SE-Output Transformer
SE-OPT จะยากไหมถ้าจะทำใช้เอง
SE-OPT จะยากไหมถ้าจะทำใช้เอง
By : PajoneC
 ข้อมูลจดบันทึกลงวันที่ เมษายน 05, 2007, 04:38:21 PM
มาว่าเรื่องของ OPT ที่ผมลองพันบ้างครับ ส่วนมากผมจะพันใช้เอง และพันใช้เฉพาะหลอดเป็นเบอร์ๆ ไป โดยผมคิดว่า OPT ค่าใดๆ ไม่ได้หมายความว่าจะใช้ได้ครอบจักรวาลกับหลอดที่มีค่า Load Resistance เท่า กันหรือใกล้เคียงกันได้ทุกเบอร์ไป มันยังมีตัวแปรอื่นๆ ประกอบอีกมาก ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของแรงดัน และกระแสของหลอดแค่ละเบอร์ ตัวอย่างเช่น
หลอด #45 Plate Resistance (Rp Ohm) 1363.13 Load Resistance (Zp : Ohm) 5000.00-7000 Ohm DC Normal bias 28 mA หลอด 807 Plate Resistance (Rp Ohm) 1437.5 Load Resistance (Zp : Ohm) 3000.00-5000.00 Ohm DC Normal bias 30 mA หากเราไม่ติดเรื่องตัวเลขมากมาย แล้วคิดว่าใช้ร่วมกันได้ ก็ไม่เป็นไรมันก็ใช้ได้จริงๆ ครับ เครื่องร้องเพลงให้เราฟังแน่นอน แต่รายละเอียดของเสียงที่ได้ยินอาจไม่ใช่ที่เรากำลังค้นหาก็ได้ หนักหน่อยก็มีผลต่อหลอดอายุ อานามสั้นลงได้เช่นกัน ่ถ้าเราลงในรายละเอียดและจริงจังเอามากๆ กับตัวเลขและที่มาของตัวเลขค่าที่ต่างกันเพียงเท่านี้ (กระแส, แรงดัน, ความต้านทานของ Plate, ค่าตัวประกอบความจุแฝง) มีผลมากเลยที่เดียว มากจนสามารถกล่าวได้ว่า ต้องเปลี่ยนขนาดแกนเหล็กหรือไม่ก็ขนาดลวดที่ต้องใช้พันกันเลย บ้างครั้งพันต่างกันหลายร้อยรอบหรือมากกว่านั้น ถ้าต้องการให้ผลการตอบสนองความถี่เท่ากัน สิ่งที่สำคัญคือการที่เราควรที่จะเข้าใจข้อมูลใน Datasheet ของหลอดแต่ละเบอร์ก่อน เป็นอันดับแรก สามารถกำหนดจุดการทำงานของมันได้ สามารถวิเคราะห์ หาค่าตัวประกอบต่างๆ ที่จำเป็น จากข้อมูลใน Datasheet และจากกราฟของหลอด ซึ่งจะเป็นข้อมูลเบื้องต้นในการออกแบบ OPT ใน Step ต่อไป อย่างน้อยที่สุดเราต้องรู้ว่า กระแส DC Bias เท่าไหร่ และ กระแส Plate สูงเท่าไหร่ เพื่อใช้กำหนดขนาดของแกนเหล็กและเบอร์ลวดที่จะใช้ ว่าขนาดเท่าไหร่ แล้ววันว่างจะมาเล่าที่มาของ OPT ผมบ้าง เผื่อว่าสิ่งที่ผมเข้าใจมาตลอด อาจไม่ใช่สิ่งที่ถูกต้อง มาต่อยอดข้อมูลและความรู้ที่ได้จากการทำจริงกันครับ มาว่าต่อนิดหนึ่งครับจากข้อมูลของ load line ผมจะได้ว่า (สมมุติหลอดตัวอย่างหลอดเบอร์ #45) Plate Voltage (Vp : V) 245 V Bias Voltage (Vg :V) -43.5 V Plate Current (Ipmax: mA) 60 mA Plate Current (Ip Bias point: mA) 28 mA Plate