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为何胆机功放中输出变压器品质影响重放声音质?其技术要求如何?

音响老友记 1098

前言:

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输出变压器(又称输出牛)是电子管功率放大器的咽喉,其内在品质的优劣直接影响着整机的重放质量。由于输出变压器制作的专业性较强,加之为维护生产厂家自身的利益,故很少有刊物作输出变压器的的介绍。发烧友在评论某某胆机之输出变压器时仅以其外表工艺或者只对其品牌效应加以点评,甚至仅凭个人听感为依据,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,但一只输出变压器并非人人都能做得好的。各电子管功率放器机生产厂所生产的输出变压器可以说各具特色,各有千秋。一个厂家一个“味”,甚至一个批次一种音色。

下面主要介绍谈一下电子管功率放大器中输出变压器的的主要参数要求。

1、一次侧电感为无穷大,以应付很低的低频信号。

2、漏感为零,分布电感、电容为零,以便高保真地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,以免使音频信号发生畸变。

4、不产生任何非线性或相位延迟失真。

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做导磁媒体,其非线性失真一般很大。再有,若需很大的一次侧电感,其漏感、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。且较大的一次侧电感又可使相位失真加大,动态范围减小。

一只宽频响的输出变压器,要求在满足高频的情况下,尽量增加一次侧电感,以使频响曲线向低端延伸。亦或在满足低频的情况下,尽量减小分布电容及漏感以使高频更靓。但两者总是互为矛盾,故频响不可能很宽。现今的输出变压器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~ 60kHz,有的甚至更宽),已能满足各种音乐信号的传输了。不过由于输出变压器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等数码音源本身固有的数码干扰“拒之门外”。这就是用有输出变压器的功放(胆机或石机),重播CD、DVD音乐要比石机“好听”许多,显得不那么刺耳的缘故。

一只宽频响的Hi-Fi输出变压器,其电感漏感比应该很大(即较大的电感,极小的漏感),故通常以电感漏感 比(LL)来衡量一个输出变压器的优劣。

具体的要求如下:

1、.一次侧电感L= K·(Ra-r1)/2Πfmin

其中:Ra是放大器的最佳负载阻抗。

r1是输出变压器的一次侧直流电阻。

K是一个系数,当要求频响曲线不均匀度为-3dB,或允许一次侧阻抗变化30%时, K= l;当要求- ldB或允许阻抗变化10%时, K= 2;要求一0.5dB或允许阻抗变化5%时,K=3。

fmin为所要求的最低频率

2、 一次侧漏感Ls=K·Ra-rl/2Πfmax

其中:;fmax为 所要求之最高频率。

当允许一次侧阻抗变化 30%时, K= 0·8;允许变化 10%时,K=0.5。

3、.直流电阻

单端输出变压器:一次测电阻rl=0. 5·R a(1-n)。

          二侧电阻 r2= rl( N2/N1)

推挽输出变压器: 一次侧电阻 rl= 0.414· Ra-a(1一n)

         二次侧电阻r2=0.586· Ra-a(1一n)( N2/N1)

其中:Ra为单端放大器最佳负载阻抗。

    Ra-a为推挽放大器最佳负载阻抗。

    n为变压器的效率,一般取0.75-0.9,功率越小n取值越低。输出变压器的直流电阻不宜过大,否则将影响瞬态、解析力及动态范围。

由于变压器中存在电抗成分,其感抗随频率的变化而变化,使得其输入阻抗亦随之变化,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变化 <30%。

另外,由于变压器本身存在有分布电感及分布电容,其相互作用将产生串联或并联谐振。发生谐振时,其输入阻抗趋向于零或无穷大。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,感抗或容抗与回路电阻之比。Q值越大,其阻抗的变化程度也越大),选择合适的电感漏感、内阻及分布电容值。

变压器一次侧电感的大小还与信号的动态范围有关联,当信号幅度与响度变化时,意味着铁心中的磁感应强度和磁导率在变化。因而一次侧自感量也将随著信号幅度的变化而变化,当信号幅度较大时,很大的一次侧电感,引起波形失真加大。而信号幅度较小时,铁心的磁导率变小,自感量变小,将影响频率响应特性。再者,从减小相移失真的角度考虑,输出变压器亦不能只为照顾低频而过分地加大一次侧电感。由于铁心的磁饱和程度与频率成反比,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。输出变压器的铁芯的磁感应强度越高,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,当输出变压器中有直流磁化时(如单端输出变压器,或推挽变压器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中垫入空气隙S。

S (cm)=1.3×10I·N1

式中: I为磁化电流,N1为圈数

根据计算,若推挽输出牛两管电流电流相差5-10mA时,就要留有气隙了。

电子管功率放大器的制作工艺:

由于电子管功率放大器的工作电压和电流都大于晶体管功率放大器,因此内部信号之间就存在较大的干扰,其制作工艺也相对于晶体管功率放大器复杂。

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