Про те, що для підсилювача потужності не обов'язково використовувати дуже потужні трансформатори я писав у статті " Розрахунок джерела живлення УМЗЧ ". Чомусь в народі стаття великого відгуку не знайшла - так все і продовжують радити один одному в підсилювач потужністю 50 Вт ставити трансформатор потужністю 250 ВА. 
Хоча тут цілком можна використовувати транс в 60 ВА. Проте деякі профі кілька мене покритикували. Їх зауваження зводилися до двох пунктів:
- Висловлювався сумнів, що потужності порівняно малопотужного ( "худого") трансформатора все ж вистачить на харчування підсилювача.
- Були підозри, що малопотужний трансформатор буде перегріватися (тому що у нього вище опір обмоток).
Щоб ще раз це все перевірити і довести, що я правий, я зібрав невелику купку трансформаторів потужністю 20 ... 250 ВА на напругу 2х24 вольта і приступив до експериментів.
Я взяв стерео підсилювач, в його блок живлення ставив досліджуваний трансформатор і подавав на вхід або музичний стереосигнал зі звуковухи комп'ютера (для реалістичних випробувань), або синусоїду (для тестів). До підсилювачів був підключений кліп-детектор, що дозволяє визначати моменти обмеження сигналу. Ось схема експериментальної установки:
Експеримент проводився в такий спосіб: я використовував два музичних фрагмента з пік-фактором 13 дБ і 16 дБ. На кожному з них я встановлював найбільшу гучність, але так, щоб не було обмеження. Після цього вимірював рівень вихідного сигналу і обчислював вихідну потужність як потужність синусоїдального сигналу з амплітудою, що дорівнює амплітуді музичного сигналу. Все це я робив з різними трансформаторами і різними конденсаторами фільтра харчування (від 2200 мкФ до 40 000 мкФ).
Скажу відразу - я мав рацію по обом пунктам.
Дійсно, для отримання великої вихідної потужності підсилювача цілком достатньо трансформатора порівняно невеликої потужності (і моя програма вважає абсолютно вірно!). Ось графіки результатів досліджень, тут різні лінії одного кольору відповідають різним ємностей конденсаторів фільтра:
З графіків видно, що для відтворення синусоїди і справді потрібен трансформатор великої потужності. А ось музична потужність виходить більше синусоїдальної (за рахунок менших просадок напруги живлення), більше ніж в 2 рази, і для отримання великої музичної потужності великої потужності трансформатора не потрібна. До речі, максимальна потужність набагато сильніше залежить від самого сигналу (від його пік-фактора), ніж від потужності трансу.
На графіку спеціально проведена лінія прямої пропорційності, щоб підкреслити слабку залежність вихідної потужності від потужності трансфрматора. Ще раз нагадую, що всі трансформатори мали однакову напругу 2х24 вольта, що головним чином і обмежувало максимальну вихідну потужність. Як бачимо, вже 60ВА трансформатор цілком забезпечує вихідну потужність 40 ... 50 Вт на канал (а каналів-то два!), А подвоєння потужності трансу підвищує вихідну потужність всього на 20%.
В кінці-кінців, все лінії переходять в горизонталь: сама максимальна вихідна потужність обмежена напругою живлення. Так що замість тупого нарощування потужності трансформатора, набагато вигідніше підняти напруга живлення (якщо таке можливо).
Найбільша залежність вихідної потужності від потужності трансформатора (і найнижча вихідна потужність) виходить для синусоїди. Це якраз те, про що мені говорили опоненти: під великий постійної струмовим навантаженням сильно падає напруга на обмотках трансформатора і конденсаторах фільтра. Для музики це не так актуально через її великого пік-фактора і маленькою середньої потужності.
Для інтересу - ось осідання напруги харчування на трансформаторі і випрямлячі під навантаженням (точніше залишкову напругу) на синусоїді:
На музичному сигналі просадка напруги набагато менше, її виміряти нормально не вийшло через мінливість середнього значення музичного сигналу (показання вольтметра весь час "плавали").
Висновок 1.
