"CQ-SKW", №22, декабрь, 1930 год, стр. 182-184

РАСЧЕТ МИКРОФОННОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Из всех микрофонов, имеющих применение в любительской радиотелефонии, наиболее доступными являются угольные микрофоны, т. к. они сравнительно дешевы и имеются в продаже.

Включение такого микрофона во всех схемах модуляции не производится непосредственно на сетку генераторной или усилительной лампы; для включения микрофона используется промежуточный микрофонный трансформатор. Он представляет собой по внешнему виду обычный междуламповый трансформатор низкой частоты с двумя обмотками, из коих одна включается в цепь микрофона, а другая — в цепь сетки (рис. 1). Микрофонный трансформатор выполняет две задачи: на сетку лампы, будь то генераторная или усилительная, надо подавать лишь переменную составляющую микрофонного тока; в цепи же микрофона текут обе слагающие — постоянная и переменная. Поэтому для подачи на сетку нужно отделить постоянную слагающую. Трансформатор эту задачу и выполняет. На зажимах его вторичной обмотки получается переменное напряжение, которое затем подводится к сетке лампы.

Рис. 1

Вторая задача состоит в повышении амплитуд напряжения переменной слагающей, так как в микрофонной цепи они очень малы, а рациональное использование усилительной или модуляторной лампы требует достаточно больших амплитуд.

Микрофонный трансформатор — это одна из наиболее ответственнейших частей радиотелефонного передатчика, а в особенности любительского. От правильного подбора данных и конструкции его в значительной степени зависит качество передачи.

«Перемодуляции» при малых мощностях, плохая передача низких тонов и т. п. — все эти недостатки, обычно, вызываются неправильностями в микрофонном трансформаторе.

Случайный трансформатор со «случайным» числом витков, размерами железа и коэфициентом трансформации легко приводит к плохим результатам.

Для получения хорошей работы при выборе трансформатора должны быть учтены те условия, в которых ему придется работать, и данные трансформатора должны соответствовать данным схемы. Иными словами, перед тем, как строить или брать тот или иной трансформатор, нужно сделать расчет его, хотя бы даже приближенный.

Здесь мы приводим несколько формул, позволяющих любителю, владеющему элементарной математикой, произвести такой упрощенный расчет. Предварительно выясним вопрос о том, что именно будет являться нагрузкой вторичной обмотки в различных случаях.

При маломощных передатчиках (5—10 ватт) мощность микрофона оказывается достаточной, чтобы управлять колебаниями генератора, и тогда микрофонное устройство, состоящее из микрофона, батареи и трансформатора, вводится в схему передатчика без какого-либо предварительного усиления. Вторичная обмотка трансформатора включается в цепь сетки генераторной лампы при сеточной модуляции и в цепь сетки модуляторной лампы — при модуляции на анод. Когда же применяется модуляция методом гридлика, переменные напряжения от вторичной обмотки подают на участок нить—сетка «лампы—утечки».

Рис. 2

В передатчиках более высокой мощности микрофон оказывается слишком слабым, чтобы «раскачать» генератор, и поэтому приходится прибегать к предварительному усилению микрофонных токов. В этом случае микрофонный трансформатор играет роль входного трансформатора усилителя низкой частоты и вторичная обмотка его включается на сетку усилительной лампы.

Таким образом мы видим, что, какая бы схема включения ни применялась, вторичная обмотка трансформатора всегда будет присоединена к сетке электронной лампы (рис. 1).

Нагрузкой обмотки будет служить так называемое «входное сопротивление» лампы, обозначаемое R_g. Тогда фигура 1 может быть заменена эквивалентной схемой, показанной на рис. 2.

Величина R_g определяется путем довольно сложных подсчетов, так как она зависит, помимо самой лампы, от той нагрузки, которая имеется в анодном контуре этой лампы, от смещающего потенциала на сетке и других обстоятельств ¹. Входное сопротивление ламп бывает порядка сотен тысяч и миллионов ом. Без особой погрешности для упрощенного расчета его можно брать в пределах 300 000—500 000 ом.

Рис. 3

Следующая величина, которая кладется в основу расчета, — это эффективное напряжение, получающееся во вторичной обмотке трансформатора. От правильного выбора его зависит неискаженность передачи. Оно должно быть взято таким, чтобы кривая колебаний, накладываемых на сетку лампы, могла уложиться в прямолинейной части характеристики, не заходя за ее пределы и не попадая в области верхнего и нижнего перегибов. В усилителях, кроме того, должна использовалься лишь та часть прямолинейной характеристики, которая лежит левее оси ординат, т. е. в области отрицательных сеточных напряжений, чтобы в лампе не возникали сеточные токи, являющиеся одной из причин искажений. Эффективное напряжение определяется из характеристики той лампы, на которую трансформатор должен работать (рис. 3). Так, например, если трансформатор будет работать на лампу УТ—40 с анодным напряжением 140 вольт, то может быть использован прямолинейный участок характеристики от нижней точки перегиба, т. е. —«8 вольт» до «0 вольт» напряжения на сетке (чтобы не заходить в область положительных напряжений на сетке). Тогда размах (удвоенная амплитуда) сеточных колебаний может быть равен 8 вольтам.

Эффективное напряжение во вторичной обмотке должно быть не больше

а для нашего примера:

Наконец, третья исходная величина — сопротивление микрофона в спокойном состоянии; обозначать мы его будем через Rm. Оно представляет собой величину, характеризующую микрофон, и обычно известно для каждого данного типа микрофона.

Переходим теперь к самому приближенному расчету.

