用C型铁芯制作单端推挽两用胆机输出变压器

用Ｃ型铁芯绕制输出变压器，似乎触犯了胆机发烧的大忌。

综观胆机输出变压器的众多论述，笔者没有发现一篇说Ｃ型铁芯“好话”的文章。

有文章还特别指出，由于Ｃ型铁芯采用高导磁率的冷轧硅钢片，不适宜作输出变压器，应选用Ｅ型铁芯，并且还不宜采用有晶粒取向的、高导磁率的冷轧硅钢片。

笔者从上世纪６０年代开始装电子管收音机，至今虽已数十载“烧龄”，也从未敢越“雷池”一步。

用Ｃ型铁芯制作胆机输出变压器，只是前几年才开始探索。

由于笔者装了几台单端和推挽的发烧胆机，每台调试满意后，就不便再作大改动。

可是每当收集到新的电子管或新线路之后，又想亲自制作体验一番，于是产生了制作一套单端、推挽“通吃”的输出变压器的念头。

经反复研究比较后，先后采用Ｃ型铁芯制作了大、小两套输出变压器，经近两年反复装机试听，不管是单端还是推挽，均感到非常满意，现介绍给胆机烧友以期共同探讨。

一、基本构思由于优良的推挽输出变压器需采用分层、分段绕制，在一个线包上分段，使原本并不宽（裕）的窗口更显窄了，每层绕制的匝数很少，窗口利用率非常低，因此漆包线的线径及线圈匝数受到极大的约束，凡绕过的烧友对这一点想必会深有体会。

而Ｃ型铁芯线包正好需对称分布在两柱上，窗口宽裕到几乎不受约束，且线圈的串、并联非常方便。

唯一的障碍是当作甲类单端输出时，为避免铁芯直流磁化，需要留０．２￣０．３ｍｍ气隙（由计算决定），如果从理论和实践上能证明此气隙对作推挽输出影响不大（如果两只推挽管不绝对平衡，同样会产生铁芯磁化现象，而此时有气隙反而更有利），则成功的把握是很大的。

二、模型设计由于输出变压器的计算公式的经验系数均是按Ｅ型铁芯给出的，为了少走弯路，笔者首先根据Ｃ型铁芯作电源变压器（５０Ｈｚ）时的功率，换算成同功率的Ｅ型铁芯截面积，套用Ｅ型铁芯输出变压器的经验系数及公式，以便作进一步的分析。

下面介绍以６Ｐ３Ｐ双管并联作单端甲类输出和推挽的计算。

１．单端输出铁芯计算最佳屏极阻抗：Ｒｐ＝４５００Ω／２＝２２５０Ω；静态工作电流：Ｉｐｏ＝５１ｍＡ×２＝１０２ｍＡ；变压器最低截止频率：ｆＪ取３０Ｈｚ；中音频增益与ｆＪ时的增益比值Ｍ，取Ｍ＝３ｄＢ（注：ｆＪ和Ｍ视发烧友手中铁芯大小和“发烧热度”而定，不在此讨论）。

初级电感ｈ１＝Ｒｐ２πｆＪＭ２－１"!＝２２５０２π×３０３２－１"!＝４．２２（Ｈ）铁芯截面积：ＳＪ＝ｈ１·Ｉｐ０２３０００＝４．２２×１０２２３０００≈１４．７ｃｍ２在此选用ＧＥＩＢ－３５铁芯，叠厚４４ｍｍ，截面积１５．６ｃｍ２，查表该铁芯可绕制１５０ＶＡ电源变压器，与之对应的可绕制１５０ＶＡ电源变压器的Ｃ型铁芯为ＸＣＤ２０×４０×５０，截面积７．３６ｃｍ２。

两种铁芯的重量分别为３．９４ｋｇ和１．１３ｋｇ，平均磁路长分别为２８ｃｍ和２０ｃｍ，差别很大，这对变压器性能影响很大，后面将提及。

２．初级线圈计算用制作单端推挽两用胆机输出变压器□马龙Ｃ型铁芯!ＰＣ初级线圈匝数Ｎ１＝４５Ｌ１·ＩｐｏＳＪ＝４５×４．２２×１０２１５．６＝１２４２（匝）取Ｎ１＝１４００匝。

考虑到又可作推挽使用，决定绕两个Ｎ１（２×１４００匝），单端输出时两个Ｎ１并联，推挽输出时两个Ｎ１串联。

３．次级线圈计算为省篇幅，只算８Ω负载，变压器效率"取８０％。

单端次级匝数：Ｎ２单＝Ｎ１Ｒｙ"Ｒｐ!!＝１４００×８０．８×２２５０!!≈９４（匝）推挽次级匝数：Ｎ２推＝２Ｎ１·Ｒｙ"·Ｒｐ－ｐ!!＝２８００×８０．８×３８００!!≈１４４（匝）４．检查最大磁通密度Ｂｍ。

