ма звуковой катушки может быть представлена в виде по-
следовательного соединения активного сопротивления R2
и индуктивности L2. Как активное сопротивление, так и
индуктивность звуковой катушки изменяются в зависимо-
сти от частоты; однако эти изменения обычно невелики и

Г лава 111

ТРАНСФОРМАТОРЫ С ИНДУКТИВНОЙ
НАГРУЗКОЙ

§ III.1. Применение и эквивалентная схема

Рис. Ш.2. Эквивалентная схема трансформатора
с индуктивной нагрузкой

Под сокращённым названием трансформаторов с индук-
тивной нагрузкой здесь понимаются трансформаторы с наг-
рузкой, представляющей собой последовательное соедине-
ние активного сопротивления и индуктивности, работающие
от источника сигнала с активным сопротивлением и эдс,
постоянной в рабочей полосе частот. К таким трансформа-
торам относятся выходные трансформаторы оконечных сту-
пеней электронных усилителей, работающие на электроди-
намические громкоговорители, электродинамические пишу-
виды нагрузки, имеющие в области
высших рабочих частот значитель-
ную индуктивную составляющую
сопротивления.

Эквивалентная схема звуковой
катушки электродинамического
громкоговорителя, широко приме-
няемого в настоящее время для
преобразования электрической энер-
гии в акустическую, может быть
представлена в виде, изображённом
на рис. 111.1. На этой схеме индук-
тивность Lm, ёмкость См и сопро-
тивление Rm характеризуют механи-
ческий резонанс подвижной системы

громкоговорителя, частота которого зависит от массы под-
вижной системы и упругости её крепления. Этот резонанс
обычно лежит в области низких звуковых частот (304-200 гц\
где излучение громкоговорителя невелико, и резонансные
явления не имеют серьёзного значения.

Если пренебречь явлением механического резонанса под- -
вижной системы громкоговорителя, то эквивалентная схе-
48

щие головки и другие

Рис. Ш.1. Эквивалентная
схема звуковой катушки
электродинамического
громкоговорителя

для упрощения анализа их можно не принимать во внима-
ние.

Полное сопротивление звуковой катушки электродина-
мического громкоговорителя в области высших рабочих
частот имеет значительную индуктивную составляющую
и поэтому нельзя считать, что трансформатор, -нагружен-
ный на такой громкоговоритель, имеет активную нагрузку
во всей полосе рабочих частот. Возрастание сопротивления
на высших частотах вызывает подъём частотной характе-
ристики оконечной ступени на этих частотах, что ухудшает
общую частотную характеристику системы.

Подъём частотной характеристики в области высших
частот может быть уничтожен выбором соответствующей
величины индуктивности рассеяния трансформатора или
включением корректирующих элементов.

Полная эквивалентная схема оконечной ступени, нагру-
женной через выходной трансформатор на электродинами-
ческий громкоговоритель, изображена на рис. III.2. Громко-
говоритель здесь представлен последовательным соедине-
нием активного сопротивления R\ и индуктивности L'2.

§ III.2. Частотная и фазовая характеристики;
расчёт индуктивности первичной обмотки
и индуктивности рассеяния

Пренебрегая явлением механического резонанса подвижной
системы, можно сопротивление звуковой катушки электро-
динамического громкоговорителя в области низших частот
Считать активным. Тогда эквивалентная схема трансфор-
матора, нагруженного таким громкоговорителем, на ииз-

Г. с. Цыкин	49
Я Г, в	г'

Рис. Ш.З. Эквивалентная схема для
низших частот трансформатора с
индуктивной нагрузкой

ших частотах примет вид, изображённый на рис. III.3. Не-
трудно видеть, что эта схема не отличается от эквивалент-
ной схемы для низших частот трансформатора с активной
нагрузкой. Поэтому формулы для расчёта частотной харак-
теристики на низших частотах и формулы для определения
необходимой индуктивности
будут те же, что и для.транс-
форматора -с активной ва-
грузкой (см. § II.2).

Однако частотная и фазо-
вая характеристики транс-
форматора с индуктивной
нагрузкой отличаются в об-
ласти высших [частот от ха-
рактеристик трансформатора
с активной нагрузкой. Для

получения уравнения характеристик на высших рабочих
частотах воспользуемся эквивалентной схемой для высших
частот, изображённой на рис. I1I.4. Эта схема получена из
полной эквивалентной схемы рис. III.2 путём удаления
из неё тех элементов, влиянием которых в данной области
частот можно пренебречь.

