业余绕制输出变压器参数和公式计算之欧阳术创编.docx
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业余绕制输出变压器参数和公式计算之欧阳术创编
一般业余绕制输出变压器不必过多注重理论参数和公式计算，但有三项指标必须重视：
1.输出变压器阻抗。
2.尽量大的电感量。
3尽量小的分布电容。
对于输出变压器阻抗，理论上讲即变压器阻抗必须和功放管内阻一致，这样才能达到该功放管的最大设计功率，但实际制作胆机时，往往为了最佳音质而舍弃最佳功率，因而一般都取变压器阻抗远大于胆管内阻。
以805管为例，本人一般设计变压器时都取其胆内阻的3－5倍，因为有如此大的余量，所以只要按原设计者提供的数据绕制，一般都不会有什么问题。
尽量大的电感量和尽量小的分布电容，电感量大则低频好，分布电容小则高频好，但这本身就是一对矛盾，因为要电感量大则分布电容必然也大，要分布电容小则电感量也必然会小，如何解决这一对矛盾，既要电感量大，以保持低频好，又要分布电容小以保持好的高频，这就是我们绕制输出变压器以保证音质的关键所在。
如何解决好这一对矛盾呢？
下面详细谈谈个人的制作体会，不对之处请大家讨论。
1.为保证有尽量大的电感量，一定要选择大规格的铁芯，只有大规格铁芯才是大电感量的重要保证，市售成品机往往低频下潜不深、缺乏弹性、没有冲击力，速度慢的重要因素都在其为节约成本选用铁芯太小所致，尤其是单端机，因为要流气缝，铁芯规格小了肯定是不行的，本人用于10－20W的小功率单端机的输出牛铁芯决不会小于舌宽35mm，叠厚不得小于65mm，即35×65以上。
而大功率单端机的输出牛一般都用舌宽41mm，叠厚75mm，也就是41×75以上，以保证该输出牛有足够的电感量，从而保证低频有很好的下潜，弹性和速度。
2.为保证有尽量小的分布电容：
a.各绕组尽量分多层绕制，一般来讲初级绕组不得小于5－7层，次级绕组也必须分5－7层，夹在初级绕组当中，因为这样即有很好的藕合，且各绕组的分布电容呈串联结构，而电容是越串联越小的。
b.注意绕制工艺，手法也是减少分布电容的重要措施。
第一，绕制时线圈一定要拉紧，越紧越好，这也是高级输出牛只能手工绕制，不能机器绕制的原因所在，但不一定要排列十分整齐，有少量乱层对分布电容相反有好处。
第二，线间绝缘层越薄越好，如有绕制经验，有耐心，用绕一层刷一层快干漆更好，但刚开始绕制本人推荐用普通封装纸箱的不干胶胶带，但必须用不透明的那种，透明的反而不好用。
每绕一层就用不干胶带封一层，初级与次级间封两层，因其薄膜很薄且有很好的固定作用。
第三，次级绕组尽量均匀稀绕，尽量不要象初级那样排的过密，但一定要拉紧。
3.线材选用：
因我们选用的铁芯较大，相应的窗口也就较大，对我们选用线材带来了好处，一般初级可选用直径0.31－0.45mm的高强度漆包线，次级选用直径1.2－1.45mm的高强度漆包线，视铁芯窗口大小而定。
用这种规格线材既可以拉紧，又可减小变压器的直流电阻，从而减小了变压器的铜损和铁损，对改善音质非常有利。
4.关于铁芯质量选择：
对于一个装机高手来讲，有了一副好铁芯就等于成功了一半。
铁芯除规格大小外，还有一个重要参数，就是必须选用0.35片厚的，片厚0.50的铁芯因有涡流产生只能用作电源变压器，不能用于输出牛，如能找到0.35以下的光面冷轧铁芯则更好，但其含硅量不一定要很高，中等就可以了。
5.关于骨架：
一般各种规格的骨架市面都有售，也可自制，但自制较麻烦。
时间：
2021.02.02
创作：
欧阳术
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“HiFi”级（严格地讲胆机的输出牛无法算HiFi）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”众多的胆机中，也不乏有那不够HiFi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HiFi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HiFI输出牛要求其：
1.初级电感（priinductor）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（distributedinductance）、电容（distributedcapacitance）为零，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（nonlineardistortion）或相位延迟失真（phasedelaydistortion）。
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（priinductor），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失真加大，动态范围（dynamicrenge）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HiFi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（freguencyresponse）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（distributedcapacitance）及漏感（leakageinductance）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10Hz~20KHz±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HiFi输出牛，其电感漏感（leakageinductance）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（priinductor）L L=K·（Rar1）/2πfmin
