输出变压器阻抗计算(10页).doc

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1、-输出变压器阻抗计算-第 10 页谈谈输出变压器 左增军 输出牛是胆机的咽喉，其内在品质的优劣直接影响著整机的重放质量。由于输出牛的专业性较强，加之考虑厂家 的利 益，故很少有刊物作高保真输出牛的介绍。发烧友在评论某某胆机之输出牛时仅以外表或者品牌效应点评，甚至仅 以个人 听感为依据，缺乏对输出牛的定性的认识（虽然变压器所涉及的技术并不深，但一支高保真输出牛并非人人都能作 得好 的）。另外各胆机生产厂所生产的输出牛可以说各具特色，各有千秋。对于称得上“Hi-Fi” 级（严格地讲胆机的 输出牛 无法算Hi-Fi）的输出牛，一个厂家一个“味”，甚至一个批次一种音色。 当然在这“云云众生”众多的胆机

2、中，也不乏有那不够Hi-Fi甚至失真较大，频率响应较窄的输出牛“滥竽充 数”。 而我们业余发烧友又无“孙悟空”那“火眼金睛”，来识破那些“笨牛”。本来不够Hi-Fi的“牛”，却奉为上 品，那可 就残了。这里笔者给大家谈一谈胆机的输出牛及其业余测试方法，让大家对“牛”有一个定性的了解和认识，也让 输出牛 不在那么“牛气”。 一颗理想的Hi-FI输出牛要求其： 1.初级电感（pri-inductor）为无穷大（infinite），以应付很低的低频信号； 2.漏感（leakage）为零，分布电感（distributed inductance）、电容（distributed capacitance）为

3、零， 以 便高保真的传输现代音乐的超高频信号； 3.不产生各种形式的串联或并联谐振（resonance），以免使音频信号发生畸变（distortion）； 4.不产生任何非线性（nonlinear distortion）或相位延迟失真（phase-delay distortion）。 从变压器的原理上讲，现今无论何种形式的变压器均无法同时满足以上条件的。首先说变压器要用铁心 （core）做导 磁媒体，其非线性失真一般很大。再有若需诺大的初级电感（pri-inductor），其漏感（leakage）、分布电感、 电容亦 随之加大。满足了第1项，就要损失第2项，互为矛盾。且较大的初级电感又可使相位

4、失真加大，动态范围 （dynamic renge）减小。 看到这里发烧友可能要问，照你的“牛”（谬）论，胆机就不能算Hi-Fi音响了？你是不是一个“恨胆狂”， 然也， 相反我是却个胆机迷，且快至如醉如痴之地步。常言道“爱之深，则之切”。本人对胆机并非盲目的崇拜，而是从 其优点 中找出可以改进的不足，无法改进的不足之处，才认为是“残缺的美”。一只宽频响（freguency response）的输 出 牛，要求在满足高频的情况下，尽量增加初级电感，以使频响曲线向低端延伸。亦或在满足低频的情况下，尽量减 小分布 电容（distributed capacitance）及漏感（leakage induc

5、tance）以使高频更靓。但两者总是互为矛盾，故频响 不可 能很宽。现今的输出牛大多采用高质量的铁心，特殊的线材及复杂的绕制工艺，已使频响宽度达到10Hz20KHz 1.5dB （有的甚至更宽）。根据现代“音乐频谱曲线”看，已能满足各种音乐信号的传输了。 不过荣幸的是，由于输出牛不可能传输更高的高频信号（即便能传输过去，相位也已延迟了很多，加之人耳的 掩蔽效 应也就不能感觉到），可将一些高频干扰如CD、DVD等数位音源本身固有的数位干扰“拒之门外”。这就是用有输 出牛的 功放（胆机或石机），重播CD、VCD、DVD音乐要比石机“好听”许多（显得不那么刺耳）。故有些名厂的石机也采 用 “牛”做输