Напряжение на выходе схемы рис. III. 4 определится

выражением:

Z72e = и---------------------------7- ,

"Ь (Ls + £2)

(III. 1)

где

= + п + Ц =	(Ш.2)

В области средних час-
тот, где влиянием индуктив-
ностей Д и £’2 можно прене-
бречь, выходное напряжение
будет равно:

= У —(HI.3)
Re + R%

Беря отношение £/го к (J %,
после сокращений и простых
преобразований получим:

(1П.4)

и 2,	1+!<>£

Рис. Ш.4. Эквивалентная схема для
высших частот трансформатора с
индуктивной нагрузкой

где

As + ^2 . д____ ^2

Re + R% R%

(Ш.5)
Модуль выражения (III.4) представляет собой коэффици-
ент частотных искажений трансформатора с индуктивной
нагрузкой в области высших рабочих частот:

Л1

Д1 Ю2Д2

1 4"

Г1 + 39,5/М2

1 + 39,5;2£2

(III.6)

Выражение (111.6) позволяет рассчитать частотную харак-
теристику трансформатора с индуктивной нагрузкой в об-
ласти высших рабочих частот.

Рис. III.5. Частотные искажения в области высших частот
трансформаторной ступени с индуктивной нагрузкой при
Re = 3000 ом, R'. = 9000 ом, L2 = 0,45 гн

Если А — В, то М = 1 и частотные искажения в области
высших частот отсутствуют. Отсюда следует:

А . (М 4“ ^2 )	В Р

— =1; —---------?d_?-=l;	=	(Ш.7>

В	(R, + R2)L2	Т?2	7

Т. е. для отсутствия частотных искажений отношение ин-
дуктивности рассеяния трансформатора к приведённой
Индуктивности нагрузки должно быть равно отношению
к приведённому активному сопротивлению нагрузки.

Семейство частотных характеристик для высших частот
оконечной ступени с левыми триодами для различных от-
ношений А к В дано на рис. III.5. Эти характеристики под-
тверждают вывод, который нетрудно сделать как из экви-
4*	51
валентной схемы рис. III.4, так и из ф-лы (III.6), что если
указанное отношение индуктивностей больше отношения
сопротивлений, то частотная характеристика на высших ча-
стотах падает (кривые <5, 6, 7 на рис. III.5). В противопо-
ложном случае имеет место подъём частотной характери-
стики на высших частотах (кривые 1, 2, 3 на рис. III.5).

Таким образом, конструируя
трансформатор с определён-
ной индуктивностью рассеяния,
можно добиться полной компен-
сации частотных искажений на
высших рабочих частотах. Не-
обходимая для этого индук-
тивность рассеяния определяет-
ся из выражения (Ш.7):

~	' R

Рис. Ш.6. Схема ступени окоиеч-	=	—* .	(III.8)

ного усилителя с пентодом и кор-	/?2

реагирующей цепочкой CI Ri в

анодной цепи	Однако практически это

удаётся выполнить лишь в вы-
ходных ступенях, работающих с левыми триодами, т. е. с
высокими значениями коэффициента анодной нагрузки а.
При использовании в оконечной ступени режимов работы
с малыми значениями а (пентоды, лучевые тетроды, правые
триоды, плоскостные полупроводниковые триоды) подъём
характеристики на высших частотах при работе на индуктив-
ную нагрузку получается настолько большим, что индук-
тивностью рассеяния трансформатора его компенсировать
не удаётся (см. пример расчёта, § III.4). Звучание громкого-
ворителя при этом приобретает резкий, высокий тембр.

