输出变压器阻抗计算

人生不能留遗憾谈谈输出变压器－－－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，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（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）LsLs=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（freguencyresponse）。

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）SS（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５０Ｈz，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：Ｒp~p=Ｎ2ＲＬ/η＝５.０４kΩ。