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Ho trovato i dati di un TU su una rivista. Posso usarli per imparare ad usare OPT ?
Le note seguenti prevedono l’ utilizzo del seguente software:
‘’OPT Design Assistent’’ rev. 3.2.2 di Yves Montmagnon. Il software è scaricabile al seguente
indirizzo http://www.dissident-audio.com/OPT_da/Page.html
e sono riferite all’ esempio di calcolo riportato nel seguente articolo:
‘’Un trasformatore d’ uscita per stadio singolo’’, di Ciro Marzio – Costruire Hi-Fi n. 23 pag. 43
Il TU calcolato nell’ articolo citato è un trasformatore di uscita utilizzabile con un SE di una 2A3 o
di una EL34 configurata a pseudotriodo. Il TU, nelle intenzioni dell’ articolista, è semplice, pensato
per essere economico.
Ciro Marzio (CM, nel seguito) prevede per questo TU le seguenti specifiche preliminari (fra
parentesi quadre viene riportata l’ etichetta del corrispondente campo in OPT)
Potenza massima di lavoro: 6W
[Watts]
Induttanza primaria minima : 6H
[Pri L (Hy]
Massima induzione (B) : 0,5 T a 30 Hz e 6W (non viene specificato nel testo, ma si presume sia la
massima induzione in corrente alternata). [B AC (Tesla)]
Rdc primario: max 137 ohm
la prima riga della colonna [R]
Rdc secondario: max 0,3 ohm
la terza riga della colonna [R]
Rapporto spire: 21,4/1
Rapporto impedenze: 3000 ohm/6 ohm [Primary Z] e [Secondary Z]
Per la progettazione dei TU esistono vari approcci il cui fine ultimo è approssimare (per quanto
possibile) il componente reale, le cui caratteristiche finali potranno leggermente variare anche in
funzione delle caratteristiche magnetiche dei lamierini effettivamente usati, della qualità dell’
avvolgimento ed in generale delle modalità di costruzione
Procediamo con il caso specifico.
Si tratta di un TU per SE, e quindi clicchiamo nel bottone quadro di selezione ( quello con la scritta
<<SE>> )che compare nel riquadro verde di OPT, nella seconda riga.
Inseriamo la massima potenza prevista per il TU nel riquadro verde di OPT nella 1° riga, casella
<<watts>>
CM prevede che il TU possa gestire la potenza massima fino a 30 Hz, frequenza al di sotto della
quale aumenterà la distorsione a causa dell’ aumento dell’ induzione, per il quale prevede un’
induzione massima di 0,5 T appunto a 30 Hz. Non specifica se questa è l’ induzione totale o quella
in c.a.; parrebbe di capire che si tratti solo di quella in c.a.: in ogni caso questo non è un dato da
inserire; occorre invece verificare che questo dato (calcolato da OPT e presentato nel riquadro
grigio alle voci Bdc Bac Btot) sia pari o inferiore alle specifiche di progetto.
Scriveremo la frequenza minima (30 Hz) nel riquadro verde di OPT nella 1° riga, casella <<freq>>
CM prevede un carico anodico di 3000 ohm, valore che andiamo ad inserire nel riquadro verde di
OPT nella 3° riga, casella <<Primary /Z>>.
Prevede inoltre un impedenza nominale del secondario pari a 6 ohm,che andremo ad inserire nel
riquadro verde di OPT nella 5° riga, casella <<secondary /Z>>
Nel testo di CM non è inizialmente specificata la corrente anodica della valvola; poichè al termine
dell’ articolo utilizza per le prove 70 mA, inseriamo tale valore (pari a 0,07) nel riquadro verde di
OPT nella 3° riga, casella sotto la scritta <<Ip 0>>
Occorre inserire la RP della valvola, che non viene citata da CM. Tale valore è di 800 ohm circa e
lo inseriamo nel riquadro verde di OPT nella 2° riga, casella <<Rp (ohms)>>.
I valori che CM specifica preliminarmente per la resistenza in continua del primario (max 137 ohm)
e del secondario (max 0,3 ohm) non sono utili ai fini dei calcoli. Tali valori saranno invece una
conseguenza delle scelte fatte (dimensione del nucleo, sezioni dei fili) ed OPT fornirà dei valori
finali delle resistenze in corrente continua degli avvolgimenti. Tali valori saranno riportati nel
riquadro arancione in corrispondenza della colonna <<R>>, piu’ in alto per il primario ed in basso
per il secondario.
Il confronto fra i valori calcolati e quelli delle specifiche preliminari , ci dirà se il TU corrisponde
alle specifiche: se la resistenza degli avvolgimenti dovesse risultare superiore a quella desiderata,
occorrerà ovviamente utilizzare filo di sezione maggiore. Ove questo non fosse possibile per
problemi di spazio, occorrerà o ridurre il numero di spire (se possibile) o usare lamierini piu’ grandi
e quindi con una finestra piu’ grande a disposizione degli avvolgimenti.
