Трансформатор представляет из себя две изолированных друг от друга обмотки, помещенных на общем замкнутом железном сердечнике той или иной формы.
На чертеже 1 показаны два типа трансформаторов: с прямоугольным сердечником и двумя катушками (1), с первичной (I) и вторичной (II) обмотками, и с сердечником, выполненным в виде римской цифры III (2), с одной общей катушкой, на которой помещены обе обмотки трансформатора. На этом же чертеже изображена схема трансформатора с железным сердечником (3).
Если к первичной обмотке трансформатора подвести переменное напряжение, то вызванный этим напряжением переменный магнитный поток, проходя по железу сердечника, будет пересекать витки вторичной обмотки и индуктировать (наводить) в ней некоторое новое напряжение.
Величина последнего обусловливается отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной. Таким образом, если в первичной обмотке взято, например, 4 000 витков, а во вторичной 20 000 витков, то эти числа витков будут относиться друг к другу, как 1: 5, а это значит, что вторичное напряжение будет в 5 раз выше подведенного первичного.
Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной (в нашем примере 1: 5) называется передаточным числом трансформатора или коэффициентом трансформации и указывает, во сколько раз повышается напряжение, подведенное к первичной обмотке трансформатора.
Трансформатор может служить также и для понижения напряжения, для этой цели более высокое напряжение подводится к обмотке с большим числом витков, тогда от обмотки с меньшим числом витков получают пониженное напряжение.
На черт. 2 приведена схема двухлампового усилителя низкой частоты, приключенного к обыкновенному детекторному приемнику.
На этой схеме к телефонным гнездам детекторного приемника приключена первичная обмотка трансформатора низкой частоты, вторичная обмотка которого соединена с сеткой и нитью накала первой лампы. Этот трансформатор носит название входного трансформатора и обозначен сокращенно на схеме — «Вх. Тр.».
Действие его заключается в том, что он повышает напряжение тока, выпрямляемого детектором, и на сетку-нить лампы попадает, таким образом, повышенное напряжение. Вследствие этого усиление, даваемое лампой, становится более значительным.
Точно так же действует и второй трансформатор, первичная обмотка которого включена в анод первой лампы, а вторичная подает повышенное напряжение на сетку-нить второй лампы. Этот трансформатор, по своему положению в схеме, носит название междулампового и обозначен на чертеже — «М. Тр.».
Если бы мы захотели применить еще одну ступень усиления низкой частоты, то нам пришлось бы воспользоваться еще одним трансформатором, который должен был бы повышать напряжение тока, усиленного второй лампой, и подавать его на сетку-нить третьей лампы. Телефон или репродуктор в этом случае должен включаться, как обычно, в анод последней лампы.
Три ступени (каскады) усиления низкой частоты являются тем пределом, далее которого не следует итти, так как дальнейшее увеличение числа трансформаторов увеличивает в свою очередь искажения, вносимые трансформаторами в передачу. Поэтому обычно ограничиваются двумя каскадами усиления низкой частоты.
Ясность и чистота передачи зависят от конструкции трансформатора, при чем искажения обусловливаются, главным образом, наличием железа в трансформаторе, вернее его качествами. Железо в хорошем трансформаторе должно быть хорошо отожженным, т.-е. мягким, и обладать наименьшими потерями на перенамагничивание (гистерезис) и вихревые токи Фуко. В целях избежания последних железный сердечник делается слоистым из тонких полосок железа, проклеенных для лучшей изоляции их друг от друга парафинированной бумагой или покрытых слоем шеллачного лака.
На первый взгляд может показаться, что чем выше коэффициент трансформации, т.-е. чем выше получаемое от вторичной обмотки трансформатора напряжение, подводимое к сетке-нить лампы, тем усиление будет больше.
Однако, это не совсем так, и на практике ограничиваются обычно отношением витков обеих обмоток 1: 5 и выше его не идут, применяя довольно часто трансформаторы с передаточным отношением 1: 4, 1: 3, и даже 1: 2.