其中：
Ra是放大器的最佳负载阻抗（optimumplateload），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（prileakageinductance）Ls
Ls=K·Rar1/2πfmax
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（singleended）输出牛，初级电阻r1=0.5·Ra（1η）；次级电阻r2=r1（N2/N1）
推挽（pushpull）输出牛
初级电阻r1=0.414·Raa（1η）
次级电阻r2=0.586·Raa（1η）（N2/N1）
其中：
Ra系单端放大器（singleended）最佳负载阻抗（optimumplateload）；Raa系推挽放大器（pushpull）最佳负载阻抗；η为变压器的效率（efficiency），一般取0.75~0.9，功率越小η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（dynamicrange）。
由于变压器中存在电抗（reactance）成分，其感抗（inductivereactance）随频率的变化而变化，使得其输入阻抗（inputimpedance）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（optimumplateload）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（inputimpedance）变化<30%。
另外，由于变压器本身存在有分布电感（distributedinductance）及分布电容（distributedcapacitance），其相互作用将产生串联或并联谐振（resonance）。
发生谐振时，其输入阻抗（inputimpedance）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（inductivereactance）或容抗（capacitivereactance）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（priinductor）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围（dynamicrange）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（inductiondensity）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（freguencyresponse）。
再者，从减小相移失真（phasedelaydistortion）的角度考虑，输出牛亦不能只为照顾低频而过分的加大初级电感（priinductor）。
由于铁心的磁饱和（magneticsaturation）程度与频率成反比，在低频段，铁心有可能工作在BH曲线的饱和区，此时，因磁化电流（magnetizingcurrent）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（inductiondensity）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（airgap）S
S（cm）=1.3×10I·N1 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）。
下面我们来谈谈如何在业余条件对输出牛进行测量。
所用的工具有：
数字电压表、电流表、普通电感表，还有0~100KHz信号发生器（signalgenerator），为观察波形失真情况，最好还要有示波器（oscilloscope）、失真仪（distortionmeter）等（如在测量频响宽度时，在高频段有时测得输出值也不小，但波形却已出现失真）。
不过我们可以通过其他测量方法来得知在重要的20Hz~20KHz范围内是否良好。
笔者推荐的信号发生器（signalgenerator）是典型的XD1，二手价仅人民币300元左右；示波器（oscilloscope）也是最常用的双踪示波器SR8，二手价仅千余元人民币。
此两件必用的仪器的价位较低，业余发烧友很容易拥有，且完全可以满足测试要求，非常实用（当然阁下若拥有其他高档的仪器则更好）。
输出牛在正规厂家一般均是用专用综合测试仪来测得，有些数据对发烧友来讲，并无多大意义，用这里简单的测试方法，即可测出输出牛的几项实用参数，且相差不多，很具使用价值。
1：
电感（inductor）
单端（singleended）输出牛由于存在严重的直流磁化，故在测量时须加入与实际工作电路相近的直流电流。
如图1，其中电源变压器（宜用大功率的）提供交、直流两种电压，在被测输出牛的初级同时通过交、直流两种成分（模拟单端牛实际的工作状态）。
R系无感电阻（noniductive），（交流电流表难找，现用电阻降压法取代交流表）用以显示回路直流电流的大小。
分别测量R上的交流电压值UR、及输出牛初级交流分量UL，然后按下式计算出初级电感
L=U2·R/2πf·U1