В этом случае для создания постоянства сопротивления
нагрузки при изменении частоты в цепь первичной обмотки
выходного трансформатора нередко включают цепочку
Ci/?!, образующую с параметрами трансформатора и наг-
рузки так называемый „коттур вечного резонанса"
(рис. III.6). Для того, чтобы входное сопротивление транс-
форматора с корректирующей цепочкой не зависело от ча-
стоты и было чисто активным, значения R-, и С, должны

удовлетворять следующим условиям:

Ls -|- Lrf

+ +	=		ип.9)

При включении в первичную обмотку трансформатора
цепочки Сд/?! эквивалентная схема ступени усиления приоб-
ретает на высших частотах вид, изображённый на рис. III.7.
Так как напряжение между точками и W на этой схеме
52
не зависит от частоты (режим постоянства напряжения на
первичной обмотке трансформатора), то схему можно упро-
стить, включив между точками Мя N генератор с эдс UK,
не имеющий внутреннего сопротивления (рис. Ш.8). Полу-
ченная эквивалентная схема мало отличается от схемы

Рис. III.7. Эквивалентная схема для
высших частот ступени усиления,
нагруженной на громкоговоритель,
с корректирующей цепочкой

Рис. Ш.8. Упрощённая эквивалент-
ная схема для высших частот транс-
форматора с корректирующей це-
почкой, нагруженного на громко-
говоритель

рис. 111.4 и по аналогии нетрудно написать расчётную фор-
мулу для коэффициента частотных искажений:

где

1 + 0)2 Д2
Г+~О>2Д2"

R.,~	R2

(ШЛО)

(111.11)

Величина необходимой индуктивности рассеяния для
трансформатора с цепочкой CtRt на первичной обмотке мо-
жет быть найдена из условия отсут-

ствия частотных искажений:

' < • L = L'

£2	R'2	’	5	2 R2

Рис. 111.9. Общий вид частот-
ной характеристики транс-
форматора с >индуктивной
нагрузкой: 1) правильное
значение Ls', 2) Ls велико;

3) Ls мало

Общий вид частотной характе-
ристики трансформатора с индук-
тивной нагрузкой представлен на
рис. Ш.9.

Фазовая характеристика в облас-
ти низших частот для трансформа-

тора с индуктивной нагрузкой такая же, как у трансфор-
матора с активной нагрузкой, а поэтому формулы для её
расчёта могут быть взяты из § II.2.
Фазовые сдвиги в области высших частот отсутствуют,
если удовлетворяется равенство (III.7) в случае отсутствия
корректирующей цепочки на первичной обмотке или равен-
ство (III. 12) — при наличии корректирующей цепочки. При
других значениях индуктивности рассеяния фазовые сдвиги
имеют место и легко могут быть найдены из эквивалентных
схем рис. III.4 и III.8; расчётные формулы для их определе-
ния не приводятся ввиду их малой практической ценности.

§ III.3. Определение остальных электрических данных

Ввиду того, что эквивалентная схема для области средних
частот трансформатора с индуктивной нагрузкой такая же,
как у трансформатора с активной нагрузкой, формулы для
определения активного сопротивления обмоток, коэффици-
ента трансформации, коэффициента передачи и коэффициен-
та усиления не отличаются от формул, полученных для
трансформатора с активной нагрузкой и приведённых в §§ 11.4,
II.5 и 11.6.

При определении активного сопротивления обмоток и коэф-
фициента трансформации в расчётные формулы подставляют
активную составляющую сопротивления нагрузки /?2. так как
она является нагрузкой трансформатора в области средних
частот. Величина кпд трансформатора выбирается в соответ-
ствии с табл. II.1. Коэффициент трансформации определяется
по наивыгоднейшей величине сопротивления анодной нагрузки
рассчитываемой ступени, так как при работе на громкогово-
ритель нет необходимости согласовывать выходное сопротив-
ление трансформатора с сопротивлением громкоговорителя.

§ III.4.	Пример расчёта

В качестве примера расчёта трансформатора с индуктивной нагрузкой
рассчитаем электрические данные выходного трансформатора для одно-
тактной оконечной ступени с лучевым тетродом, работающей в режиме ,А'
аа электродинамический громкоговоритель. Данные ступени и технические
требования следующие:

Необходимая выходная мощйость . . Р2 = 3 вт

Активное сопротивление звуковой ка-
тушки .................................. =	4 ом

Индуктивность звуковой катушки ... L2 ~ 0,4 мгн

Внутреннее сопротивление лампы сту-
пени .'............................. R-t	= 50-103 ом

Наивыгоднейшее сопротивление на-

грузки анодной цепи лампы. . . . Ra~ = 5-Ю3 ом

Статический коэффициент усиления
лампы................................ |л	= 200

Низшая рабочая частота . •.......... /«	= 100 гц

Высшая рабочая частота.............. /в	=» 5000 гц

Допустимые частотные искажения на
низшей частоте......................ундз	= — 1,5 дб[Мн = 1,19)
На высших звуковых частотах желательно отсутствие частотных
искажений.