"Худого" трансформатора цілком достатньо для живлення підсилювача. Правильний вибір трансформатора по потужності і напрузі дозволить отримати необхідну музичну вихідну потужність. Так що використовувати в підсилювачах звукового сигналу суперпотужні транси абсолютно не потрібно. Маленький трансформатор - це і маленькі габарити, і маленька ціна.
Дуже важливо! Це все годиться тільки для відтворення записаної музики. Для виконання музики (наприклад гітарний підсилювач в рок групі) це не годиться, тому що там зовсім інші умови роботи всієї системи!
Розглянемо другий пункт. А чи буде перегріватися трансформатор? Розрахунок по моїй програмі трансформатора для усіліеля 2х40 Вт дав необхідну потужність трансформатора 35 ВА. Я виготовив саме такий трансформатор (він брав участь і в попередніх вимірах) і провів на ньому перевірку. Надалі я використовував цей транс в справі (він призначався для харчування підсилювача ), Тому я зробив його зі зниженою індукцією (щоб він давав менше перешкод, тому що він стоїть близько до платі підсилювача). В результаті число витків обмоток вийшло на 20% більше, значить і їх опір теж на 20% більше, а на більшій опорі виходить більший нагрів. Таким чином, якщо цей трансформатор у мене не перегріється, то звичайний трансформатор тим більше перегріватися не буде.
Ось перший експеримент.
Я помістив трансформатор під кришку так, щоб не було ніякої вентиляції. 2 години роботи - ніякого перегріву.
Однак моїх критиків цей експеримент не задовольнив. Мені сказали, що в цьому підсилювачі гріється не тільки трансформатор, а й радіатори, тому насправді температура в підсилювачі вище (незважаючи на вентиляцію) і ось там-то трансформатор і перегріється.
Ну що ж, з радіаторами, так з радіаторами. У мене є відповідний корпус, куди помістилося все разом з радіаторами:
Два каналу підсилювача, два випрямляча і трансформатор - все якраз вмістилося. Вентиляційні отвори в днищі корпусу в даному випадку не працюють - у корпусу немає ніжок, тому він дном лежить на столі, і повітря в отвори не потрапляє. Ось як виглядає це все в робочому вигляді:
У кришці отворів немає, так що це самий неприємний випадок корпусу без вентиляції. Вже тут температура буде найбільш максимальної! На фото видно дві навантаження з потужних резисторів і плата кліп-детектора.
Включив в мережу, на вхід подав музичний сигнал максимальної амплітуди (щоб кліп-детектор спрацьовував, тобто підсилювач працював з невеликою перевантаженням), і 2 години поганяв всю цю систему.
Трансформатора не перегрівся! (Ось на синусоїді він би напевно перегрівся, але ми-то створюємо систему для відтворення музики, а не синусоїди!)
Висновок 2. Малопотужний трансформатор годиться для харчування апаратури по всім параметрам. Перевірка в найжорсткіших умовах це підтвердила.
І на закінчення про конденсаторах фільтра. Ось залежність вихідної потужності стерео підсилювача від сумарної ємності фільтра (з урахуванням конденсаторів, встановлених на платах підсилювачів) для двох трансформаторів потужністю 35ВА і 80ВА і різних пік-факторах сигналу:
Видно, що при невеликій ємності потужність знижується. А підвищувати ємність вище 10 000 ... 15 000 мкФ сенсу немає. Моя програма говорить про те ж. При найбільшої ємності максимальна вихідна потужність дещо падає (особливо на малопотужному трансі) - це через те, що при цьому виходять великі зарядні струми і падіння напруги на обмотках трансформатора теж підвищується.
І на закінчення - один цікавий момент. В процесі вимірювань я помітив, що на трансформаторі потужністю 20 ВА максимальні піки вихідного напруг проходили "якось не так" в порівнянні з більш потужними трансами. Те ж саме було і в разі конденсаторів фільтра 2200 мкФ (тобто самої малої місткості).
Висновок: занадто маленькі ємності і потужності все ж вносять якісь неприємні зміни в сигнал, так що їх краще не використовувати.
06.01.2010
А чи буде перегріватися трансформатор?