Transformatorfrequenzabhängigkeit

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einIch habe einen Transformator, den ich aus Schrott genommen habe. Ich versuche, seine elektrischen Spezifikationen zu erkennen. In meinem Setup habe ich einen Funktionsgenerator an die Primärwicklung und ein Oszilloskop an die Sekundärwicklung angeschlossen.

Wenn ich eine 1-V-PP-Sinuswelle über die Primärwicklung bei 10 Hz anlege, erhalte ich 80 mV PP an der Sekundärwicklung

Wenn ich eine 1-V-PP-Sinuswelle über die Primärwicklung bei 100 Hz anlege, erhalte ich 740 mV PP an der Sekundärwicklung

Wenn ich eine Sinuswelle von 1 V PP über die Primärwicklung bei 1 kHz anlege, erhalte ich 3,6 V PP über die Sekundärwicklung

Ich bin verwirrt, weil der Transformator nicht einen Ausgang erzeugen sollte, der ein konstantes Vielfaches der Eingangsamplitude ist (Vprimary * Windungsverhältnis)? Es scheint effektiv als Hochpassfilter zu fungieren. Ist das normales oder erwartetes Verhalten? Wie kann ich das Windungsverhältnis, eine physikalisch abgeleitete, frequenzunabhängige Eigenschaft, richtig messen?

Die Leitungsimpedanz der Primärwicklung beträgt 1 Ohm.

Danke.

Das Wort „Transformator“ umfasst eine riesige Auswahl an Geräten, von winzigen HF-Transformatoren über Audiokopplungstransformatoren bis hin zu großen Netztransformatoren. Können Sie uns eine Vorstellung davon geben, wovon Sie sprechen, vielleicht sogar ein Bild posten?
Vielen Dank für Ihre Hilfe. Ich habe ein Foto des Transformators hinzugefügt. Es ist etwa 1 Kubikzoll.
Ah. Das ist ein Audiokopplungstransformator, der bei niedrigen Frequenzen eine begrenzte Leistung hat. Die Messungen bei 1 kHz sollten ziemlich repräsentativ sein.
Ich bin ziemlich neu in Sachen Transformatoren. Abgesehen davon, dass Sie es einfach googeln, haben Sie eine Referenzempfehlung, zu der ich gehen könnte, um mich ein bisschen mehr über dieses Zeug zu informieren?
Da es sich um einen Audiokopplungstransformator handelt, vermute ich, dass er für den menschlichen Hörbereich ausgelegt ist, also zwischen 20 Hz und 20 kHz. Was ist der Grund, warum die Leistung bei niedrigen Frequenzen schlecht ist?
Nun, es könnte diesen gesamten Bereich abdecken, wenn es von einem Stück Hochleistungsausrüstung stammt, aber es sieht eher aus wie etwas von einem Stück tragbarer Ausrüstung. Der Frequenzgang wird eher im Bereich von 200 Hz bis bestenfalls 10 kHz liegen. Wenn es von etwas kommt, das an eine Telefonleitung angeschlossen ist, liegt es eher bei 300 Hz bis 3 kHz. Die minimale Metallmenge im Kern begrenzt die Reaktion bei niedrigen Frequenzen. Zum Vergleich: Ein professioneller Audio-Line-Koppeltransformator hat etwa die 10-fache Masse.
Als Sie das Eingangssignal an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen haben, haben Sie sich vergewissert, dass das Eingangssignal nicht plötzlich durch den Transformator gedämpft wurde?
Schauen Sie sich diese Diskussion an electronic.stackexchange.com/questions/22254/… Die Übertragungsfunktion eines nicht idealen Transformators beeinflusst die Reaktion der Sekundärseite.
Andy - Ja, ich habe überprüft, dass das Eingangssignal nicht plötzlich durch den Transformator gedämpft wurde.

Antworten (1)

Angesichts seiner Größe handelt es sich wahrscheinlich eher um einen Audiokopplungstransformator als um einen Wechselstromnetztransformator - vorausgesetzt, sein Kern besteht aus separaten Metallblechen.

(Wenn es einen Ferritkern hat, ist es möglicherweise für den Hochfrequenzeinsatz in einem Netzteil ausgelegt, aber es sieht aus wie Metalllaminierungen).

Audiokopplungstransformatoren fallen normalerweise in 2 Klassen: große Bandbreite für den professionellen Audioeinsatz (idealerweise 20 Hz bis 20 kHz) oder Telefonie, normalerweise 300 bis 3400 Hz. Deine bisherigen Messungen lassen eher auf letzteres schließen.

Die Leistung des Transformators wird hauptsächlich durch drei Größen bestimmt (und deren Wechselwirkung mit den Schaltkreisen um ihn herum)

  1. Windungsverhältnis (bestimmt die Spannungsverstärkung)
  2. Primärinduktivität (bestimmt die NF-Leistung)
  3. Streuinduktivität (bestimmt die HF-Leistung)

Es lohnt sich auch, drei weitere Größen zu kennen:

  1. Primärwiderstand (gemessen bei DC, vermutlich 1 Ohm aus Ihrer Frage)
  2. Sekundärwiderstand (gemessen bei DC)
  3. Ableitkapazität (kann indirekt bestimmt werden)

Das Windungsverhältnis liegt nahe am besten Spannungsverhältnis, das Sie messen, wahrscheinlich 3,6: 1.