Для получения максимального напряжения на сетке при данной мощности и при данном сопротивлении участка сетка—нить нужно, чтобы коэффициент трансформации n равнялся корню квадратному из отношений сопротивлений, составляющих внешние цепи вторичной и первичной обмоток, или, иными словами, из отношения входного сопротивления лампы к среднему сопротивлению микрофона.

По этой формуле определяем наивыгоднейший коэфициент трансформации.

Наилучшие условия работы трансформатора будут осуществлены тогда, когда внутреннее сопротивление каждой из обмоток его будет равно сопротивлению той внешней цепи, с которой эта обмотка работает.

Внутреннее сопротивление обмотки слагается из омического и индуктивного сопротивлений. Так как омическое сопротивление у обеих обмоток очень мало по сравнению с индуктивным, то первым можно пренебречь.

Тогда для первичной обмотки: Rm = 2πf · L₁, а для вторичной Rg = 2πf · L₂

Здесь L₁ и L₂ — коэфициенты самоиндукций обмоток, f — наиболее низкая частота звука, которую мы хотим передать, и π — постоянное число, равное 3,14.

Из этих равенств определяем самоиндукцию обмоток:

Для определения числа витков можно воспользоваться известной формулой самоиндукции катушки с железным сердечником:

где W — число витков, S — сечение железного сердечника в кв. см., µ — магнитная проницаемость, а l — средняя длина магнитопровода в см.

Отсюда число витков первичной обмотки

Для решения этого уравнения нужно предварительно выбрать форму железного сердечника, определить по ней величину l, а также задаться его сечением S.

Рис. 4

Железный сердечник составляется из отдельных листов нарезанного железа, причем в большинстве случаев он приобретается уже готовым той или иной формы. На рис. 4 показана пластина железа обыкновенного усилительного трансформатора, вполне пригодная для наших целей по своим размерам. Там же указана величина l, которая для данной формы равна, 18 см. Магнитная проницаемость для нормального железа берется µ =1900, что соответствует допустимой магнитной индукции В = 8000 сил. лин/см². Сечением S мы задаемся предварительно, с тем, чтобы после расчета проверить правильность выбора его; в случае необходимости, как будет показано ниже, вносится поправка. Зная толщину железных листов d и ширину сердечника а, легко определить, какое количество их m нужно будет взять для осуществления того или иного сечения.

Подставляя указанные величины в формулу (5), определяем число витков первичной обмотки.

Во вторичной обмотке число витков будет

Диаметр проводов, составляющих обмотки, можно вычислить по тем токам, которые текут через обмотки.

По первичной обмотке проходят два тока — постоянная и переменная слагающая микрофонного тока.

При напряжении микрофонной батареи в Е вольт, постоянная слагающая будет

Для переменной слагающей нужно сперва определить ее напряжение на концах первичной обмотки

Тогда переменная составляющая

а наибольший ток, протекающий через обмотку

Диаметр проволоки первичной обмотки определяется формулой

Что же касается диаметра проволоки для вторичной обмотки, то здесь может быть без всякого расчета применена совсем тонкая проволока, диаметром от 0,07 до 0,1 мм. Сечение проволоки роли не играет, так как по обмотке течет чрезвычайно малый ток.

На этом расчет трансформатора можно считать законченным; остается лишь проверить, правильно ли было выбрано сечение сердечника S, и в случае необходимости внести соответствующую поправку.

В этих целях надо узнать, с каким действительным магнитным насыщением µ будет работать рассчиттанный трансформатор. Сперва определим напряжение магнитного поля Н, развиваемого обмоткой

Эту величину вычисляем для тока I₁ (форм. 11), и для числа витков W₁ первичной обмотки (форм. 5).

Рис. 5

Если обратиться к кривой, изображенной на рис. 5, показывающей зависимость между магнитной проницаемостью µ и напряжением магнитного поля Н для нормального железа, то легко увидеть, что выбранной нами величине магнитной проницаемости µ = 1900 будет соответствовать Н = 2,65.

Нам остается теперь сравнить с этим числом результат вычисления по формуле 13.

Если полученная величина Н незначительно отличается от 2,65, так что соответствующее ей значение µ не более чем на 10 процентов отличается от выбранного µ, т. е. 1900, то расчет можно считать полностью законченным и не требующим проверок.

Если же Н будет больше 2,56, то это указывает на «перегрузку» железного сердечника. В этом случае нужно задаться другим сечением S, большим по сравнению с прежним, и просчитать выражения 5, 6 и 13 еще раз. Если и после этого пересчета сечение окажется недостаточным, тогда оно должно быть еще более увеличено.

Но может произойти и обратное, т. е. Н получится меньше 2,65. Это укажет на «недогрузку» сердечника магнитным потоком. Тогда величину S уменьшают и подбирают так, чтобы Н стало близким к 2,65.

В заключение следует указать, что наинизшая звуковая частота, подлежащая передаче, выбирается в зависимости от назначения радиотелефонного передатчика. Очевидно, что чем она будет ниже, тем больше и громоздче получаются размеры трансформатора. Для коммерческой связи достаточно взять fmin = 200 циклам, для музыки и хорошей разговорной передачи fmin = 100 циклам, а для наилучших, художественных передач fmin = 50 циклам.

Инж. З. Б. Гинзбург

---

¹ Желающим произвести точное вычисление R_g мы рекомендуем книгу инж. И. М. Берг, «Основы радиотехнических расчетов». Изд. 1930 г. Глава 1 — Входное сопротивление усилительных ламп. (стр. 182)