Ｂｍ＝１．１３×１０７×（１＋"）ＰＣ－Ｒｐ!·ＲｐｆＪ·ＳＪ·Ｎ１查表，６Ｐ３Ｐ单端甲类放大时最大功率取６．５Ｗ，即Ｐｃ￣＝２×６．５＝１３Ｗ；甲乙类推挽放大时取ＰＣ＝２４．５Ｗ。

Ｂｍ单＝１．１３×１０７×（１＋０．８）１３×２２５０!!３０×１５．６×１４００＝５３１０（高斯）Ｂｍ推＝１．１３×１０７×（１＋０．８）２４．５×３８００!!３０×１５．６×２８００＝４７３６（高斯）二者均小于６０００高斯，满足设计要求。

三、实际制作１．线圈的极性。

由于双管并联作单端输出时，功放管屏极负载减半，初级线圈需并联使用；当作推挽输出时，屏极负载是屏对屏负载（加倍），两组线圈需串联使用，因此必须分清线圈极性。

（１）Ｃ型铁芯线圈的特点。

连接示意图如图１所示。

图中线圈Ａ、Ｂ是套在Ｃ型铁芯两边柱上的两只完全相同的初级线圈，当有电流Ｉ后，它们的磁力线方向应相同，形成闭合回路。

如线圈Ａ的磁力线方向向下，则线圈Ｂ的磁力线方向应向上，根据右手定则，两只线圈中的电流方向应是相反的，即一只头进尾出，另一只为尾进头出。

为了更形象地说明，不仿假设将Ｃ型铁芯下部“锯开”，再把铁芯“掰直”，图１就成了图２所示形式。

从图２中可以清楚看到，图１中的两个完全相同的线圈，在装配时是“背靠背”的，也可以说其中一个是“反装”的，磁力线方向相同时，两个线圈中的电流相反也就好理解了。

（２）对“极性”作个定义。

在电路连接时，我们都习惯了串联头一尾相接；并联头－头相接、尾－尾相接。

线圈的出头，稍不留意很易搞混，如果采用正反向绕制，更难记清。

因此为了“尊重习惯”，笔者将两只线圈均采用正向绕制，只是将其中一只线圈出头引线相反标识，例如当用红导线作头、绿导线作尾时，另一只刚好相反。

今后就不管它是头、还是尾了，反正串联时不同颜色导线相连，并联时相同颜色相联。

２．绕制结构为了保证初级线圈的电感量，使频率响应向低频端伸展，同时为尽量减少其漏感，使高频特性得到改善，采取初、次级分段交叉绕制工艺，全部匝数对分成两个完全相同的线圈，见图３所示。

为了可按超线性接法，将初级线圈分为６００匝和８００匝（１４００×０．４３＝６００），最后连接见图４、图５所示。

由于Ｃ型铁芯窗口足够大，笔者选用了较粗漆包线，线圈直流电阻非常小（约为同级别Ｅ型铁芯的１３）。

３．说明笔者用６Ｐ３Ｐ和ＥＬ３４分别制作了单端及推挽输出，试听后对作单端甲类放大时高中频段音质非常满意，但低频段略感力度不太够，于是将初级线圈由并联改作串图２图１图３联使用，高、中、低频段均非常理想，笔者在后来设计Ｃ型输出时，将初级线圈匝数增加了１５％￣２０％。

发烧友如自制，可参考此数据。

在推挽工作时，铁芯虽有气隙存在，但从听感上与无气隙的Ｅ型铁芯没有区别，不管是播放阿姐鼓、蔡琴歌曲，还是交响音乐，都有一种挥洒自如的从容，音域已足够。

四、讨论对于胆机输出变压器的频率响应，多数文章都从电感、漏感、分布电容等几方面讨论，虽然采用“高质量”的铁芯已是诸多文章的共识，但何为“高质量”，概念上很含糊。

还有不少文章提出“输出变压器铁芯的磁感应强度越高，失真越大，因此Ｅ型铁芯做输出变压器比其他形式如Ｒ型、Ｃ型及环型铁芯好，且Ｅ型铁芯最好不用超高导磁率、带晶粒取向的硅钢片”。

对于增大初级电感、减少漏感及分布电容的观点笔者是认同的，但要减小铁芯的磁感应强度，只能增大铁芯截面，而不能“怪罪”于铁芯的高导磁率，如是，那为何还要选“优质铁芯”？从线圈的绕制工艺来达到提高音质的目的，与采用Ｃ型铁芯、Ｒ型铁芯（环型除外）并不矛盾，而且后者实施工艺更为方便。

