonego napięcia (z 1500V, a nie maksymalnie dopuszczalnego 3000V), to może taki wariant "tetrody" też byłby godny rozpoznania, może taka konfiguracja wytrzyma te napięcia ?

Poniżej podaję odległości, jakie "na oko" (tzn. niedestrukcyjnie) ustaliłem w ramach wnętrzności lampy GU80:

Anoda --- S3: od 4 do 5 mm
S3 ---- S2: od 3 do 3,5 mm
S2 ---- S1: od 1,5 do 2 mm
S1 ---- Katoda: od 0,4 do 1 mm.

A zatem:
od anody do S3 jest od 4mm do 5 mm, natomiast
od anody do S2 jest od 5+3,5=8,5mm do 4+3=7mm.

Jeśli anoda, według specyfikacji producenta, może normalnie pracować na napięciu do 3kV, to jeśli połączę S3 razem z anodą, czy wynikowa konfiguracja wytrzyma napięcie 1,5 kV? Pomiędzy S3 a S2 będzie odległość od 3,0 do 3,5 milimetra.

Jeśli pójdę w kierunku siatki sterującej typu "przestrzenna" (S1+S2), to pomiędzy tak rozumianą siatką, a "anodą" typu (A+S3) będzie pełne napięcie DC 1,5 kV, a do tego piki na wychyleniach składowej zmiennej sygnału. Wytrzyma?

A może zaproponujecie mi jeszcze jakaś inną kombinację połączeń tych elektrod, alternatywną topologię ?