Das Verhältnis von Sekundär- zu Primärwiderstand ist ungefähr das Windungsverhältnis im Quadrat (nicht genau, es hängt von der nächstgelegenen Drahtstärke ab), sodass Ihr Sekundär-R wahrscheinlich etwa 13 (10 bis 16) Ohm beträgt.

Die Primärinduktivität wird über der Primärwicklung (duh!) Mit dem sekundären offenen Stromkreis gemessen. Wenn Sie die Induktivität nicht direkt messen können, können Sie einen bekannten Kondensator parallel schalten und die Resonanzfrequenz ermitteln.

Jetzt ist die Primärinduktivität effektiv parallel zur Last (ihr Zweck besteht darin, den Kern zu magnetisieren und den Fluss zu erzeugen, der das Signal an die Sekundärseite übermittelt). Zusammen mit der Quellenimpedanz Ihres Signalgenerators (eigentlich diese Quellenimpedanz plus der 1-Ohm-Primärwiderstand) bildet es eine Reihen-RL-Schaltung - das ist das Hochpassfilter, das Sie beobachtet haben. (600 Ohm ist eine traditionelle Quellenimpedanz in der Audioarbeit, Ihr Signalgenerator kann anders sein, vielleicht 50 Ohm, wenn er Funkfrequenzen abdeckt)

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sie können die LF-Leistung verbessern, indem Sie den Transformator von einer niedrigen Quellenimpedanz (z. B. einem Audio-Leistungsverstärker) aus ansteuern, wodurch R1 reduziert wird.

Sie können den Primärwiderstand (R2) für eine perfekte LF-Leistung nicht eliminieren, aber ich habe Transformatoren gesehen, die von negativen Quellenimpedanzen angetrieben wurden, um ihn teilweise aufzuheben. (Kein üblicher Trick: wie Sie wahrscheinlich erraten können, instabil, wenn der Transformator durch einen besseren ersetzt wird!)

Jetzt wird die Streuinduktivität auf die gleiche Weise gemessen, aber mit kurzgeschlossener Sekundärseite . Kleiner ist besser; es bestimmt die Hochfrequenzleistung des Transformators.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Die Streuinduktivität bildet mit der Last einen Reihenkreis LR, der R3 / QUADRATISCH wird. Um also einen guten Hochfrequenzgang zu erhalten, halten Sie R3 hoch.

Aber es gibt eine praktische Grenze dafür: Die Streukapazität C1 schwingt mit der Streuinduktivität mit, begrenzt den Hochfrequenzgang und liefert eine Frequenzgangspitze. Verwenden Sie diesen Peak, um die Kapazität zu bestimmen. Es kann durch Reduzierung des Wertes von R3 oder einem separaten Zobel-Netzwerk gesteuert (gedämpft) werden

Vielen Dank für diese tolle, ausführliche Antwort! Das ergibt für mich sehr viel Sinn. Ich habe den Sekundärwiderstand mit 93 Ohm gemessen, was mich denken ließ, dass es noch ein weiteres „Jahrzehnt der Leistung“ geben könnte, da die maximale Spannungsverstärkung, die ich zuvor gemessen habe, 3,6 bei 1 kHz betrug. Wenn ich die V1-Frequenz auf etwa 10 kHz hochdrehe, erhalte ich etwa 9 V PP-Ausgang mit einem 1 V PP-Eingang, was ungefähr sqrt (93 Ohm / 1,1 Ohm) ist; das geht also aus. Mein Signalgenerator kann bis zu 25 MHz hochgehen, hat also eine niedrigere Ausgangsimpedanz von 50 Ohm.
Gibt es also nicht auch eine Sekundärinduktivität und eine Sekundärstreuinduktivität? Wie wirkt sich das auf unser Modell aus?
Dann ist es wahrscheinlich eher ein Impulstransformator als für Audio. Wenn es bei 1 kHz, das von 50R gespeist wird, um 10 dB niedriger ist, sagen wir -3 dB bei etwa 3 kHz, schlägt L etwa 2,5 mH vor. Finden Sie ein C, das bei einer geeigneten Frequenz mit 2,5 mH schwingen würde, und sehen Sie, ob Sie die tatsächliche Resonanz finden können, und berechnen Sie das tatsächliche L.
Die obige Schaltung ist eher ein Modell des Transformators als die Realität. Sie müssen also keine "Sekundärinduktivität" usw. berücksichtigen, da die Sekundärseite den Kern nicht magnetisiert. ABER Sie können den Transformator umgekehrt verwenden. In diesem Fall können Sie die neue Primärinduktivität (dto Leckage) als die aktuelle modellieren, die durch das Windungsverhältnis N ^ 2 skaliert wird.
Transformatorfrequenzabhängigkeit
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