Трансформатор проектируется для установки с большой продолжи-
тельностью работы в течение амортизационного периода.

1.	Найдём мощность, которую должна отдавать лампа оконечной сту-
пени, полагая величину кпд для трансформатора мощностью 3 вт и с боль-
шой продолжительностью работы, равной 0,8, в соответствии с табл. II.I:

3

р = — = — = 3,75 8W.

т] 0.8

2.	Определим необходимый коэффициент трансформации для создания
Лампе ступени наивыгоднейшей нагрузки:

п ^ = 1/ZZZZ = 1/-_i_T = 0(031б.

у \RU~ у 0,8-5-103

3.	Активное сопротивление обмоток трансформатора найдём из вы-
ражений:

П - г2 - 0,5/?а~ (1 - т() = 0,5-5000 (1 — 0,8) = 500 ом;

1—-и	1—0,8’

Г2 =“ /?2- = 4 -------- = 0.5 ом.

2	2 21]	2-0,8

4.	Сопротивление эквивалентного генератора для низших частот бу-
дет равно:

+ г,) (7?а~—гО

(50-Ю3+ 500) (5-103 —500)
50-103 + 5-103

= 4150 ом.

5.	Для получения заданной частотной характеристики на низших час-
тотах необходима следующая величина индуктивности первичной обмотки
трансформатора:

0,159 R,H	0,159.4150

£ =------— = 10,3 гн.

ГнУ М2Н,-1	100/1,192-1

6.	Найдём величину приведённых к первичной обмотке индуктивно-
сти и активного сопротивления нагрузки:

4 = —

2 П3

1 п*

0,4-10“3
----------— 0,4 гн;

0,03162

4
—— -------= 4000 ом.

0,03162

7.	Для компенсации частотных искажений на высших рабочих часто-
тах потребуется индуктивность рассеяния трансформатора, равная

, ,-Ra «£-t-H + r2 ,.50-103+500 + 500 _
e Ln • я Ln > e 0,4	~	5,1 2н,

s 2 R2	«2	4000

Конструктивно выполнить такую индуктивность раесеяния при индук-
тивности первичной обмотки в 10,3 гн очень трудно; это потребует спе-
циальной конструкции сердечника трансформатора, так как коэффициент
рассеяния должен быть равен

Ls 5,1

L, “ 10,3

« 0,5.

Следовательно, получить компенсацию частотных искажений на выс-
ших частотах выполнением трансформатора с надлежащей индуктивностью
рассеяния в рассматриваемом случае не удастся, так как лампа ступени
имеет слишком высокое внутреннее сопротивление по сравнению с сопро-
тивлением анодной нагрузки. Придётся либо помириться с сильным подъ-
ёмом частотной характеристики на высших частотах, скорректировав его
в предыдущей ступени, либо включить параллельно первичной обмотке
трансформатора корректирующую цепочку С,/?,. В последнем случае для
получения горизонтальной частотной характеристики на высших частотах
потребуется значение индуктивности рассеяния трансформатора, равное

Ls — L2

«2

500 + 500

= 0,4---------— = 0,1 гн.

4000

Коэффициент рассеяния при этом составит:

0,1

10,3

«0,01.

В этом случае конструктивное выполнение трансформатора не вызо-
вет затруднений, так как такое значение коэффициента рассеяния легко
осуществить на практике.

8.	Рассчитаем данные корректирующей цепочки:

Я, =	=5000 ом\

Ls “Ь ^2	0,1 + 0,4	к

С1 = J = -^^=0,02.10-^ = 0,02 мкф.

9.	Найдём коэффициент усиления ступени:

Rg~

Ri + Ra~

K<sc = Р п т]

5-Ю3

-200.0.0316-0.8 5,,0. + ^-°^

т. е. напряжение на звуковой катушке громкоговорителя будет составлять
0,46 напряжения, приложенного к управляющей сетке лампы.