attention tensions dangereuses… - Mediaform

A U D I O
Identification d'un Transformateur de Sortie basse fréquence
(Lire note en fin de document)
En cliquant 2 fois sur l'icône Excel ci-dessus vous obtiendrez une aide aux calculs et des
informations supplémentaires (3 classeurs.)
Ce site, Italien, est dédié au calcul de transformateurs audio: http://digilander.iol.it/giunchifabrizio
Adresse Email: [email protected]
Traduit en Français par Jean-Pierre Dardillac : [email protected]
Pour vérifier ou essayer un transformateur que vous avez construit ou bien identifier un vieux
transformateur de sortie que vous avez récupéré, pour voir s'il peut être réutilisé pour vos
projets à venir, il faut suivre cette procédure avec un multimètre:
ATTENTION TENSIONS DANGEREUSES…
Mesurer avec un ohmmètre la résistance entre les fils ou les cosses de sortie du
transformateur pour déterminer la continuité des enroulements et leur valeur en ohms. Au
primaire ils correspondront à des résistances de l‘ordre d’une centaine d’ohms ; alors qu'au
secondaire ils correspondront à des résistances de quelques ohms ou presque un court-circuit.
Relier l'enroulement primaire (pour un push-pull entre A1 et A2, extrémités de
l'enroulement) aux bornes d'un Variac (autotransformateur variable) qui sera lui-même relié à
un transformateur d’isolement 220 volts / 220 volts 50 hertz, puis au secteur 230 volts. Régler
le Variac pour obtenir une tension d’environ 100 Volts, (mesurer la tension alternative avec
un voltmètre.) Si vous n’avez pas de Variac, utilisez un transformateur 50 hertz délivrant une
tension alternative située entre 50 volts et 150 volts, mais jamais d’autotransformateur relié
directement au réseau secteur.
Ensuite connecter au secondaire du transformateur de sortie une ampoule de 6 volts ou une
résistance de 10 ohms. Mesurer avec un voltmètre alternatif la valeur de la tension alternative
au secondaire du transformateur. Répéter cette mesure à vide (déconnecter l'ampoule ou la
résistance.)
Faire la moyenne des deux mesures effectuées sur l'enroulement secondaire (à vide et
en charge.) Le rapport résultant entre la tension primaire du transformateur de sortie et la
tension secondaire moyenne, indiquera le rapport de transformation K.
Au moyen de quelques calculs vous aller connaître la valeur d'impédance…
Méthode pour déterminer l'impédance secondaire Zc, en fixant l'impédance
primaire Za :
Tension primaire V1 = 100 Volts
Tension secondaire à vide V2v = 3,2 Volt
Tension secondaire avec la charge V2c = 2,8 volts
Je calcule de la tension secondaire moyenne V2 :
V2 = (V2v+ V2c) /2
soit:
(3,2+2,8) /2 = 3 Volts
Le rapport de transformation K sera donné par la tension primaire V1 divisé par la tension
secondaire moyenneV2:
K = V1/V2
soit:
100 /3 = 33,3
Fixer en second lieu une valeur pour l'impédance primaire désirée Za (voir les caractéristiques
de la lampe utilisée), par exemple 5000 ohms pour une EL84 en classe A (montage single
ended.) Il sera simple de déterminer la valeur de l'impédance secondaire Zc:
Zc = Za/K²
(ohm)
soit:
5000/33,3² = 4,5 ohms
Si le transformateur comporte plusieurs enroulements secondaires, il faut répéter les mesures
et les calculs autant de fois qu’il y a d’enroulements.
Nous aurons ainsi, par déduction, les paramètres du transformateur à l’étude. Le primaire
étant prévu pour un amplificateur à montages asymétriques (single-ended) avec une lampe de
puissance qui demande une charge anodique Za d’environ 5000 ohms ou bien à montages
symétriques (push-pull) à deux lampes de puissance qui demandent une impédance de charge
d’anode à anode Zaa d'environ 5000 ohms.
Le secondaire sera adaptable à un haut-parleur d'impédance Zc de 4,5 ohms.
Méthode pour déterminer l'impédance primaire Za, en fixant l'impédance
secondaire Zc :
Tension primaire V1 = 100 Volts
Tension secondaire à vide V2v = 3,2 Volt
Tension secondaire avec la charge V2c = 2,8 volts
Je calcule de la tension secondaire moyenne V2:
V2 = (V2v+ V2c)/2
soit:
(3,2+2,8)/2 = 3 Volts
Les carrés des valeurs de tensions primaire et secondaire nous donneront les valeurs
intermédiaires d'impédance primaire Z1 et secondaire Z2. Cela nous indiquera la
caractéristique du transformateur et dans quel montage il pourra être employé:
Z1 = V1²
(ohm)
soit:
100² = 10000 ohms
Z2 = V2²
(ohm)
soit:
3² = 9 ohms
Nous admettons hypothétiquement que le transformateur soit prévu pour un haut-parleur de
4.5 ohms (Zc.) Calculons le coefficient n
n = Z2/Zc
soit:
9/4,5 = 2
soit:
10000/2 = 5000 ohms
Puis l'impédance primaire:
Za = Z1/n
Dans le cas d'un transformateur à secondaires multiples, répéter la mesure autant de fois qu'il
y a d'enroulements.