CM indica in 6H l’ impedenza minima richiesta per il valore dell’ induttanza primaria, valore
derivante dai normali criteri di calcolo degli stadi di uscita.
Anche tale valore non deve essere inserito in OPT , in quanto sarà calcolato dal software e
presentato nel riquadro arancione, prima riga, a fianco della scritta <<Pri L (Hy)>>. CM per il suo
TU a fronte di una calcolo per L>6H ottiene alla fine una induttanza primaria misurata di circa 11
H, valore quindi accettabile. OPT calcola circa 13 H, ampiamente entro le tolleranze dei lamierini e
degli avvolgimenti
Poichè si tratta di un TU economico, CM prevede di sezionare sia il primario che il secondario in
due sezioni uguali; il primario in due sezioni in serie ed il secondario in due sezioni in parallelo.
scriveremo il numero di sezioni del primario nel riquadro verde di OPT nella 4° riga, casella
<<Sect. in series >>. Poichè le due sezioni del secondario sono previste in parallelo fra loro,
scriveremo il numero 2 nel riquadro verde di OPT nella 6° riga, casella <<in //>>.
CM introduce una finezza progettuale, ovvero suddivide in due sottosezioni uguali la sezione
‘esterna’ del primario (ogni semisezione ha metà delle spire delle sezioni interne), in modo che ogni
sezione del secondario sia racchiusa ai due lati dal primario. Maggiori informazioni su questo
argomento possono essere desunte dal cap. 5 del Radiotron D.H., pag 217 e seguenti, disponibile
all’ indirizzo:
http://www.audiofaidate.it/sito.asp?goto=radiotron
Per impostare in OPT questa configurazione clicchiamo una sola volta sul bottone <split> a destra
nella 4 riga del riquadro verde. Il bottone modificherà il proprio nome in >equal>
Nel riquadro giallo di OPT (quello centrale) si vede come sarà configurata la disposizione degli
avvolgimenti: con l’ operazione appena eseguita: vedremo che l’ avvolgimento primario presenta
alle estremità due sotto- sezioni con numero dimezzato di spire rispetto a quella centrale (428 per
ogni semisezione esterna e 856 nella sezione intera centrale).
CM prevede che l’ avvolgimento secondario sia in monofilare, quindi inseriremo il numero 1 nel
riquadro verde di OPT ultima riga, casella <<wires in // per section >>. Anche il primario è
previsto in monofilare e scriviamo 1 nella 4° riga del riquadro verde, casella <<in //>>
Abbiamo inserito tutti i dati nel riquadro verde di OPT, che comparirà quindi in questo modo:
OPT è quindi impostato per il calcolo di un TU per SE, che deve fornire 6W a 30Hz e da utilizzarsi
con una valvola avente Rint di 800 ohm e 70 mA di Ia (a riposo). Il primario avrà un impedenza
nominale di 3000 ohm e sarà costituito da 2 sezioni in serie, di cui una frazionata in due semisezioni
esterne da posizionarsi all’ inizio ed alla fine degli avvolgimenti. Il secondario sarà calcolato per un
carico nominale di 6ohm, con due sezioni in parallelo. Tutti gli avvolgimenti sono in monofilare.
Nel riquadro giallo avremo la grafica degli avvolgimenti (trascurate per il momento i numeri di
spire riportati)
Si noti che il secondario (colore piu’ chiaro) è diviso in due sezioni, mentre il primario è suddiviso
in ½ +1+ ½ sezioni (2 in totale)
A questo punto si tratta di scegliere il nucleo. Per i lamierini, CM sceglie i <Grani Orientati> (GO).
Nel riquadro grigio di OPT sceglieremo quindi M6X.
L’ autore opta per un taglio con colonna di 28mm e spessore 40 mm. La larghezza della colonna
(28 mm) è quella dei lamierini EI 84: tale tipo è già inserito nel database di OPT, ma non per lo
spessore previsto del pacco ( a cui corrisponde un area di 11.2 cm2 per la sezione della colonna –
28*40 mm).
Dovremo quindi inserire nel database un nuovo nucleo, secondo quanto specificato nel manuale e in
altri punti delle Faq.
Facendo riferimento al riquadro grigio di OPT ( trascurando per il momento i valori di B, µ e delle
perdite), dovrebbe presentarsi come segue:
CM indica un traferro di 0,12 mm; presumibilmente indica lo spessore meccanico da inserire fra la
E e la I dei lamierini; in OPT bisogna invece inserire nel campo <<gap>> l’ intero spessore del
traferro, pari al doppio dello spessore dell’ isolante interposto ( quindi <gap>= 2*0,12mm=0,24
mm).