注意，以上三表均不能用普通指针式万用表，以免交、直流分量相互干扰，使测试不准确（以下均同）。
推挽（pushpull）输出牛，由于不存在直流磁化（或仅有少许的磁化）。
可用图的测试电路，给输出牛的某一臂加入0~15mA的可调直流电流（若你的电路两管电流完全相等，可不加直流）。
其中：
R≤0.05（2πfL），然后按下式求得：
L=R√（U/UR）（1+r/R）/2πf，式中U为交流输入电压，UR系R上的电压，r为输出牛的初级（pri）内阻。
2、漏感（leakageinductance），一般输出牛的漏感仅几毫亨~几十毫亨，其值可用普通电感表或万用表测得（一般测试频率为1KHz、100Hz），此不祥述。
3、自谐振（resonance）频率：
无论是串联或并联谐振，最好不要落在音频范围内，以免破坏听感。
一般，出现在几十KHz，有的可能在10KHz以内。
业余情况下可按图3测量。
其中，R系无感电阻（noniductive），其值越小越好，但须能保证电压表有合适的电压显示。
信号源输出固定的电压，然后调节信号源的输出频率，当电压表出现最小读数时，查看信号源的频率，此频率即为并联自谐振频率；当电压表出现最大读数时的频率，即为串联自谐振频率。
4、频率响应（freguencyresponse）：
推挽（pushpull）输出牛的测试电路如图，其中R值等于初级阻抗的一半，RL等于输出阻抗。
先在将信号源的输出电压调至最大（最好将电压升至输出牛工作所需电压），并记录。
然后调节输出频率，分别记录下低频、中频（1KHz）及高频时RL上的电压UR低、UR中、UR高，再按下式计算：
低频响应值（dB）=20lgUR低/UR中；
高频响应值（dB）=20lgUR高/UR中。
R1匹配电阻。
其阻值为变压器初级阻抗与信号源输出阻抗之差的值（用无感电阻）
RL为变压器次级被测端的阻抗值（用无感电阻）
C1为隔直流电容，用30uf以上的无极性电容
C2为变压器输出匹配电容,一般用0.5uf
测试：
测试电压，指变初级端信号电压4V（RMS）激磁电流DC，按被变压器初级最大电流值的1/10值
单端（singleended）输出牛，由于单端牛中有直流磁化作用，故测试电路中需加入直流电流成分。
不过高频段仅与漏感及分布电容有关，为方便测试，在测高频段频响时，可不加直流成分。
图5中R等于被测输出牛的输入阻抗（inputimpedance）。
调节W使电流表A指示到输出牛实际工作电流值，C1为隔直电容，其测试方法及计算公式与推挽（pushpull）牛相同。
5、输入阻抗（inputimpedance）：
输入阻抗受初级电感、漏感（leakageinductance）及分布电容（distributedcapacitance）等的影响，在高及低频段呈现出不规则的阻抗变化，有时误差达3050%。
推挽（pushpull）牛的测试如图6，在不同频率段分别测量输出牛初级的电压UL，然后按下式计算：
输入阻抗（inputimpedance）Z=RaUL/UaUa：
Ra上的电压；单端（singleended）牛的测试同样要加入直流电流，按图7测试。
调节W使A指示到正常工作电流。
其余测试方法及计算与推挽（pushpull）牛相同。
6、分布电容（distributedcapacitance）的测量：
分布电容是由变压器本身的结构，绕制工艺及材料等因素所形成。
初级分布电容的测量电路见图8，调节信号源的输出电压至最大（最好能升至工作所需电压），然后改变输出频率。
当输出电压指示最大时，表明电路产生谐振，此时的频率为f（KHz）。
然后按下式计算：
初级分布电容（pridistributedcapacitance）
C（pF）=25.3×10/2πfLs式中Ls系初级漏感（mH）。
次级分布电容（secdistributedcapacitance）的测量见图9，调节信号源的频率，当电压表指示为最大时，即表明产生串联谐振，此时的频率为f（KHz）。
次级分布电容C（pF）=25.3×10/2πfLsLs为次级漏感（mH）。
初、次级间分布电容（prisecdistributedcapacitance）的测量，可按图10进行测试，将信号源的频率调为15KHz，输出电压为17.9v。
然后直接读取电压表的读数，按10mV/pF计算即可。
对于输出牛的耐压及其他参数的测量，读者可参阅其他报刊，此不复述。
以上测试仅是在输出牛不工作或模拟理想的工作状态下测得的，且是用纯电阻做负载（load）。
实际电路中的扬声器是一个电抗（reactance）元件，加之分频器的影响，往往使测试结果面目全非。
但这种通用的测试方法仍具一定的说服力。
以上几项测完后，可再让输出牛在机工作状态及半输出功率或满输出功率状态下进行测试，此时主要对频响宽度及波形失真等几项参数测试即可。
在小功率状态下测得的数据与前面的测试结果出入不大，而输出功率越大其结果越差，有时相差较多，但一般厂家均不依满功率时的测试数据为依据。
通过以上对输出牛的自行测试，可让业余发烧友心中有个“底数”，对所聆听之胆机的品质有个物理上的衡量。
其音质音色如何，当然还与其他因素有关，但也是仁者见仁，智者见智之事。
有人喜欢暖色，有人偏爱清秀。
但若连以上测试结果不太好的输出牛，无论电路如何复杂，肯定也不会有靓音的表现（除非阁下的耳朵有问题）。
经过以上的测试，阁下可以根据指标的不足或优点，合理的搭配周边器材（如前级、扬声器）及线材，让阁下的功放达至最好的表现，或在品评一部胆机时“胸有成竹”。
另外，还可以使一些中小型胆机厂，对自己所用的输出牛有所了解，有所改进，使胆机市场步入健康发展的轨道。
时间：
2021.02.02
创作：
欧阳术
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