6、出如McIntosh（麦景图）。有些中低档胆机之输出牛，干脆就只照顾低频，高频到那里一概不管。此类 胆机虽 有充实的低频但高频暗淡，久听会感觉“闷”得难受（如今发烧友的耳朵已修炼的挑剔的很）。现今的音箱好象在 暗中为 胆机弥补这“高频不足”，把音箱的高频做的较靓，甚至用高灵敏的号角单元，那种“不足”也就不显得那么突出 了. 一支宽频响的Hi-Fi输出牛，其电感漏感（leakage inductance）比（LL）很大（即较大的电感 （inductor），极 小的漏感）。故通常用电感漏感比（LL）来衡量一个输出牛的优劣。下面我给大家谈谈对输出牛具体的要求： 初级电感（pri- inductor）

7、L L=K（Ra-r1）/2fmin 其中：Ra是放大器的最佳负载阻抗（optimum plate load），r1是输出牛的初级直流电阻。K是一个系数，当 要求 频响曲线不均匀度为-3dB，或允许初级阻抗变化30%时，K=1；当要求-1dB或允许阻抗变化10%时，K=2；要求-0.5dB 或允 许阻抗变化5%时，K=3；fmin：所要求之最低频率。 初级漏感（pri-leakage inductance）Ls Ls=KRa- r1/2fmax 其中：fmax系所要求之最高频率，当允许初级阻抗变化30%时，K=0.8；允许变化10%时，K=0.5。 输出牛直流电阻 单端（single-ende

8、d）输出牛，初级电阻r1=0.5Ra（1-）；次级电阻r2= r1（N2/N1） 推挽（push-pull）输出牛 初级电阻r1=0.414Ra-a（1-） 次级电阻r2=0.586Ra-a（1-）（N2/N1） 其中：Ra系单端放大器（single-ended）最佳负载阻抗（optimum plate load）；Ra-a系推挽放大器（push- pull）最佳负载阻抗；为变压器的效率（efficiency），一般取0.750.9，功率越小取值越低。 输出牛直流电阻不宜过大，否则将影响瞬态（transient）、解析力及动态范围（dynamic range）。 由于变压器中存在电抗（reac

9、tance）成分，其感抗（inductive reactance）随频率的变化而变化，使得其输入阻 抗 （input impedance）亦随之变化，一般中频段呈一定值不变。而低频段，随频率的降低而急速下降，高频段又随 频率的 上升而升高。当阻抗偏离放大器的最佳负载阻抗（optimum plate load）较多时，放大器将产生严重的波形失真， 且输 出功率亦下降。故一般要求变压器的输入阻抗（input impedance）变化30%。 另外，由于变压器本身存在有分布电感（distributed inductance）及分布电容（distributed capacitance）， 其相互作用将

10、产生串联或并联谐振（resonance）。发生谐振时，其输入阻抗（input impedance）趋向于零或无穷 大 （infinite）。且无论是串联或并联谐振，其输出电压都可能出现峰值，使频响曲线变差。为控制变压器在谐振 （resonance）时输入阻抗的变化程度，保证平坦的幅频特性，应控制住变压器回路的Q值（这里Q值的含义是，感 抗 （inductive reactance）或容抗（capacitive reactance）与回路电阻之比。Q值越大，其阻抗的变化程度也越 大）， 选择合适的电感（pri-inductor）漏感、内阻及分布电容值。 另外，变压器初级电感的大小还与信号的动态范

11、围（dynamic range）有关联，当信号幅度（amplitude）与响度 （loudness）变化时，意味著铁心中的磁感应强度（induction density）和磁导率（permeance）在变化。因而初 级自 感量也将随著信号幅度（amplitude）的变化而变化，当信号幅度（amplitude）较大时，很大的初级电感，引起波 形失 真加大。而信号幅度较小时，铁心的磁导率（permeance）变小，自感量变小，将影响频率响应特性（freguency response）。 再者，从减小相移失真（phase-delay distortion）的角度考虑，输出牛亦不能只为照顾低频而过分的