Объясняется это тем, что для получения наибольшей мощности, которую нужно подвести к лампе для дальнейшего усиления, необходимо соблюдать вполне определенные соотношения между данными лампы (ее внутренним сопротивлением, т.-е. сопротивлениями анод-нить и сетка-нить лампы) и трансформатора.
Поэтому увеличению коэффициента трансформации ставится предел величиной сопротивления утечки между ножками лампы (зависит от качества изоляционного материала, которым залит цоколь лампы) и данными лампы.
Не останавливаясь более подробно на этом вопросе, скажем, что теоретически подсчитанный из условий получения наибольшей мощности, идеальный коэффициент трансформации равняется приблизительно 1: 20.
Практикой установлено, что наиболее выгодным в любительских условиях (при самодельном изготовлении) является трансформатор с передаточным числом 1: 3, число витков первичной обмотки которого равно 4 000 и, следовательно, вторичной — 12 000.
Укажем теперь, как самому наиболее простым способом изготовить трансформатор низкой частоты.
В каждом трансформаторе с железом, как указывалось выше, мы имеем две системы: магнитную, которая представляет собой замкнутый железный сердечник, и электрическую, состоящую из обмоток трансформатора. Выполнение обеих этих систем должно быть весьма тщательным, так как от него зависят качества трансформатора.
В нашем трансформаторе мы применим сердечник такого типа, как показанный на черт. 1 (2), но выполнять его будем не из полосок, нарезанных в форме букв Т и Ш, что сделать в любительских условиях весьма затруднительно, а из пучка длинных железных полосок, помещаемых внутрь катушки с обмотками и загибаемых затем поверх последней в обе стороны таким образом, что получается замкнутая магнитная цепь, выбранного нами типа.
Материалом для изготовления полосок служит белая жесть (луженое железо) толщиной в 0,25 мм, всего поллиста. Этот материал выбран нами, как наиболее доступный (лист жести, примерно, размером 60 Х 70 см стоит 80 коп. — 1 руб. и его везде можно достать), легко поддающийся обработке и обладающий удовлетворительными магнитными качествами.
Из листа жести нарезывают полоски шириной в 15 мм и длиной во всю ширину листа. Полоски должны быть вырезаны очень ровными, а чтобы это условие выполнить, нужно уметь правильно взяться за дело. Не лишним поэтому будет указание, как их следует нарезать, тем более, что их потребуется около 50 штук. Для того, чтобы сделать разметку полосок быстро и точно, лист жести помещают на стол, так чтобы край листа несколько выступал, и затем проводят параллельную линию, отступая от края на 15 мм, что легко выполняется предварительно изготовленным из этой же жести шаблоном с острием и загибом, черт. 3. Нарезают затем полоску ножницами, лезвия которых плотно свинчены, иначе у полосок образуется загнутая кромка, которую после придется выпрямлять.
Располагаются для нарезания полосок против света, чтобы ясно обозначалась на листе прочерченная острием блестящая линия, при чем держат лист так, чтобы он несколько свисал, вследствие чего меньше усилий приходится тратить при разрезании жести (черт. 4). При небольшой сноровке полоски из жести указанным приемом нарезаются очень быстро и ровно.
Теперь следует, чтобы покончить с изготовлением сердечника, оклеить каждую полоску с одной стороны тонкой парафинированной бумагой. Однако это занятие очень долгое и скучное, поэтому мы изолируем наши жестяные полоски друг от друга более быстрым способом.
Нарежем из парафинированной бумаги полоски длиной равной длине жестяной полоски, т.-е. 200 мм и шириной в 32 мм, бумажных полосок возьмем вдвое меньше, чем жестяных, т.-е. 25 штук. Сложим каждую бумажную полоску пополам вдоль ее длины и внутрь каждой положим жестяную полоску. Таким образом у нас окажется половина жестяных полосок, покрытых бумагой с двух сторон, и половина голых. Чередуя эти полоски между собой, сложим их в стопочку, в результате чего все полоски сердечника оказываются изолированными друг от друга парафинированной бумагой.
