Il trasformatore d'uscita

fig.1
fig.1

Nel circuito di fig.1 la valvola finale rappresenta il generatore che deve trasferire la sua energia all'utilizzatore , l'altoparlante,  che rappresenta il carico.

Sappiamo che per trasferire il massimo della potenza disponibile occorre che l'impedenza d'uscita del generatore sia uguale a quella dell'utilizzatore.

Nel nostro caso il generatore ha una impedenza d'uscita variabile fra i 2.000  ed i 20.000 Ω  e quella del carico fra i 4 ed i 20 Ω.

Se collegassimo direttamente la finale all'altoparlante, ai capi di quest'ultimo (ai capi della bobina mobile dell'altoparlante  ) misureremo una tensione picolissima (variabile col suono rivelato)  che non sarebbe in grado di farla muovere all'iinterno del suo alloggiamento, sede di un campo magnetico fisso, e pertanto non sentiremo alcun suono.

Occorre allora adattare l'impedenza del generatore a quella dell'utilizzatore.

Per questo scopo viene utilizzato un trasformatore d'uscita che ha appunto la funzione di adattatore d'impedenza.

fig.2
fig.2

Sappiamo che in un trasformatore V1/V2 = I2/I1 = n (vedi fig.2).

Poichè per la legge di Ohm V = Z.I possiamo scrivere:

Z1I1/Z2I2 = I2/I1 e quindi Z1/Z2 = I22/I12 = n 2 da cui n, che rappresenta il rapporto n1/n2 fra il numero delle spire del primario ed il numero di quelle del secondario, è pari alla radice quadrata di Z1/Z2 cioè :

radQ (Z1/Z2) = n = n1/ n2.

fig.3
fig.3

Il primario del trasformatore d'uscita è attraversato dalla corrente continua Ia che genera una induzione magnetica B0 costante   e da una corrente variabile ia ,assocciata al suono rivelato,  che genera una induzione B variabile nel tempo.

L'induzione magnetica si misura in Tesla (T) ; un T è pari a 1 Weber/m2 dove il Weber è l'unità di misura del flusso Φ che attraversa la sezione S (vedi fig.3).

E' opportuno che l'induzione magnetica non superi il valore di 0,5 Tesla nel caso di un'uscita singola ed il valore di 1 Tesla nel caso di uscita  push - pull.

Il Tesla è anche pari a 10.000 Gauss ; altra unità di misura dell'induzione magnetica.

 

 

Praticamente per il calcolo di un Tu si procede in tal modo:

  • Si calcola la tensione efficace che la valvola eroga in uscita : Veff= √(WxRv) , dove W  rappresenta i Watt erogati ed Rv l'impedenza di uscita della valvola;
  • W è riportato sui data sheet della valvola;
  • Rv è riportata nei data sheet della valvola;
  • con la  formula empirica  S0 = 10√(W/ft)  si calcola la superficie in cm2 dei lamierini (vedi fig3) che va poi arrotondata in eccesso per ottenere S.
  • si stabilisce la frequenza di taglio inferiore  ft , di solito pari a  50 , 70  Hz;
  • si calcola poi il numero delle spire utilizzando la formula : 

n°spire = (Veff x 10.000) / (4,44 x S x ft x B0)

  • si calcola il rapporto spire primario fratto spire secondario utilizzando la formula di cui sopra si è fatto cenno : r=√Rv/Ra 
  • si calcola la corrente che circola nel primario : Ip= √W/Rv;
  • usando una formula empirica  dp= 0,7 √Ip   si calcola in mm il diametro del filo di rame smaltato del primario;
  • si calcola la corrente che circola nel secondario : Is= √W/Rs  ; Rs è l'impedenza dell'altoparlante.;
  • usando una formula empirica  ds= 0,7 √Is   si calcola in mm  il diametro del filo di rame smaltato del secondario;

Utilizzando  questi dati è facile calcolare poi la lunghezza del filo che costituisce il primario ed il secondario e la loro resistenza ricordando che la resistività del rame è pari a 1,68 x 10-8 Ω m .

 

fig.4
fig.4

Nei trasformatori pilotati da una sola finale, asimmetrici, I(corrente continua anodica) ed   i(corrente musicale) producono un campo magnetico elevato che rischia di mandare in saturazione il materiale del nucleo per questo motivo si crea un traferro (vedi fig.4).

lo spessore del traferro è pari a :

t= (1,25 . 10-4 . n1 . Ia)/B(cm) (Vedi induzione magnetica)

Potenza trasferita all'altoparlante

Per poter determinare l'effettiva potenza trasferita (PT) dall'amplificatore all'altoparlante occorre conoscere la resistenza riflessa del secondario (Rrs), la resistenza riflessa della bobina mobile (Rrbm) e la resistenza ohmica del primario Rp.

La resitenza riflessa del secondario è pari al prodotto della sua resistenza  ohmica  moltiplicata per il rapporto di trasformazione al quadrato.

La resitenza riflessa della bobina mobile  è pari al prodotto della sua resistenza ohmica  moltiplicata per il rapporto di trasformazione al quadrato.

La potenza trasferita all'altoparlante è pari a :

PT= PA . Rrbm/(Rrbm+Rrs+Rp)