Трансформаторы для электростимуляторов

Питания электростимуляторов осуществляется безопасным низким напряжением от батарей или сетевого адаптера. Обычно, напряжение питание не превышает 12 вольт, а вот на выходе амплитуда стимулирующих импульсов более сотни вольт. Схемы преобразования напряжения, обычно, строят на трансформаторах и речь в этой статье пойдет именно о трансформаторах.

Немного теории

Самый простой трансформатор — это сердечник (магнитопровод) и две обмотки медной проволоки на нём. Если разделить число витков в первой обмотке на число витков во второй, то получится значение коэффициента трансформации К.

Примечание. Обмотка, к которой подсоединяется источник напряжения (входная), называется первичной, другая обмотка (выходная) — вторичной.

Для примера, в адаптерах питания, понижающих напряжение с 220 В до 12 В, встраивают трансформаторы с коэффициентом трансформации K около 18.

Вычислить K можно и другим способом, поделив номинальное входное напряжение на номинальное выходное: 220/12=18,3(3).

K ≈ N1 / N2 ≈ U1 / U2,

где

N1, N2 — число витков в обмотках,
U1, U2 — напряжение на обмотках.

Примечание. ГОСТ 16110-82 определяет, что большее число всегда делится на меньшее, то есть коэффициент трансформации не должен быть меньше 1. Однако, иногда делят меньшее число на большее и результат указывают как K. Может быть указан не K, а отношение числа витков (например, 2600:90).

Важно понимать, что трансформатор способен преобразовать только переменное (или импульсное) напряжение. С постоянным напряжением он не работает.

Примечание. Приведенная выше формула расчета K приближенная, коэффициент трансформации реального трансформатора будет отличаться. Также K одного и того же трансформатора будет различным для разных частот.

Трансформатор — штука обратимая. Если взять понижающий сетевой трансформатор 220/12 и к его вторичной обмотке (теперь её можно считать первичной) подвести переменное напряжение 12 вольт, то на другой обмотке возникнет напряжение около 220 вольт.

Так понижающий трансформатор станет повышающим. То есть «понижающий» или «повышающий» — это функция фактического использования, а не назначение определённое конструкцией.

Примечание. Трансформатор не увеличивает мощность. Повышая напряжение в K раз, сила тока падает тоже в K раз.

Рабочая частота трансформатора

Прежде всего, трансформатор электростимулятора должен хорошо пропускать сигналы в диапазоне от 20 Гц до 400 кГц (условно). Не лучшим решением будет использование сетевого трансформатора 220/12 в качестве повышающего. Несмотря на то, что сетевые трансформаторы со стальным сердечником самые доступные, они практически не передают частоты выше 50 Гц.

Самым подходящим вариантом будет трансформатор для систем звукового усиления. Такие трансформаторы называют: «аудио трансформаторами», «сигнальными трансформаторами», «трансформаторами звуковой частоты», «звуковыми трансформаторами». Сердечники в хороших трансформаторах делают из пермаллоя.

Коэффициент трансформации

Есть два типа аудиотрансформаторов: повышающий (понижающий) и разделительный. Обе обмотки разделительного трансформатор имеют одинаковое количество витков. Коэффициент трансформации разделительного трансформатора равен 1, поэтому разделительный трансформатор для схем электростимуляции не подойдёт.

При определении желаемого коэффициента трансформации, следует ориентироваться на максимальное напряжение стимуляции, которое теоретически хотим достигнуть.

Положим, что устройство будет питаться от батареи 9 В, если применить трансформатор с коэффициентом 18, то максимальное напряжение стимуляции не превысит 162 В (9 * 18 = 162). Для достижения 300 В, коэффициент трансформации K должен быть порядка 33 (9 * 33 ≈ 300).

Для электростимулятора подойдет трансформатор с K равным 10…30.

Масса, габариты, мощность трансформатора

Чем мощнее звуковой трансформатор, тем больше его размер и вес. Самыми большими и тяжелыми являются трансформаторы, предназначенные для работы в ламповых усилителях, их мощность 2…7 Вт.

Для элекростимулятора хватит трансформатора мощностью до 1 Вт, в промышленных стимуляторах применяются трансформаторы мощностью 0,25 Вт.

