Exista un astfel de transformator ?

[Mihnea Maftei]

@mircea_p:

Nu am citit site-urile indicate. Am presupus ca RaduH si cris se refera la faptul ca se poate sa aplici o putere pe infasurarea primara a unui transformator simplu si sa scoti o putere mai mare din infasurarea secundara (asa incat s-ar fi putut construi o super-macara doar cu un motoras de jucarie si un transformator). Transformatorul la care credeam ca se refera e unul simplu, cu doar un cadru de fier si doua infasurari. Esti de acord ca, in situatia asta, nu se poate amplifica puterea, nu (si ca daca s-ar putea, ar insemna creare de energie din nimic)?

Amplificatoarele de putere care exista in echipamentele stereo se bazeaza pe surse exterioare de putere (asa incat, puterea nu este strict "amplificata", ci ei "i se adauga putere").

Amplificatorul magnetic pare ca functioneaza in acelasi mod. Semnalul aplicat pe bobina de excitatie modifica impedanta din circuitul de sarcina (la fel cum intr-un tranzistor cu efect de camp tensiunea pe poarta schimba rezistenta in circuitul de sarcina).
In cazul magnetic impedanta se modifica datorita "impingerii" magnetizarii in zona de stauratie unde permeabilitatea este mult mai mica decat in zona lineara. Cel putin asta am inteles din siteurile indicate.

Inteleg principiul despre care vorbesti, dar nu e acelasi despre care vorbeam eu (cel al unui transformator simplu).

[Mihnea Maftei]

Categoric am inteles de la bun inceput ca energia din exterior e cea introdusa de curentul continuu.

La care schema de circuit te referi in afirmatia asta?

[RaduH]

Cam la o prostioara de acest gen ma gandeam:

Scuze daca nu m-am prea priceput.

La care schema de circuit te referi in afirmatia asta?

La cele care sunt bine facute.

[RaduH]

Sau ca sa nu provoace contactoarele socuri inductive, ceva cam asa :

[AlexandruLazar]

Wow... poate ar fi de ajutor să ne spui cam ce ar trebui să facă circuitul acela eu nu îmi dau seama, dar am zis să postez pentru câteva lămuriri legate de amplificatoare.

Idee pe scurt: amplificatorul magnetic se pune în circuite exact ca unul cu semiconductoare; la bornele înfășurării de ieșire există o sursă de curent continuu de putere mare iar el debitează pe o rezistență de sarcină.

Idee pe lung (pentru cine nu e familiarizat cu principiile ne-matematice ale amplificatoarelor)

Ideea pe baza căruia funcționează un amplificator nu este exclusiv aceea de a da impedanță de intrare mare, impedanță de ieșire mică și de a furniza în felul acesta o tensiune sau un curent mai mare în circuitul de ieșire. Există amplificatoare la care de fapt nu ai de ales și impedanța de intrare este exact cât cea de ieșire, sau altele la care din motive tehnice nu poți avea o impedanță de ieșire mică sau o impedanță de intrare mare. (NB:prin abuz de limbaj, am inclus aici in impedanța de ieșire a unui etaj de amplificare și impedanța de sarcină, pe motiv că amplificatorul nu debitează putere "în aer").

Din punct de vedere "termodinamic", ideea e într-adevăr de a folosi energia furnizată de o sursă pentru a o "injecta" unui semnal util. (sursa e întotdeauna de curent continuu -- singura excepție e cazul foarte rar în care de fapt nu te interesează în mod direct să folosești dispozitivul ca amplificator, ci ca întreruptor, de exemplu într-un variator de tensiune continua comandat cu undă plină).

Modul în care noi obișnuim să vedem problema "inginerește" este aceea de a modifica un semnal continuu pe baza unui semnal alternativ de comandă. Altfel spus (pe exemplul cu TEC de mai sus): între drena și sursa tranzistorului aplici un semnal continuu; intre grilă și sursă, un semnal alternativ. Semnalul alternativ de comandă modifică impedanța de pe circuitul de ieșire, iar semnalul "continuu" n-are de ales și urmărește, în privința tensiunii și curentului, variația impedanței din circuitul de ieșire (desigur acuma nu se mai poate spune că e un semnal continuu, de unde și ghilimelele).

