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
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