Resistance (Rp Ohm) 1363.13 Ohm Load Resistance (Zp : Ohm) 5000.00 Ohm Power maximum 14.7 Watt พิจารณาตัวประกอบต่างๆ นะครับ เดี๋ยวผมเล่าต่อเรื่องการคำนวนที่ผมใช้อยู่ เป็นการคำนวนหม้อแปลง SE-OPT ครับ หลังจากได้คุณสมบัติและค่าตัวประกอบของหลอดแล้ว รู้ว่ากำลังสูงสุดที่ต้องการประมาณเท่าไหร่ เราก็สามารถกำหนดขนาดของแกนเหล็กได้ ในที่นี้คือ 15WMax ผมเผื่อขนาดของแกนเหล็กไว้เพื่อไม่ให้แกนเหล็กอิ่มตัวเนื่องจากเป็น SE-OPT แล้วจะเลือกแกนเหล็กขนาดเท่าไหร่หล่ะ ผมมีตารางพอเป็นแนวว่า Power output Single-end ต่ำกว่า 6 W 25x25 mm 6 - 14 W 28x28 mm 14 - 25 W 32x32 mm 25 - 40 W 38x38 mm 40 W ขึ้นไป 45x45 mm ผมเลือกใช้ 32x32 mm แล้วเหล็กที่เลือกใช่หล่ะ? อย่างที่รู้ๆ กันเหล็กส่วนมากที่มีจำหน่ายก็เป็นเหล็กสำหรับงาน หม้อแปลง Power ไม่ใช่กับงาน Audio แต่ก็พอมีบ้างเกรดที่พอหาได้บ้างแต่คุณภาพอาจไม่น่าประทับใจ เท่าที่พอหาได้ก็เป็นพวก RG9, RG11 (M6) ที่พอมีให้เห็นบ้าง มาถึงเรื่องแกนเหล็กก็มีสิ่งที่เราต้องรู้ นั้นคือคุณสมบัติต่างๆ ค่าต่างๆ ของแกนเหล็ก นั้นคือตัวชี้วัดว่า OPT ลูกไหนเจ๋งกว่ากัน ว่าไปนู้น๐๐๐๐๐๐๐๐๐ ยิ่งแกนเหล็กดี กระเป๋าก็จะแบนลง แบนลงว่าอย่างนั้น๐๐๐๐๐๐๐๐ มาดูคุณสมบัติของแกนเหล็กกันครับ
ส่วนค่าอื่นๆ ใช้เป็นค่าอ้างอิ่งได้ ค่าอาจผิดพลาดเล็กน้อยจากความเกรดของแกนเหล็กที่มีใช้จริง ซึ่งเป็นเรื่องของวัสดุศาสตร์ เข้าลึกมากๆ เดี๋ยวจะปวดหัวข้างเดียวซะก่อนครับ มาเริ่มต้นกันในที่นี้ผมเลือกแกน 32x32 mm RG9 คุณสมบัติของแกนจากการที่ได้ทดลองจริง และวัดค่าเพื่อหาคุณสมบัติของแกนที่มีในมือผมได้ตัวเลขดังนี้ครับ Core Type RG9 Size Center-pole width 32 mm. Leigth 35 mm Magnatic Plug Path (lpath) 192 Windows heigth 48 mm. Resistivity 60 Innitial Permeability (miron) 720 Maximum Permeability 11000 Saturated Guass 13200 Core maximum power (W) 519.84 ค่าสูงสุดหากนำแกนมาทำเป็นหม้อแปลง Power Line/sq.in 85000 ขั้นนี้ก็คงต้องเตรียมเครื่องคิดเลขแล้วกดๆ กันดูนะครับ เริ่มขั้นแรก ถามตัวเราเองว่า เราจะพัน OPT สำหรับหลอดเบอร์อะไร เรารู้คุณสมบัติของหลอดยัง รู้จุดการทำงานของหลอดยัง ถ้ายังเราก็ต้องหาข้อมูล แล้วเหล็กหล่ะใช้เหล็กเกรดอะไร ข้อมูลกลุ่มนี้เราต้องรู้ เริ่มกันครับ หาอัตราส่วน Primary กับ Secondary กันก่อน โจทย์ในใจผม ผมอยากได้ SE-OPT 5k/8/16 Ohm ผมหาอัตราส่วน อิมพีแดนจาก a =sqrt(Zp/Zs) ผมจะได้ผลลัพธ์คือ (คำนวนหาค่าอัตราส่วนจาก) Ratio Zp = 5000 Ohm Zs=8Ohm: 25 Zs=16Ohm: 17.67766953 ขั้นที่สอง เราต้องคำนวนหาค่า Combined Load Impedance (CLI, Ra, Rb) โดยจะใช้สมการจากทฤษฎีของ Thevenin เมื่อพิจารณาวงจรการต่อใช้งาน เราจะพบว่า Primary ของ OPT และหลอดต่อขนานกันอยู่ ดั้งนั้น CLI ของภาคเอาท์พุทจะเป็นไปตามสมการ RpxZp/(Rp+Zp) ซึ่งค่า Rp และ Zp เราก็หามาได้หมดแล้วจาก Datasheet และ Load line Plate Resistance (Rp Ohm) 1363.13 Ohm Load Resistance (Zp : Ohm) 5000.00 Ohm (หาค่า CLI, Ra , Rb [Combined Load Impredance]) Ra at Zp = 5000 Ohm (Ra) =(1363.13 x 5000.00)/(1363.13 + 5000.00) =1071.115945 Ohm Rb at Zp = 5000 Ohm (Rb) Rb=(rp+Zp) = 6363.13 Ohm เริ่มปวดหัวข้างเดียวยังครับ ยังมีอีกหลาย Step นะครับ เริ่มเห็นว่าเราใช้ค่า และข้อมูลต่างๆ ที่เราหาเตรียมไว้แล้วนะครับ |
ต่อครับ ขั้นที่สาม เรามาต่อเรื่องคำนวณหาค่าความเหนี่ยวนำ Primary และขีดจำกัดของค่าความเหนี่ยวนำรั่วไหล (Leakage Inductance) ตอบคำถามในใจว่า เราอยากได้ OPT ที่ตอบสนองความถี่ที่เท่าไหร่ถึงเท่าไหร่ ในทางทฤษฎีของการได้ยิน เราก็ตั้งความหวังไว้ว่าสัก 20Hz-20kHZ สำหรับผม จากการลองกดตัวเลขแล้วเช็คกับคุณสมบัติแกน ผมได้ผลการตอบสองความถี่ที่ 20.5Hz-55kHZ (ตัวเลขนี้ผมจะกลับมากล่าวถึงภายหลัง แล้วจะแสดงให้ดูว่าทำไหมถึงได้ความถี่เท่านี้) ที่ระดับการตอบสนอง ตกลง 1dB ที่ความถี่ต่ำสุดเราสามารถคำนวนหาค่า (Ra=1363.13) Lp จากสมการ Lp=(2*Ra)/(2+PI()*Fmin) จะได้ว่า Lp=(2*1363.13)/(2+3.14*20.5) = 32.26124121 H และที่ความถี่สูงสุดเราสามารถคำนวนหาค่า (Rb=6363.13) Lps จากสมการ Lps=(0.5*Rb)/(2+PI()*Fmax) จะได้ว่า Lp=(2*6363.13)/(2+3.14*55000) = 18.4129mH แล้วค่อยมาว่าต่อ ขั้นตอนที่ 4-7 อีกทีนะครับ ข้อมูลจดบันทึกลงวันที่ เมษายน 18, 2007, 09:51:33 AM
มาเล่ากันต่อครับขั้นตอนที่สี่ี่ เรามาต่อเรื่องคำนวนหาค่า ระยะ Air-gap กันครับ ซึ่งสูตรทางคณิตศาสาตร์เราสามารถคำนวนหาได้จากสมการ Equivalent permeability of air gapped magnetic circuit ua: ua = u / (1+u( lg/MPL)) เพื่อง่ายในการคำนวน มีท่านผู้รู้ แห่ง ThaiAVClub ใช้สมการคำนวนลัด ผมทดลองแล้วได้ผลดี ซึ่งที่มาก็มาจากสมการข้างต้น Air gap (lg) = Ip x 0.004275 (ตัวเลขที่มาลองติดต่อคุณ ART เจ้าของสูตรดีๆ นี้นะครับ) เมื่อแทนค่าจะได้ Air gap = 0.060 x 0.004275 = 0.2565 mm. จากนั้นให้คำนวนหาค่า ua ซึ่งหาได้จากสมการ ua =1/(1/Innitial Permeability uiron)+(Air gap mm./Magnatic Plug Path lpath)) จากข้อมูล Magnatic Plug Path (lpath) 192 Innitial Permeability (miron) 720 เมื่อแทนค่าจะได้ ua = 1/(1/720)+(0.2565/192)) = 720.00134 ครับ แล้วค่อยมาว่ากันต่อ Step ต่อไปครับ ขั้นตอนที่ห้า มาคำนวนหาจำนวนรอบกันครับ เริ่มต้นหา ค่าความยาวเฉลี่ยของเส้นแรงแม่เหล็ก ที่เดินทางผ่านตัวกลางที่เป็นแกนเหล็กจะหาความยาวต่อรอบประมาณกลางๆ แกน อาจใช้สูตรง่ายๆ ประมาณความยาวได้ว่า ความยาวรอบเฉลี่ย (lm) =(2x((width/4)+width))+(2x(heigth+width)) กรณีแกน EI Core Type RG9 Center-pole width 32 mm. Leigth 35 mm Windows heigth 48 mm. จะได้ว่า ความยาวรอบเฉลี่ย (lm) =(2x((32/4)+32))+(2x(48+32)) = 240 mm. = 167.5/25.4 = 9.449 inch หาพื้นที่หน้าตัดแกนเหล็ก A = width x Leigth = 32x35 = 1120 mm2 =1120/(25.4 x 25.4)= 1.736003472 inch2 เข้าสูตรการคำนวนรอบกันครับ เริ่มที่รอบของ Primary จากสมการ Vr.m.s = 4.44Nf(magnetic flux)/10^8 volts. BAC = Vr.m.s x 10^8/4.44.N.f.A (Gauss) Lp=(2*Ra)/(2+PI()*Fmin) ดังนั้น Np=(((Lp x 10^8 x (lm))/(3.192 x (A) x ua)))^(1/2) แทนค่าจะได้ Np=(((32.26124121 x 10^8 x (9.449))/(3.192 x (1.736003472) x 720.00134)))^(1/2) = 2764.1138 รอบ ส่วนรอบ Secondary ค่อยมาว่ากันต่อครับ ขั้นตอนที่หก คำนวนหารอบทางด้าน Secondary เราทราบอัตราส่วน อิมพีแดนจาก =sqrt(Zp/Zs) Ratio Zp = 5000 Ohm Zs=8Ohm: 25 Zs=16Ohm: 17.67766953 ดังนั้น รอบของ Secondary จะหาได้จากสมการ Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip=sqrt(Zp/Zs) ดังนั้น Ns=Np/(sqrt(Zp/Zs)) แทนค่าจะได้ว่า
Primary = 0.0254 x SQRT(Ip Max) = 0.0254 x SQRT(0.060) = 0.196747554 mm Secondary = 0.8*SQRT(SQRT(Zp/Pmax)) เมื่อ Pmax คือ Power maximum 14.7 Watt เมื่อได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแล้วจึงเลือกขนาดเบอร์ลวดที่ใช้พันอีกที่ซึ่งถ้าขนาดใกล้เคียงเล็กไป ให้เลือกเบอร์ใหญ่ไว้ก่อน ตามตารางลวดครับ ขั้นตอนที่เจ็ด คือการลองพันแบบลองผิดลองถูกหาสูตรการพันที่เราชอบ ไม่ยาก แล้วเสียงดี ออกไปแนวอุดมคตินะครับ แต่มันเป็นเรื่องจริง เทคนิดการพันให้ผมเลือกมีผล 50:50 เลยครับซึ่งเทคนิคต่างๆ สามารถหาได้จากท่านผู้รู้ แต่ผมไม่แน่ใจว่าเค้าจะยอมบอกไหม สำหรับผม