Puterea de la ieșirea amplificatorului are desigur legătură cu cea de la intrare (întrucât modul în care variază mărimile de ieșire depinde de variația mărimii de intrare), însă determinantă este efectiv puterea sursei de la ieșire pentru că semnalul nu va putea să aibă o putere mai mare de atâta. Altfel zis, dacă vrei să ai la ieșire o putere de 3 kW, trebuie să ai o sursă care îți poate asigura puterea asta.

În ceea ce privește tensiunea și curentul de ieșire, la amplificatoarele cu tranzistoare este mai simplu de privit asta prin ideea de amplificare transconductanță (sau transrezistență, în funcție de cum dă calculul mai ușor pe tranzistorul respectiv). Ideea de bază e că, de regulă, rezistența de sarcină e o mărime pe care se poate conta (difuzoarele, de exemplu, vin cu impedanțe standardizate), așa că oamenii au preferat să elaboreze niște modele simple prin care să obțină o dependență între tensiunea de intrare și curentul de ieșire (pentru că e ușor de făcut comanda în tensiune, și la ieșire te interesează efectiv curentul), puterea din circuitul de ieșire obținându-se direct ca produsul între curentul de ieșire și rezistența de sarcină.



Acum care e ideea cu amplificatoarele magnetice: atâta vreme cât funcționarea se face în zona nesaturată, totul arată ca în modul familiar de la transformator. Impedanța înfăsurării primare este foarte mare, astfel încât suportă bine-mersi tensiuni foarte mari cu foarte puțin curent; fluxul se duce prin jug spre înfășurarea secundară unde induce o t.e.m și așa mai departe. În zona saturată însă, impedanța înfășurărilor se duce imediat spre zero, astfel încât o tensiune mică aplicată pe înfășurarea primară (sau de control, cum i se zice la amplificatoarele magnetice) induce un curent foarte mare în înfășurarea secundară. Strict matematic, asta se poate privi ușor ca un amplificator transadmitanță (din păcate inductivitatea nu se mai poate neglija aici deci trebuie efectiv lucrat cu impedanțe), în sensul că se poate defini [tex]g_m=\frac{dI_{out}}{dV_{in}}[/tex] și cu valori chiar rezonabile (un amplificator magnetic are o amplificare transadmitanță de ordinul milisiemns, ceva mai puțin decât un tranzistor cu efect de câmp foarte prost ca amplificator dar totuși acceptabil). Cu asta însă nu am introdus niciun fel de energie în sistem. Puterea de la ieșire e tot cât puterea de la intrare (și am stricat și bunătate de transformator care acum are o caracteristică intrare-ieșire catastrofală și se pârlește dacă îl alimentăm direct în rețea ). Ca să fie bun de ceva ca amplificator, îi trebuie o rezistență de sarcină prin care să dirijeze puterea de la o sursă de curent continuu. Altfel spus, în înfășurarea secundară se conectează o sursă de curent continuu și o rezistență de sarcină, exact ca la drena și sursa unui TEC, iar lucrurile se pot privi fie în sensul că variația impedanței de ieșire duce la variația semnalului de la ieșire, fie în ideea că modificarea curentului prin înfășurări duce la modificarea curentului prin rezistența de ieșire (o sursă de tensiune dă o tensiune constantă la borne, dar la ieșire debitează atât cât "îi cere" sarcina).

Ce treabă are înfășurarea de curent continuu? Din ea se reglează punctul de saturație, adică te plimbi cu ea pe caracteristica B-H ca să obții un B "inițial", restul de inducție fiind asigurat pe baza curentului din circuitul de intrare.

Ca și aplicații: la momentul ăsta nu se mai folosește practic pe nicăieri, cu câteva excepții unde e nevoie în mod special de dispozitive extrem de robuste și nu e nevoie de amplificare la frecvențe mari (sau e nevoie la frecvențe destul de mari, dar fixe -- nu pe plaje largi). Problema lui e că are o caracteristică de frecvență foarte urâtă, întrucât impedanța înfășurării secundare are un caracter inductiv care nu se poate neglija (nu poți să zici că e o rezistență "chioară" cu niște capacități parazite, ca la tranzistoare). Erau însă folosite, cu ceva contorsionări, chiar și în aparate de radio (dar cu niște mecanisme complicate de compensare a inductivității). Până prin anii '50 erau însă folosite cu brio, inclusiv nemții le foloseau pe V-2-uri fiindcă rezistau bine-mersi la șocuri zdravene și vibrații la care lămpile crăpau. Prin anii '70 le mai foloseau și cei de la Texas Instruments în regulatoarele lor de tensiune ( http://focus.ti.com/lit/ml/slup129/slup129.pdf pentru un exemplu de aplicație ). Acuma nu știu pe unde se mai folosesc.