Spostandosi nel riquadro arancione, regolando il cursore a scorrimento, dobbiamo raggiungere il
valore di induttanza indicato da CM, pari ad almeno 6H ( nel seguito dell’ articolo. CM indica di
ottenere in realtà circa 11 H): OPT calcola, per il numero di spire indicato da CM (1712 spire per il
primario), un’ induttanza di 13,2 H ; piccole differenze di questo tipo dipendono da quali valori si
sono ipotizzati per le caratteristiche magnetiche dei lamierini e sono poco significative ai fini
pratici, anche tenendo conto della dispersione dei parametri dei materiali magnetici e della
variabilità dell’ esecuzione degli avvolgimenti.
Il numero di spire del secondario fornito da CM non porta esattamente al rapporto fra le impedenze
(primaria su secondaria) richiesto dalle specifiche : anzichè 6 ohm si ottiene un impedenza
nominale del secondario di circa 6,3 ohm. Tale differenza è irrilevante ai fini pratici.
Sia OPT che CM sembrano inoltre trascurare nei calcoli del carico anodico il contributo della
resistenza in dc sia del primario che quella riflessa del secondario. Comunque anche questa
approssimazione è nella pratica del tutto marginale ( avere una Ra di 3000 o di 3200 ohm non
comporta alcuna differenza)
CM utilizza filo in rame doppio smalto, OPT esegue invece i calcoli con filo singolo smalto. Per
ottenere il corretto calcolo del numero di spire per strato nel caso di utilizzo di fili doppio smalto, in
OPT occorrerà eventualmente aumentare artificialmente il diametro del filo nudo di un 3-5%.
rispetto a quello scelto. Attenzione che così facendo, si otterrà un valore della resistenza in continua
degli avvolgimenti leggermente inferiore a quella reale.
Nel riquadro arancione vediamo i valori calcolati dell’ impedenza primaria, il numero di spire, la
resistenza degli avvolgimenti e, nei campi <actual> i valori proposti di spire per ogni strato.
Nel campo <<amp/mmq>>
si può inserire un valore specifico per la densità di corrente nei fili di rame; OPT,nei campi
sottostanti la scritta <computed> suggerirà i valori calcolati per il diametro dei fili sulla base della
d.d.c. scelta.
Nel campo <actual> si possono inserire i valori voluti per il diametro del filo (primario e
secondario); se il campo è vuoto, OPT inserirà automaticamente il valore proposto; si potrà
comunque sempre sostituire il valore dei diametri digitandolo il valore prescelto nei campi
<actual>.
Il campo <-Va> indicala caduta di tensione in continua calcolata per la Ip0 impostata e per la
resistenza in dc ottenuta per il primario (indicata nel campo <R>).
Nei due campi <<IL Thick>> inseriremo lo spessore dell’ eventuale isolante disposto fra ogni
strato di avvolgimento. CM utilizza isolante da 0,06 mm e tale valore dobbiamo inserire.
In alto a destra del riquadro arancione sono indicati due fondamentali parametri geometrici:
<bobbin deepth>> è il massimo spessore permesso per gli avvolgimenti (rame+isolanti) ed è
uguale al valore impostato nel database dei nuclei (modificabile dall’ utente nel riquadro grigio).
Con <Total Hcu> è indicato lo spessore calcolato da OPT, ottenuto dalla somma dello spessore
degli strati (primario + secondario) e degli isolanti interstrato. La differenza fra i due valori è quella
massima ammessa per la sommatoria dello spessore degli isolanti fra le sezioni.
Il valore di questa differenza, divisa per il numero di strati isolanti fra le sezioni, compare nel
riquadro azzurro in corrispondenza di <Thickness (mm) max allowed>> ed è pari (nell’ esempio
fatto da CM) a 0,44 mm.
Quindi per separare fra loro le varie sezioni primario/secondario potremo usare isolanti aventi
spessore inferiore a 0,44mm. CM per separare le sezioni, usa isolanti da 0,1mm: tale valore sarà
inserito nel campo <actual> del riquadro azzurro di OPT. Per la costante dielettrica ( DK)si può
inserire il valore opportuno in funzione delle caratteristiche dielettriche dell’ isolante usato.
Il risultato finale è in ottimo accordo con quanto calcolato da CM , tenendo conto delle molte
approssimazioni usate da CM, di quelle usate da OPT e della variabilità dei materiali e degli
avvolgimenti. Di qui in poi ci si può sbizzarrire a modificare qualunque parametro.
Ad esempio, cliccando una sola volta sopra la scritta <<Turn per volts>>, OPT bloccherà il numero
di spire ( e la scritta <<Turn per volts>> diventerà rossa>>
Potremo a piacere modificare varie impostazioni e vedere come cambiano i risultati, mantenendo
però sempre fisso il numero di spire.