ไว้วันว่างจะมาเล่าสู่กันฟังครับ อาจไม่ดีที่สุดเสียงดีที่สุด แต่มันก็ร้องเพลงให้เราฟังได้ ใจความของงาน DIY มันก็มันส์ประมาณนี้ครับ แบ่งปันสิ่งที่พอรู้เล่าสู่กันฟัง ถูกบ้างผิดบ้าง ต่อยอดความคิด เพื่อชีวิตที่มีรสชาติขึ้นครับ สูตรพื้นฐานที่เราควรที่จะรู้เกี่ยวกับหม้อแปลงทุกประเภทที่เราใช้งานครับ มาจากสูตรพื้นฐาน เดียวกัน http://www.triodeguy.com/transformer_math.htm บทความน่าอ่านครับ http://www.triodeguy.com/vacuum_tube_audio.htm มาถึงตรงนี้ผมเข้าใจเอาเองว่า เราสามารถหาจำนวนรอบของขดลวดแต่ละขดกันได้แล้ว แต่เอ๐๐๐๐ OPT ตัวที่เราคำนวนมันเป็น SE แล้วแกนมันจะอิ่มตัวไหมหว่า เราลองมาเช็คกันครับ เริ่มที่เราพิจารณาที่จุด Bias ขณะที่ไม่มีสัญญาณเข้ามา เรารู้ว่า กระแสที่จุด Bias คือ 28mA รู้แรงดันสูงสุด ที่ 250V Core Type RG9 Size Center-pole width 32 mm. Leigth 35 mm Magnatic Plug Path (lpath) 192 Windows heigth 48 mm. Resistivity 60 Innitial Permeability (miron) 720 Maximum Permeability 11000 Saturated Guass 13200 Core maximum power (W) 519.84 ค่าสูงสุดหากนำแกนมาทำเป็นหม้อแปลง Power Line/sq.in 85000 Bdc = (1.257*?a* Np* I) / MPL = (1.257*720.00134* 2309.179516 * 0.020) = 304.7776239 Gauss เมื่อพิจารณาเมื่อมีสัญญาณเข้ามาสูงสุด Bac = (Vp*10^8) / (4.44* Np*Fmin*A) = (250*10^8) / (4.44* 2309.179516 *20.5*1.736003472) = 10620.07194 Gauss เพราะฉนั้น Total B = Bdc+Bac=10924.84956 Gauss ผลรวมที่ได้เกิน Maximum Permeability 11000 หรือยังเอย๐๐๐๐๐๐๐๐๐ ถ้าเกินต้องคำนวนใหม่ทั้งหมด หากยังใช้แกนเดิม ความถี่ต่ำ ก็อาจจะทำได้ไม่ดี จาก Bac = (Vp*10^8) / (4.44* Np*Fmin*A) หรือ ไม่ถ้าอยากให้ความถี่ต่ำดี ก็ต้องเพิ่มขนาดแกน แต่ถ้าแกนใหญ่ ค่า Loss ต่างๆ ก็จะตามมาซึ่งต้องอาศัยเทคนิคการพันเข้าช่วย ฟังๆ อ่านๆ แล้วคันไม้ คันมือยังครับ ถ้าคันได้ที่จะช้าอยู่ใย เริ่มเป็นเจ้าของ OPT ฝีมือเราเองสักคู่จะเป็นไรไป ได้ผลเป็นอย่างไรก็เอามาเล่าสู่กันฟังนะครับ ขอบคุณอีกครั้งครับ จากน้องคนหนึ่งที่เดินตามหลังพี่ๆ 
หนุ่มครับ
pajonec@gmail.com |
[ PajoneC ] ---
[ My Projects ] --- [ My Set4You ] --- [ My Singer Song Review ] --- [ My Cool Link ] --- [ My Gallory ]
Contact us pajonec@gmail.com copyright 2007 by PajoneC (Thailand)
Contact us pajonec@gmail.com copyright 2007 by PajoneC (Thailand)