[mircea_p]

@mircea_p:

Nu am citit site-urile indicate. Am presupus ca RaduH si cris se refera la faptul ca se poate sa aplici o putere pe infasurarea primara a unui transformator simplu si sa scoti o putere mai mare din infasurarea secundara (asa incat s-ar fi putut construi o super-macara doar cu un motoras de jucarie si un transformator). Transformatorul la care credeam ca se refera e unul simplu, cu doar un cadru de fier si doua infasurari. Esti de acord ca, in situatia asta, nu se poate amplifica puterea, nu (si ca daca s-ar putea, ar insemna creare de energie din nimic)?

Amplificatoarele de putere care exista in echipamentele stereo se bazeaza pe surse exterioare de putere (asa incat, puterea nu este strict "amplificata", ci ei "i se adauga putere").

Amplificatorul magnetic pare ca functioneaza in acelasi mod. Semnalul aplicat pe bobina de excitatie modifica impedanta din circuitul de sarcina (la fel cum intr-un tranzistor cu efect de camp tensiunea pe poarta schimba rezistenta in circuitul de sarcina).
In cazul magnetic impedanta se modifica datorita "impingerii" magnetizarii in zona de stauratie unde permeabilitatea este mult mai mica decat in zona lineara. Cel putin asta am inteles din siteurile indicate.

Inteleg principiul despre care vorbesti, dar nu e acelasi despre care vorbeam eu (cel al unui transformator simplu).

De acord. Am si spus inainte ca schema initiala a lui Radu nu este la fel cu cea a unui amplificator magnetic.

Am avut doar senzatia ca negi in mod categoric existenta amplificatoareleor de putere, de orice fel si am vrut sa fac o precizare in sensul asta.

Sigur, termenul "amplificator de putere" e un fel de abuz de limbaj, puterea nu e marita in sensul propriu ci e de fapt transferata. Dar e un termen consacrat deja, poate prin analogie cu amplificatorul de tensiune.
La fel, ca  o chestie de limbaj, amplificatorul magnetic nu este un transformator propriuzis. De asemnea, amplificarea nu se bazeaza pe extragere de putere din miezul feromagnetic ci din sursa de curent.
Inainte de aparitia tranzistorilor existau amplificatoare cu tuburi cu vid. Binenteles, amplificarea nu se baza pe extragerea puterii din vid.

Siturile care descriu amplificatorul magnetic le-am gasit cautand cu Google.

[Mihnea Maftei]

La care schema de circuit te referi in afirmatia asta?

La cele care sunt bine facute.

@ RaduH: Voiam o schema simpla a unui singur amplificator la care te refereai cand ai zis:

Categoric am inteles de la bun inceput ca energia din exterior e cea introdusa de curentul continuu.

Daca nu vrei sa e prea mare efortul sa explici (printr-un desen), poti sa spui direct ca nu vrei - nu trebuie sa dai un raspuns inutil ca:

La care schema de circuit te referi in afirmatia asta?

La cele care sunt bine facute.

De acord. Am si spus inainte ca [...]

@mircea_p: Multumesc pentru precizari.

[mircea_p]

Cam la o prostioara de acest gen ma gandeam:

Scuze daca nu m-am prea priceput.

La care schema de circuit te referi in afirmatia asta?

La cele care sunt bine facute.

Mie mi se pare oarecum neobisnuit faptul ca atunci cand propui o idee noua nu incepi cu cea mai simpla forma ei ci propui ceva foarte complicat.
Poate e o preconceptie a mea, ca fizician, care bineinteles ca presupune ca vaca e de forma sferica, in prima aproximatie.
Dar pe bune acum, daca te intereseaza principiul asta, nu ar fi mai usor sa testezi mai inatai cu un circuit simplu, cu un singur miez si doua-trei infasurari?