那么为什么Ｃ型（或Ｒ型）铁芯就不适合输出变压器？高导磁率带晶粒取向的硅钢片算不算“优质硅钢片”？尽管限于篇幅，但笔者认为有进一步深入讨论的必要，这将有助于发烧友制作输出变压器时走出迷盲的误区。

１．铁芯的材质与片型从表面上看，铁芯的材质与片型没有必然的联系，然而事实是，国内能见到的Ｃ型和Ｒ型铁芯几乎全是冷轧硅钢片制成，而Ｅ型铁芯既有冷轧片，也有热扎片。

大型电力变压器厂家生产中的冷轧硅钢片三角形边角料，全部卖给了电子变压器厂家，这点从冷轧硅钢片的价格已超过４万元／吨，远高于热扎片和已加工成成品的Ｅ型片价格即可看出。

且不说Ｅ型铁芯大多是边角料制成（保证不了冲剪的方向），退一万步讲，就是厂家赔钱赚吆喝，用冷轧带料冲剪，但Ｅ型片芯柱与轭柱成９０°，总有两边会垂直于硅钢片轧制方向。

我们知道，冷轧片的方向性比热扎片强很多，即当磁力线方向与硅钢片辗压的方向（也即晶粒取向）一致时，损耗最小，二者成９０°时损耗最大。

因此，用冷轧片冲剪Ｅ型铁芯，并不能很好发挥冷轧片的优势。

相反，Ｃ型和Ｒ型铁芯是按晶粒取向的冷轧带卷绕而成（且进行了退火处理），因此Ｃ型铁芯是最好地利用了冷轧片的优点。

换句话说，热轧片由于无晶粒取向，反而适合冲剪Ｅ型铁芯。

２．铁芯的损耗一般输出变压器的论述很少提及铁芯损耗，其实不可小视。

铁芯的损耗一般包括两部分，即磁滞损耗和涡流损耗。

（１）磁滞损耗。

由于铁芯在交变磁化过程中，有磁滞现象，并产生损耗，其大小由以下三个因素决定：Ａ．硅钢片的质量（材质及加工工艺）；Ｂ．铁芯中磁通密度Ｂｍ的大小；Ｃ．励磁电流的频率与损耗有正比关系。

即磁滞损耗Ｐｈ＝Ｋｈ·ｆ·Ｂｍ１．６（式中Ｋｈ为经验系数）。

（２）涡流损耗。

当铁芯中有交变磁通时，线圈将产生感应电压，而铁芯本身又是导体，同样也会感生电流并产生损耗，这就是涡流损耗。

其大小与频率ｆ的平方成正比，与磁密Ｂｍ的平方成正比，即涡流损耗Ｐｅ＝Ｋｅ·ｆ２·Ｂｍ２（式中Ｋｅ为经验系数）。

（３）铁损与失真或性能的关系。

输出变压器与电源变压器有极大的区别，电源变压器的工作频率是固定的（５０Ｈｚ），其损耗的能量是“取之不尽”的电网，而输出变压器损耗则是由音源信号经一路近百倍放大的“音乐”，代价是不言而喻的，特别是前面提到的两种铁芯损耗，还与频率和频率的平方成正比，即是说越是高频部分损耗越大。

图４凡是使用了铁芯的变压器，就不可避免地有铁损，那么Ｃ型铁芯和Ｅ型铁芯的输出变压器有没有区别？在铁损中，一般情况下磁滞损耗占铁损的绝大部分，约６０％￣７０％。

冷轧硅钢片是晶粒取向的硅钢片，分子排列有序，磁饱和点高，导磁率高，磁滞现象小，因此采用冷轧片可以提高磁密，同时减小空载损耗。

换句话说，在相同的磁密Ｂｍ情况下，冷轧片的损耗比热轧片低很多。

为了更直观，举例比较如下：在５０Ｈｚ时，最好的热轧片Ｄ４４－０．３５在Ｂｍ＝１５０００高斯时，损耗为２．２Ｗ／ｋｇ，常用的冷轧片ＤＱ１３７Ｇ－３５在Ｂｍ＝１７０００高斯时仅为１．３７Ｗ／ｋｇ，以笔者本文举例的两种铁芯输出变压器计算，Ｃ型铁芯Ｐｓ＝１．１３ｋｇ×１．３７Ｗ／ｋｇ＝１．６Ｗ，Ｅ型铁芯Ｐｓ＝３．９４ｋｇ×２．２Ｗ／ｋｇ＝８．７Ｗ，两者相差达５倍多！这个结果虽然不能代表输出变压器真实的工作损耗（因磁密Ｂｍ和频率ｆ均是变量），但至少可以让人看到在同等条件下Ｃ型铁芯的优越性。