Nous aurons ainsi, par déduction, les paramètres du transformateur à l’étude, prévu pour un
haut-parleur d'impédance Zc de 4,5 ohms, que nous pourrons adapter à un amplificateur à
montages asymétriques (single-ended) pour une lampe de puissance qui demande une charge
anodique Za d’environ 5000 ohms ou bien à montages symétriques (push-pull) à deux lampes
de puissance qui demandent une impédance de charge d’anode à anode Zaa d'environ 5000
ohms.
Comment déterminer l'induction B:
Après avoir déterminé la valeur d'impédance Za du transformateur de sortie, il est nécessaire
de connaître la valeur de l’induction B à laquelle travaillera le transformateur basse
fréquence. En effet, si l'induction résultante est trop élevée, le transformateur sera saturé, le
transfert de puissance entre le primaire et le secondaire sera mauvais et provoquera des
distorsions.
Un transformateur de sortie aura un fonctionnement correct pour les valeurs d'induction B,
exprimés en Weber/m², suivantes:


Pour le single-ended:
Pour le push-pull:
De 0,2 Wb/m² à 0,7 Wb/m².
De 0,6 Wb/m² à 1,2 Wb/m².
Pour calculer l'induction les données suivantes sont nécessaires:





Impédance de charge anodique, Za (ohm.)
Fréquence la plus basse à reproduire souhaitée, fmin (Hertz.)
Section du noyau central magnétique, Sfe (cm².)
Courant anodique de la lampe, Ia (mA.)
Nombre de spires primaires, N1 (spires.)
Pour déterminer le nombre de spires de l'enroulement primaire il est nécessaire de connaître la
force électromotrice engendrée par une seule spire. Bobiner une dizaine de spires autour de
l'enroulement déjà existant sans démonter les fers du noyau, cela formera un nouveau
secondaire. Utiliser un fil électrique isolé très fin (type téléphonique.)
Alimenter le primaire du transformateur (pour push-pull entre A1 et A2) avec une tension
alternative quelconque comprise entre 50 Volts et 150 Volts. Mesurer, avec un voltmètre
alternatif, la tension obtenue sur le nouveau secondaire.
Cette valeur de tension divisée par le nombre de spires enroulées, nous donnera la valeur de
la force électromotrice d’une seule spire.
En exécutant le rapport entre la tension qui alimente le primaire V1 et la force électromotrice
d’une spire nous obtiendrons immédiatement la valeur approximative du nombre des spires de
l'enroulement primaire N1.
La mesure de la section du noyau central de fer Sfe en centimètre carré s’obtient en
multipliant les deux cotés du noyau (partie qui passe dans le bobinage) mesurés au pied à
coulisse : "C" et "Sp". Ce résultat sera divisé par 1,11 pour compenser les pertes d'empilement
des tôles.
La valeur du courant "Ia" qui traverse le primaire en conditions statiques. On trouvera la
valeur de ce courant (qui est fonction de la polarisation du tube) dans le schéma de
l’amplificateur ou dans les caractéristiques de la lampe.
La fréquence minimum reproductible "fmin" est un paramètre qui nous indique la fréquence
la plus basse que le transformateur doit transférer, sans pertes ni distorsions, au secondaire. Ce
paramètre est indispensable dans les calculs et peut être choisi sur large échelle, il dépend de
nos exigences. Tendre passé, où les transformateurs des radios à lampes étaient calculés pour
une fmin de 100 à 200 Hertz et les transformateurs d'amplificateurs à tubes Hi-Fi pour une
fmin de 30 à 100 Hertz. De nos jours, la fmin désirée se situera entre 20 et 30Hz (pour de la
HiFi.)
Méthode pour déterminer l'induction B dans un transformateur
asymétrique pour single-ended:
Nous considérons la valeur d'impédance primaire de 4000 ohms et une fréquence minimum
reproductible de 30 Hertz. Calculons la valeur de l’inductance L (en Henry) de l'enroulement
primaire :
L = Za/(2*pi*fmin)
(H)
soit:
4000/(6,28*30) = 21,22 Henrys
En alimentant le primaire avec une tension alternative de 100V (V1) on mesure sur les 10
spires (N) ajoutées une tension V3 de 0,621 Volt. Calculons la force électromotrice (f.e.m.)
qui sera exprimée en volt par spire.
f.e.m. = V3/N
(Volts par spire)
soit:
0,621/10 = 0,0621 Volts par spire
Calculons maintenant le nombre de spire (N1) au primaire.