В звуковых трактах советских ламповых телевизоров широко применялись трансформаторы марок ТВЗ (Трансформатор Выходной Звука). Марки ТВЗ-Ш, ТВЗ-1-9, ТВЗ-1-1 и другие можно без труда найти на интернет барахолках. Цена за штуку около 300 руб.

Можно посмотреть и в сторону иных трансформаторов от старой советской теле- и радиоаппаратуры, например, трансформаторы ТВН-2 от ламповых радиол. Его коэффициент трансформации 29, мощность 2 Вт.

Самый распространенный трансформатор ТВЗ-1-9 имеет коэффициент трансформации — 37, его звуковая мощность — 7 Вт. Весит ТВЗ-1-9 около 500 грамм.

Выпускается и современный аналог ТВЗ 1-9 Люкс с коэффициентом трансформации 25. Цена на Люкс очень высока, более 3 000 руб.

Применение громоздких трансформаторов с переизбытком мощности в переносных устройствах может быть не оправдано. Все промышленные образцы стимуляторов содержат малогабаритные трансформаторы мощностью около четверти ватта.

Обмотки трансформатора

Трансформаторы могут содержать не только две обмотки, но и больше. Получается, как бы несколько трансформаторов в одном с разными коэффициентами трансформации. В схеме могут быть задействованы все обмотки или только некоторые.

Чаше всего аудио трансформаторы содержат только две обмотки, но обмотки могут иметь ответвления (отводы). Подключаясь к тому или иному отводу можно выбирать K.

Трансформатор может иметь отвод от средней точки вторичной обмотки. Если средняя точка заземлена, то выходные напряжения, снимаемые с двух половин вторичной обмотки, находятся в противофазе.

Отличить первичную обмотку от вторичной, попавшего в руки трансформатора, можно при помощи тестера. Обмотка, содержащая меньшее число витков, будет иметь меньшее сопротивление (обычно), чем обмотка с большим числом витков.

Кстати говоря, сопротивление обмоток трансформатора постоянному и переменному току будет различным. Например, сопротивление постоянному току может быть всего 0.5 Ом, а на рабочей частоте переменного тока уже 3.2 Ом.

Трансформаторы в покупных стимуляторах

Трансформаторы современных специализированных стимуляторов имеют весьма небольшие размеры, в среднем это кубик 15 на 20 мм.

В E-Stim 2B применён аудио трансформатор Eagle LT700 с коэффициентом усиления 19.4, мощностью 0.25 Вт. На практике, такой мощности хватает с избытком, E-Stim 2B — очень сильный прибор. По схеме E-Stim 2B написана отдельная статья.

Трансформатор Eagle LT700 состоит из двух обмоток, первичная имеет один отвод посередине. В E-Stim 2B отвод обмотки не задействован.

К сожалению, Eagle LT700 удалось найти в продаже только на Ebay. Цена 4$ плюс доставка до России.

В ErosTek ET-312B использован малогабаритный трансформатор который маркирован как «LE114- H096 CEC 1111». Больше про него ничего не известно.

В TENS-стимуляторе «FS-033F Fine TENS», он же электросекс от Rimba, также малогабаритный трансформатор.

Трансформаторы с Алиэкспресс

Для поиска трансформатора на Алиэкспресс вбиваем «audio transformer».

Поиск трансформаторов для ламповых усилителей можно осуществить как «Tube Amplifier Output Transformer». Это будут самые громоздкие и дорогие трансформаторы.

Малогабаритная модель для самоделок — EE14, ищем «Audio Transformer EE14». Дешёвые трансформаторы, продаются по 10 шт. за 4$.

Трансформатор EE14 существует в нескольких вариантах. Нужен не разделительный с K=1, а тот, что обозначается как «1300 : 8 Ohm Audio Transformer EE14».

Для каких-то устройств стимуляции такие трансформаторы подойдут, но характеристики их далеки от идеала. Коэффициент трансформации на частоте 1 кГц равен примерно 5. Индуктивность первичной и вторичной обмоток, соответственно, около 270 и 9,5 мГн.

---

Статья не претендует на полное раскрытие затронутой темы, может содержать субъективные посылы, технические неточности. Просьба высказывать своё мнение о прочитанном в комментариях…