Тороидальный трансформатор для усилителя — снижаем электромагнитные помехи

Нередко приходится слышать жалобы даже от опытных разработчиков по поводу "неизбывных" помех или "наводок" частоты питающей сети, проникающих в сигнальные цепи аппаратуры. Думаю, тема электромагнитных помех интересует не только разработчиков аудио-аппаратуры высокой верности воспроизведения и энтузиастов-самодельщиков, но и любого уважающего своё призвание инженера-электронщика. Статья посвящена лишь одному приёму, ощутимо снижающему суммарную напряжённость магнитного поля, распространяемого трансформаторами за пределы своих габаритов. Методов борьбы с наводками питающего напряжения много, по нескольким самым основным пройдёмся в конце лишь кратенько, в качестве памятки.

Один тор хорошо, а два - лучше!

Изначально эту идею я где-то выловил. Если знаете автора-изобретателя - подскажите, пожалуйста! Всё очень просто: если взять два одинаковых тора, которые к тому же и нагружены хотя бы приблизительно одинаково, установить их спинка к спинке и подключить так, чтобы излучаемое каждым трансформатором магнитное поле было в противофазе к полю его соседа - магнитные поля от двух трансформаторов в большой степени взаимно компенсируются. Таким образом можно значительно снизить уровень помех просто слегка изменить конструктив.

Откуда возьмутся два одинаковых трансформатора? Нередко для питания усилителя требуется пара идентичных трансформаторов, это может быть выгодно по цене и габаритам, полезно для развязки каналов и т.п. Если же аппарат проектируется "с нуля" - то можно, например, использовать по одной обмотке с каждого тора для получения двуполярного напряжения.

Вот так уместились по два 150-ваттных тора в моноблоках, которые я собирал ещё в прошлом столетии:

Как проверить, что трансформаторы действительно подключены в противофазе: достаточно намотать тестовый виток (или несколько) на оба тора сразу - при правильно подключенных первичных обмотках на такой "общей" тестовой не должно быть напряжения. Полезно так же проверить "от обратного": временно поменять фазу первичной обмотки одного из трансформаторов и убедиться, что тестовый виток развивает определённое напряжение.

Даже в случае неидеальной симметрии суммарный уровень магнитной помехи, излучаемой трансформаторами, будет значительно снижен.

Дьявол обитает в мелочах

Именно в расчёте на случай несимметричных трансформаторов нельзя закорачивать "нулевой" виток. А поскольку ни в природе ни в электронике не бывает двух абсолютно одинаковых созданий - правило это надо соблюдать всегда. Казалось бы - откуда ему там вообще взяться, этому витку, да ещё общему для двух трансформаторов? Это может быть, например, ось, на которую "нанизаны" оба тора, которая вместе с корпусом образует короткозамкнутый виток. Весьма удобное конструктивное решение, и его вполне можно применить, надо лишь разорвать цепь, заизолировав один из концов оси, например как на картинке:

Под гайки подложены изолирующие шайбы из стеклотекстолита, а на саму ось, в том месте, где она проходит через алюминиевый уголок, надета ПВХ трубочка.

Хозяину на заметку

Краткий перечень других методов по снижению помех. Надеюсь, со временем список будет пополняться, в частности и Вашими усилиями. Так что заглядывайте почаще!

• Метод "грубой силы": помещаем трансформатор в защитный экран из магнитомягкого материала. Весьма эффективно как для борьбы с помехами, так и, увы, для поднятия общего бюджета изделия.

• Самый действенный способ уменьшить магнитную составляющую помех от трансформатора - это снизить индукцию в сердечнике. Иными словами - приобретайте качественные изделия. В случае тех моноблоков, что на картинках, при заказе трансформаторов я попросил изготовителя сначала рассчитать изделия как обычно, а потом добавить ко всем обмоткам по 10% витков. В результате ток холостого хода мизерный, сердечник не насыщался и при 280 вольт питающего напряжения, трансы вообще не гудят и ничего не "светят" вовне. По деньгам же это дополнение тогда обошлось мне в сущие копейки.

• Священный Грааль всех изготовителей трансформаторов: не должно быть неполных витков. Именно такие витки могут стать источником помех, разгуливающих по всему корпусу аппарата, либо чувствительными приёмниками оных, например в случае выходных (и уж тем более межкаскадных) трансформаторов в ламповых усилителях. Отсюда следует важный вывод для простых пользователей электромагнитных изделий: провода каждой обмотки должны выходить из одного места и быть тщательно скручены, чтобы не образовывалось никаких петель. Так же следует обратить внимание на возможные петли и исключить их как в сильноточных, так и в сигнальных цепях далее по схеме.

• Грамотная разводка "земли" - тема для полноценного цикла статей. Здесь замечу лишь, что даже на сантиметровом отрезке проводника, неудачно послужившем частью "единой точки" заземления всего, может разгоняться напряжение помехи, будучи опять же неудачно приложенное ко входным цепям - достаточное для возникновения препротивнейшего и очень заметного "гудежа" на выходе аппарата.

• Экранирующая обмотка, как и корпус трансформатора, должны быть подсоединены к корпусу прибора и, возможно через небольшую развязку - к защитному заземлению.

• Фильтр ВЧ помех по питанию - необходимый компонент любого аппарата в современном мире. Об этом отдельная статья.

Уверен, что у Вас, дорогой читатель, найдётся ещё немало приёмов подавления помех, о которых полезно помнить всем нашим собратьям по страсти электронной. Даже одно доброе дело в день - жизнь прожита не зря! 😉 Так совершите же полезное прямо сейчас - поделитесь в комментариях с Миром своим опытом, знаниями!