12、加大初级 电感 （pri-inductor）。由于铁心的磁饱和（magnetic saturation）程度与频率成反比，在低频段，铁心有可能工作 在B-H 曲线的饱和区，此时，因磁化电流（magnetizing current）的波形已严重失真，呈尖顶状，致使输出电压的波形 也产生 失真。输出牛铁心的磁感应强度（induction density）越高，失真亦越大（这就是为何用EI型铁心做输出牛，要 比其他 形式的如R型，C型及环型铁心还好，且EI铁心最好不用超高导磁率，带纹向的硅钢片）。 当输出牛中有直流磁化时（如单端输出牛，或推挽牛因两管电流相差较多，或两组绕组圈数不对称时），失真就 更

13、为严 重。为减小波形失真，常用的办法是在铁心（core）中垫入空气隙（air gap）S S（cm）=1.310 IN1 I：磁化电流；N1：圈数 根据计算，若推挽输出牛两管电流电流相差5mA以上（或者初级两臂圈数相差5%以上）时，就要留有气隙了（或 者不将 铁心插的过紧）。输出变压器的简易测试 节选 首先是外观检查，我们明白输出变压器的关键在于线包的绕制方法和线材、绝缘材料的质量等因素，虽然不能拆开线包 观看，但从外部测试结果也可以作出大致的判断。 第二步是测量线包的直流电阻，可以用万用表欧姆档测试。推挽输出变压器要求两臂性能参数一致，因此绕制时也要 对称，故可测量其B与P1，P2及B与G1

14、，G2之间的直流电阻是否相等，如图所示。如果内部采用不对称绕法，是难以做到 电阻相等的。即使是对称绕法，若是人工绕制，万一不留神，将一边多绕或少绕一些圈数，也不是没有可能。当然用不同 型号的万用表测量出来直流电阻值不一定完全相同，但只要两半边电阻相等即可。最好左右声道两只输出变压器的对应端 电阻也相等。欧博变压器初级线圈（）的直流电阻实测数值为，次级直流电阻为.4(8端)。初 次级直流电阻数值（铜损）的大小，直接影响变压器的效率，当然是越小越好。但是，受到变压器体积的限制，又要求足 够的电感量，所以必然初级线圈匝数要多，但导线直径又不能太粗，故直流电阻不可能太小。 第三步是测量变压器初次级匝数

15、比，从而求出阻抗比。方法是在变压器次级线圈（如端）加上交流电压，例 如频率为z，电压为。然后用交流毫伏表或数字万用表测量初级端之间的电压，则匝数比 。本变压器实测数据如下：次级端电压为，初级端电压为，间电压 为 .。由此可求得:，还可以求出帘栅极的反馈系数:.12.。 变压器的效率可由下式估算： (+r1+r2) 其中：RL次级标称负载阻抗 r1、r2初级、次级线圈的直流电阻 将实测数据代入上式，可求出效率. 初级等效阻抗可由下式求出：pp=2/.k。 第四步是测量电感。输出变压器初级线圈的电感量以及漏感是决定频率响应的重要因素。测量电感可用万用电桥或电 感表，用不同仪表，在不同测试条件下所得

16、的结果可能不同，但通过比较同类产品（比如欧博和大极典）或左右声道两只 输出变压器的电感量，也具有一定的相对参考价值。我测量时用的是型数字式电容电感表，其测量电感的最 大量程为，最小量程为m。一般推挽变压器的初级线圈屏至屏间电感均大于，故不能用这种电感表直接 测量（国产的型电容电感表的最大量程为，可以直接测量）。此时可只测量半个初级线圈，即 和间的电感，二者应数值相等或相近。然后将半个线圈的电感量乘以即可大致估算出整个线圈的电感量。原理 是根据电感量的计算公式： .-clc（） 其中；铁芯材料的导磁率 线圈匝数 c铁芯截面积，单位：平方厘米 lc铁芯的平均磁路长度，单位：厘米 此公式仅适合于计算