Inca nu e clar care e aplicatia avuta in vedere dar acum cred ca e greu (nu zic imposibil)  de gasit ceva care nu se poate face cu dispoztive semiconductoare. Cred ca sant bune si pe rachete ca nu se sparag asa usor ca tuburile.

[AlexandruLazar]

Ah, ca idee: cea mai recentă aplicație de care mi-am adus aminte acum era undeva prin anii '80 când înlocuiseră cu un sistem bazat pe asemenea amplificatoare magnetice un sistem de comandă pentru niște motoare folosite la acționări de foarte mare putere care folosea înainte ceva bazat pe tiratroane. Sistemul lor se baza însă în funcționare pe neliniaritatea inerentă tiratroanelor și au ajuns la concluzia că e mai simplu și mai ieftin să folosească amplificatoare magnetice (care au tot o caracteristică neliniară, asemănătoare ca idee cu cea a tiratroanelor) decât dispozitive semiconductoare, mai ales că le trebuiau niște tensiuni zdravene (ceva de ordinul a 15 kV dacă țin bine minte, ceea ce pentru dispozitivele semiconductoare de putere de la începutul anilor '80 nu era chiar o tensiune de buzunar) și curenți destul de intenși. În plus, acolo nu aveau constrângeri de spațiu (așa ceva are dimensiuni foarte mari), își permiteau să introducă armonice urâte și chiar dacă randamentul era mult mai prost decât se putea obține cu semiconductoare, era oricum mai bun decât al lămpilor.

Cum ziceam, dacă s-or mai folosi pe undeva, se folosesc prin aplicații cu vibrații sau șocuri electromagnetice, unde e nevoie de robustețe fizică pentru că dacă scapi pe picior așa ceva, ai pus-o de un ghips. În link-ul pe care l-am dat, cei de la TI păreau să-l folosească la stabilizarea de tensiune de la niște variatoare de tensiune continuă (acolo pare să aibă în plus avantajul că mai și netezește natural curentul din cauza inductivității... n-am citit prea atent totuși doar m-am uitat pe scheme), deci poate s-o mai folosi pe la diverse aparate de genul ăsta pe avioane mari sau la rachete.

[RaduH]

Daca nu vrei sa e prea mare efortul sa explici (printr-un desen), poti sa spui direct ca nu vrei - nu trebuie sa dai un raspuns inutil ca:

OK prima data am stiut prost cum arata astea.
Apoi m-am gandit eu la ceva.
Nu spun ca se amplifica puterea din nimic ci intreb daca se pot insuma cumva semnalul alternativ cu amplificarea data de curentul continuu.
Revin cu niste desene si o sa incerc sa le explic. Din pacate nu azi. Imi cer scuze.

In pricipiu sa faca niste reostate ce ar face niste contactoare.

[AlexandruLazar]

Aștept atunci explicațiile tale despre desen .

Între timp, n-am înțeles exact ce vrei să faci. Ce vrei de fapt să obții:

- să faci o sumă între semnalul alternativ și unul continuu (adică să-i adaugi o componentă continuă?)
- să amplifici semnalul alternativ? (adică să-i crești puterea sau amplitudinea?)

[RaduH]

- să faci o sumă între semnalul alternativ si unul continuu (adică să-i adaugi o componentă continuă?)

Da si sa rezulte semnal continuu sau amortizabil sau filtrabil daca se poate amplificat de semnalul alternativ insumat cu amplificarea data de curentul continuu.
Se observa ca pot obtine de fapt doua astfel de semnale. Unul de mare tensiune si mic amperaj si altul de mica tensiune si mare amperaj. nu stiu daca mai mare decat al curentului continuu al amplificatorului.
Observatia e ca nu trebuie sa fie folosite doar atatea condensatoare cate am desenat. Ideea e sa fie multe.

- să amplifici semnalul alternativ? (adică să-i cresti puterea sau amplitudinea?)