N1 = V1/f.e.m.
(spires)
soit:
100/0,0621 = 1610 spires
On mesure le noyau d'une largeur C de 3,2 cm et épaisseur Sp de 3,2 cm. On calcule la
section Sfe:
Sfe = C*Sp/1,11
(cm²)
soit:
3,2*3,2/1,11 = 9,22 cm²
On prend dans cet exemple une lampe polarisée pour un courant "Ia" de 35mA (en statique.)
La valeur d'induction B (Weber par mètre carré) à laquelle le transformateur de sortie
travaillera, sera donnée par la formule:
B = L*Ia*10/(N1*Sfe)
(Wb/m²)
soit:
21,22*35*10/(1610*9,22) = 0,5 Webers/m²
Si la valeur d'induction obtenue ne rentre pas dans les limites vues ci-dessus, il est possible
répéter le calcul en augmentant ou en diminuant l'un ou l'autre des paramètres Ia (courant que
tranverse le transfo) et fmin (fréquence minimum reproductible), tout en gardant les autres
paramètres fixes. Ceci permettra de mieux comprendre la relation entre le courant Ia et la
fréquence minimum reproductible fmin optimale pour ce transformateur étudié.
Méthode pour déterminer l'induction B dans un transformateur symétrique
pour push-pull:
Nous considérons la valeur d'impédance primaire de 8000 ohms et une fréquence minimum
reproductible de 30 Hz. Calculons la valeur de l’inductance L (en Henry) de l'enroulement
primaire:
L = Zaa/(2*pi*fmin)
(H)
soit:
8000/(6,28*30) = 42,44 Henrys
En alimentant le primaire avec une tension alternative V1 de 100 Volts ont mesure sur les 10
spires rajoutées une tension V4 de 0,733 Volts. Calculons la force électromotrice (f.e.m.) qui
sera exprimée en volt par spire.
f.e.m. = V4/N
(Volts par spire)
soit:
0,733/10 = 0,0733 Volts par spire
Calculons maintenant le nombre de spire (N1) au primaire.
N1 = V1/f.e.m.
(spires)
soit:
100/0,0733 = 1362 spires
On mesure le noyau d'une largeur C de 2,2 cm et épaisseur Sp de 2,2 cm. On calcule la
section Sfe:
Sfe = C*Sp/1,11
(cm²)
soit:
2,2*2,2/1,11 = 4,36 cm²
On prend dans cet exemple une lampe polarisée pour un courant "Ia" de 35mA (courant de
polarisation d'une seule lampe, en statique.)
La valeur d'induction B (Weber par mètre carré) à laquelle le transformateur de sortie
travaillera, sera donnée par la formule:
B = L*Ia*0,4*10/(N1*Sfe) (Wb/m²)
soit:
42,44*35*0,4*10/(1362*4,36) = 1 Weber/m²
Si la valeur d'induction obtenue ne rentre pas dans les limites vues ci-dessus, il est possible
répéter le calcul en augmentant ou en diminuant l'un ou l'autre des paramètres Ia (courant que
traverse le transfo) et fmin (fréquence minimum reproductible), tout en gardant les autres
paramètres fixes. Ceci permettra de mieux comprendre la relation entre le courant Ia et la
fréquence minimum reproductible fmin optimale pour ce transformateur étudié.
The End.
Note:
Ces calculs ne servent pas à construire un transformateur, mais bel et bien à identifier un
transformateur de sortie dont on ne connaît aucunes caractéristiques afin de savoir dans quelle
condition il sera possible de l'utiliser.
Cette méthode globalement simple, oblige à quelques approximations.
Par exemple:
 On calcule l'impédance d'un bobinage en fixant sois même aléatoirement l'impédance de
l'autre (primaire / secondaire.)
 Après diverses mesures, on estime l'induction à laquelle travaillera le transformateur, puis
on compare à une fourchette de "qualité" donnée pas l'auteur du texte. Cette méthode
donne une bonne approche, mais fait l'abstraction sur bien d'autres paramètres.
Néanmoins, ce document, bien intéressant permet en quelques mesures simples (sans
beaucoup d'appareillage) de déterminer à quel type de transformateur on a à faire et d'en
comprendre mieux le fonctionnement.
Merci à l'auteur: Fabrizio Giunchi.
Et au traducteur: Jean-Pierre Dardillac.
René Conseil.