17、绕制在无空气隙铁芯上的线圈的电感量。但由公式可以看出，在其它条件相同的条件下，线圈的 电感量与其匝数的平方成正比。在上例中，的匝数为匝数的一半，故电感量为其四分之一。 输出变压器漏感的测量方法一般是这样的，将次级输出端用一导线短路，此时初级线圈电感量的测量值即近似等于漏 感。按照上述方法，对欧博变压器进行测量，结果如下：初级电感（）约为 ，漏感约为m 。与厂家公布的参数相差较大：初级电感在z时为，在kHzkHz范围内，漏感Ls小于m。这 可能是由于测试仪表及测试方法不同所造成的。专业测量与业余测量结果是有一定差别的。但是用同一仪表和方法，测量 另一公司产的同类输出变压器的初级电感约为，漏感约为

18、m。可见二者相差不大，作为“货比货”的依据总 是可信的。 最后一步是幅频特性即频率响应的测量。推挽输出变压器的测试电路如图所示。图中： s低频信号发生器，如：，等。 、交流毫伏表，如：。 、匹配电阻、阻值为变压器初级阻抗的一半。 负载电阻。 测量时先将信号发生器频率调至kz，再调输出电压使毫伏表指示为某一数值，（并注意在以下的测试 过程中，不论频率如何改变，都要保证数值不变），再测出负载电阻两端的电压，即为中频时的输出电 压。然后逐渐降低信号频率，并注意观察，使其指示值为.，此时对应的信号频率即为dB下限频 率fL。然后再将信号频率逐渐升高，同样使的指示值为.，则此时对应的信号频率即为上限截止

19、频率 fH。若要测量dB频响，则应取.。一.电源变压器: 判别电源牛好坏的两大法宝_ 铁损 & 铜损 名词解释: 铁损: 指变压器铁心的磁滞损耗和铁心的涡流损耗.铁心越次导磁率越低,铁损就越大. 铜损: 指绕组所用的漆包线的内阻造成的功率损失.漆包线偷工减料未按规定直径来用料,铜损就大.1.铁损测量空载法) 步骤:所有次级开路-初级串联一个毫安表接入市电-测量变压器的空载电流; 铁损 = 空载电流*市电电压 (W) 注意:有些劣质变压器为了减少空载电流,采用增加每伏匝数的办法,使得以上的测量不能有效地反映铁损的真实情况,但是,这样做势必会增加下面我们要讨论到的-铜损! 结论:由以上计算得到的铁

20、损(W)如果不超过变压器额定功率的2.5%就是比较好的产品啦! 如果在2.5-5%之间,则属于中等产品;若大于5%,就是较差的产品了,最好慎用.2.铜损测量次级短路法): 步骤:将变压器所有次级绕组短路(是短路,别吃惊!)-用一个交流自藕调压器先将输出调节到零伏(一定要用万用表确认是_零伏!)-将交流电流表串联到变压器初级绕组然后接到调压器的输出端-慢慢增加输出电压-把初级电流调节到变压器的额定工作电流(变压器功率P/市电电压V)-达到额定电流后,测量这个时候的初级电压(由于次级短路,此电压一定远小于市电),我们把这种情况下的电压成为初级测试电压. 铜损 = 初级测试电压 * 变压器额定电流

21、(W) 注意:有些劣质的牛牛为了减少空载电流,采用多绕圈数的办法来蒙混,可是这样一来就必定会增加铜损! 结论:铜损功率不应该大于额定功率的2%. 以上两种损耗之和(铁损+铜损),不应该大于额定功率的5%. 如果其中一项偏小,一项很大,这个牛牛也不能很好地工作. 二.输出变压器: 在电子管HIFI放大器中,输出牛的质量往往比电源牛更加重要.当然要用全频带的功率激励法来测量输出牛,在业余条件下是很难做到的.因此我们也有两大简易测试的法宝_阻抗比测试 & 电感测试 名词解释: 阻抗比:初次和次级之间的阻抗关系之比,由于阻抗比是电压比的平方,我们就可以通过测量初/次级之间的电压比来计算阻抗比. 电感:

22、电感量是音频变压器中的一个重要参数.为了获得足够的低频响应,就必须具有足够的负载电感. 漏感:理想的变压器的耦合系数为1,而实际上是达不到的,某一绕组未与另一绕组耦合的磁通所产生的电感,就是漏感.1.阻抗比测量: 步骤:将市电用调压器或者降压变压器降低到100V(测试单端输出牛时,降压尤为重要,因为单端牛有气隙!)-将降压后的电压接入输出牛的初级绕组-测量并记录次级绕组的电压值(测量时次级要带上相应于标称阻抗的假负载电阻,最好用功率较大的线绕电阻或水泥电阻). 分析:用初级电压值(100V)除以相应的次级电压值,就得到该输出牛的电压比了: 电压比 = 初级电压(100V) / 次级电压 再取其

23、平方值,就是阻抗比了: 阻抗比 = 电压比*电压比 知道了阻抗比,你就可以把一端的阻抗代入,计算出另一端的相应阻抗,看是否与该输出变压器的设计值相符,阻抗比的误差最好不要大于5%. 2.电感测量: 输出变压器的初级电感量,对其低频响应影响很大,由于增大电感量要加大铁心,增加圈数,从而导致成本上升,往往许多产品在这里要打折扣! 电感量可以用LRC电桥来测量(你要是说:我没有电桥怎么办?-巧媳妇的无米之炊怎么做,我也想知道啊,呵呵!).3.漏感测量: 输出变压器的漏感会影响其高端频响,并带来相移(这是环路负反馈的大忌),但是目前还没有一个规定的标准值,通常用 漏感 / 电感 的比值来表征,此值越小

24、越好! 漏感的简单测量:可以先把次级绕组全部短路,此时测量到的初级电感,就是该变压器的漏感.最后要提及的是:输出变压器各绕组所用的漆包线线径太细,会导致内阻和损耗增大,工作中容易发热.这也要予以注意!附录:1.关于初级电感的计算:初级电感（pri- inductor）L L=K（Ra-r1）/2fmin 其中：Ra是放大器的最佳负载阻抗（optimum plate load），r1是输出牛的初级直流电阻。K是一个系数，当要求频响曲线不均匀度为-3dB，或允许初级阻抗变化30%时，K=1；当要求-1dB或允许阻抗变化10%时，K=2；要求-0.5dB 或允许阻抗变化5%时，K=3；fmin：所要

25、求之最低频率2.关于频响的测试频率响应的测量:s低频信号发生器，如：，等。 、交流毫伏表，如：。 、匹配电阻、阻值为变压器初级阻抗的一半。 负载电阻。 测量时先将信号发生器频率调至kz，再调输出电压使毫伏表指示为某一数值，（并注意在以下的测试 过程中，不论频率如何改变，都要保证数值不变），再测出负载电阻两端的电压，即为中频时的输出电 压。然后逐渐降低信号频率，并注意观察，使其指示值为.，此时对应的信号频率即为dB下限频 率fL。然后再将信号频率逐渐升高，同样使的指示值为.，则此时对应的信号频率即为上限截止频率 fH。若要测量dB频响，则应取.。这是测增益的频响，在小信号下进行，在有负反馈的条件

26、下，会比你设计的宽很多，这个展宽的部分是极其有害的，低频的阻塞失真和高频的瞬态互调失真皆源于此。应该测“最大输出的频响”，这个指标是不会被负反馈改变的。测法：输出端接示波器和电平表。在各个测试频率上输入正弦信号，调节输入电平，使输出刚好不削波，记录输出电平，绘制曲线。频率校正过程：调节负反馈电路的升阶补偿，使增益的频率特性符合最大输出的频率特性。你就得到没有阻塞失真和瞬态互调失真的功放了。不管胆机石机，这个办法都有效。铁损初级电压初级电流功率因数，这个功率因数不太好测，并不能忽略。忽略此时的（空载）铜损。有些变压器空载电流达到满载的1/3，铁损没那么大。一般饱和B值极大的铁芯才敢这么设计，为减小体积，不代表铁芯不好，往往是好铁芯。