Nu

Astept atunci explicatiile tale despre desen

Deci amplificatorul asta magnetic amplifica o semialternanta.
Diodele o selecteaza pe cea care trebuie.
Semnalul amplificat este distribuit in paralel pe condensatoare. In prima faza am aratat schema cu contactoare. Le-am inlocuit mai apoi cu rezistente variabile. Si pe astea o sa le fac mai tarziu ca propunere teoretica.
Reostatele sunt comandate de potentialul de pe montajul de condensatoare. Au rolul contactoarelor.
Rezistenta mare va scadea iar rezistenta mica va creste. Si viceversa.
Rolul lor e sa asigure alimentarea condensatoarelor in paralel si refularea in serie.
Celalalt amplificator magnetic amplifica cealalta alternanta, incercarea fiind de a obtine ceva asemanator cu redresarea.
Primarele de la transformatoarele care extrag semnalul dintre condensatoare se vor face sa aibe inductanta cat mai mica. De fapt si secundarele. Sunt bobine deci au si rol de filtrare. E nevoie de ele ca se pierde foarte multa sarcina intre condensatoare. Sunt reprezentate in al treilea desen si in al doilea desen sunt notate cu "L".
Ce vreau sa fac e foarte comlicat, voi mai posta intr-un topic si voi mai face unul.
Deocamdata ma intereseaza functional daca un astfel de sistem ar functiona.
Felul in care reostatele isi modifica rezistenta e discutabil in sensul ca pot fi armonizate matematic cu forma semnalului amplificat magnetic. Cand voi putea voi propune si reostatele.

[AlexandruLazar]

- să faci o sumă între semnalul alternativ si unul continuu (adică să-i adaugi o componentă continuă?)

Da si sa rezulte semnal continuu sau amortizabil sau filtrabil daca se poate amplificat de semnalul alternativ insumat cu amplificarea data de curentul continuu.

Din desenul tău nu înțeleg de unde vrei să iei curentul continuu cu care vrei sa însumezi semnalul la ieșire. Prin transformator nu poți să treci nicio componentă continuă. Legea inducției electromagnetice îți spune că tensiunea electromotoare induse este cât rata de variație a fluxului magnetic prin suprafață, [tex]e=-\frac{d\phi}{dt}[/tex]. Dacă nu ai un flux care să varieze ([tex]\frac{d\phi}{dt}=0[/tex]), tensiunea indusă e nulă, deci transformatorul îți va decupla întotdeauna componenta continuă. Nu e vorba că nu o amplifică sau nu o amortizează, pur și simplu nu o lasă să treacă (nu produce niciun efect).

De asemenea, amplificarea nu înseamnă efectiv să adaugi o componentă continuă. Dacă într-un difuzor bagi un semnal alternativ cu amplitudinea de 5V și peste el bagi un semnal continuu cu amplitudinea de 10V, nu sună mai tare (doar se încălzește mai tare). Sigur, asta îți crește puterea (deci în putere poți să zici că-i vorba de amplificare) însă ideea e să obții un semnal de aceeași formă și putere mai mare.

[mircea_p]

Da si sa rezulte semnal continuu sau amortizabil sau filtrabil daca se poate amplificat de semnalul alternativ insumat cu amplificarea data de curentul continuu.

Ce inseamna semnal amortizabil sau filtrabil? Ai ceva anume in vedere?
Vreau sa zic ca mie mi se par termeni fara continut. Poti oare imagina un semnal care nu se poate amortiza sau nu se poate filtra, in principiu?

[RaduH]

Din desenul tău nu înteleg de unde vrei să iei curentul continuu cu care vrei sa însumezi semnalul la iesire.

Ce inseamna semnal amortizabil sau filtrabil? Ai ceva anume in vedere?

Da dar va mai dura pana va explic. Deocamadata sa consideram ca il avem din abundenta. Sa rezulte pana la urma continuu ca la redresoare, daca se poate amplificat, daca nu doar cu diferenta pe care am exlicat-o, adica un semnal de mare tensiune si unul de amperaj.

De asemenea, amplificarea nu înseamnă efectiv să adaugi o componentă continuă.

Deci am cam copiat cum sunt amplificatoarele astea din linkul primit. Cred ca am priceput ca amplifica mai mult numai una din semialternante.http://www.tpub.com/neets/book8/32o.htm

însă ideea e să obtii un semnal de aceeasi formă si putere mai mare.

Nu ma intereseaza neaparat pastrarea formei dar m-ar interesa daca s-ar amplifica puterea.