Сложенный в такую стопочку сердечник обвязывается плотно бечевкой, чтобы полоски его не расползались, и, если имеется возможность, то кладется на некоторое время под пресс.
Обе обмотки трансформатора помещаются на общей катушке, склеенной из плотного картона. Картонная катушка склеивается на готовом железном сердечнике, которым пользуются в качестве формы для отверстия катушки. Катушка имеет две картонные щечки, приклеенные к загнутым наружу бортикам, как это видно из черт. 5, на котором показана катушка и даны ее примерные размеры.
Теперь следует приступить к намотке на катушку изолированной проволоки. Проволоку можно взять для этой цели как изолированную шелком, так и эмалированную диаметром от 0,1 до 0,05 мм, какую удастся достать.
Особое внимание следует обратить на устройство выводов и (концов обмоток) трансформатора, которые делаются из гибких (многожильных) проводничков и очень тщательно укрепляются между щечками катушки, которые можно сделать для этой цели двойными; совершенно ясно, что повреждение вывода влечет за собой необходимость перематывания всей обмотки трансформатора, на что придется потратить зря много времени. Тонкая проволока обмотки тщательно зачищается и припаивается к гибкому проводничку непременно без кислоты, например, станиолем с канифолью, иначе тонкая проволока легко может быть разъедена, и контакт нарушится.
Гибкий вывод закрепляется на катушке одним-двумя оборотами, привязывается ниткой и зажимается между щечками катушки. Выводы первичной и вторичной обмотки полезно сделать цветными, чтобы их легко можно было различить, не лишним явится и отметка на них, указывающая на принадлежность вывода к началу или к концу обмотки.
Перед намоткой катушка прошеллачивается вся, для лучшей изоляции и хорошо высушивается. Самую намотку можно производить на каком-либо станочке. Примерный вид станочка изображен на черт. 6.
Если нет счетчика оборотов, то число витков придется считать по сотням, отмечая их на листочке бумаги.
Намотка должна производиться плотно, по возможности виток к витку, и равномерно. Слитком сильно натягивать проволоку не следует, во избежание ее разрыва.
Время от времени через определенное число оборотов (250—500) следовало бы проверять, нет ли разрыва проволоки внутри трансформатора, так как разрыв проволоки с шелковой изоляцией не всегда легко обнаружить на-глаз. Для этой цели пропускают ток от карманной батарейки через наматываемую катушку и катушку, с которой проволока сматывается (у последней должен быть выведен наружу ее начальный конец), целость проволоки определяют, хотя бы по треску в приключаемом к этой цепи телефоне.
Намотав 4 000 оборотов первичной обмотки закрепляют ее второй вывод из гибкого проводничка и изолируют обмотку тремя-четырьмя слоями тонкой парафинированной бумаги, после чего укрепляют начальный вывод вторичной обмотки, которая наматывается из той же проволоки, в том же направлении, в количестве 12 000 витков.
Полезно через каждую тысячу оборотов изолировать частично каждую обмотку одним слоем парафинированной бумаги.
Когда вторичная обмотка намотана на катушку и укреплен последний ее вывод, катушку тщательно изолируют парафинированной бумагой и оклеивают плотной бумагой, во избежание механического повреждения обмотки.
Последовательность сборки трансформатора изображена на черт. 7.
Сердечник из полосок жести помещается внутрь катушки с обмотками (I), далее полоски загибаются наружу по обе стороны катушки, поочередно то с одной, то с другой стороны катушка (II), продолжая так до тех пор, пока все полоски не будут загнуты (III). После этого для укрепления полосок их туго связывают изоляционной лентой.
Монтаж трансформатора, для удобства пользования им, производится на доске, как показано на черт. 8. Укрепляется трансформатор на доске пояском из жести. На этой же доске ввертываются четыре клеммы, к которым присоединяются гибкие выводы от концов обмоток. Доску, на которой укрепляется трансформатор, желательно пропарафинировать. В ней, кроме того, просверливаются четыре отверстия для пропуска винтов, укрепляющих трансформатор на панели приемника.