输出变压器阻抗计算

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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,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 inductance)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)L L=K·(Ra-r1)/2πfmin 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=K·Ra- r1/2πfmax 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(single-ended)输出牛,初级电阻r1=0.5·Ra(1-η);次级电阻r2= r1(N2/N1)推挽(push-pull)输出牛 初级电阻r1=0.414·Ra-a(1-η) 次级电阻r2=0.586·Ra-a(1-η)(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;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(dynamic range)。 由于变压器中存在电抗(reactance)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)=1.3×10 I·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)。 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,G2之间的直流电阻是否相等,如图1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(P1~P2)的直流电阻实测数值为198Ω,次级直流电阻为0.4Ω(8Ω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比,从而求出阻抗比。方法是在变压器次级线圈(如8Ω端)加上交流电压U2,例 如频率为50H z,电压为1V。然后用交流毫伏表或数字万用表测量初级P1~P2端之间的电压U1,则匝数比N= U1/U2。本变压器实测数据如下:次级8Ω端电压U2为1V,初级P1~P2端电压为24V,B~G1间电压 为5.27V。由此可求得:N=24,还可以求出帘栅极的反馈系数:α=5.27/12=0. 44。 变压器的效率η可由下式估算: η=N2RL/(N2RL+r1+N2r2) 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η=91.4% 初级等效阻抗可由下式求出:R p~p=N2RL/η=5.04kΩ。 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DL6243型数字式电容电感表,其测量电感的最 大量程为20H,最小量程为2m H。一般推挽变压器的初级线圈屏至屏间电感均大于20H,故不能用这种电感表直接 测量(国产的9243型电容电感表的最大量程为200H,可以直接测量)。此时可只测量半个初级线圈,即B─P1 和B-P2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4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 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 : L=1.256×10-8μN2S c/lc(H) 其中;μ~铁芯材料的导磁率 N~线圈匝数 S 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,B—P1的匝数为P1—P2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L(P1─P2)约为41 H,漏感LS约为16m H。与厂家公布的参数相差较大:初级电感L在50H z时为175H,在1kHz~10kHz范围内,漏感Ls小于8m H。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43H,漏感约为14m H。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2所示。图中: U s~低频信号发生器,如:XD1,XFD-7A等。 PV1、PV2~交流毫伏表,如:DA16。 R1、R2~匹配电阻、阻值为变压器初级阻抗的一半。 RL~负载电阻。 测量时先将信号发生器频率调至1k H z,再调输出电压使毫伏表PV1指示为某一数值US, (并注意在以下的测试 过程中,不论频率如何改变,都要保证US数值不变),再测出负载电阻RL两端的电压UL, UL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PV2,使其指示值为0.707UL,此时对应的信号频率即为-3dB下限频 率fL。然后再将信号频率逐渐升高,同样使PV2的指示值为0.707UL,则此时对应的信号频率即为上限截止频率 fH。若要测量-1dB频响,则应取0.89UL。 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(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]: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)/2πfmin 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 2.关于频响的测试 频率响应的测量: U s~低频信号发生器,如:XD1,XFD-7A等。 PV1、PV2~交流毫伏表,如:DA16。 R1、R2~匹配电阻、阻值为变压器初级阻抗的一半。 RL~负载电阻。 测量时先将信号发生器频率调至1k H z,再调输出电压使毫伏表PV1指示为某一数值US,(并注意在以下的测试 过程中,不论频率如何改变,都要保证US数值不变),再测出负载电阻RL两端的电压UL,UL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PV2,使其指示值为0.707UL,此时对应的信号频率即为-3dB下限频 率fL。然后再将信号频率逐渐升高,同样使PV2的指示值为0.707UL,则此时对应的信号频率即为上限截止频率 fH。若要测量-1dB频响,则应取0.89UL。 这是测增益的频响,在小信号下进行,在有负反馈的条件下,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。