胆机和电子管的基础知识_七_田庆松

输出变压器的性能用以下几个基本参数来决定。
Байду номын сангаас
1. 输出变压器的初、 次级的匝数比， 用N1/N2来表示。 正确地选择初次级的线圈匝数比， 它们可以让功率管获得
所需要的最佳负
载电阻， 这里如
果我们把输出变
压器设想成理想
变压器的话 （事
实上不是理想的，
因为还有效率和
传输损耗）， 那么
有关系式：
图1 输出变压器耦合的音频功率放大电路
不同的功率管， 它们的最佳输出条件是不同的， 这 里面便分为两个不同的方面来介绍， 一个是对三极管作为 功率放大管时的最佳输出条件作讨论， 第二个是对束射管 或五极管作为功率放大管时的最佳负载阻抗的选择作讨 论。
如电路输出的功率要求为3W， 那么选择的电子管其最大 屏极损耗功率应大于等于电路中的最大屏极耗散功率， 即：
Pa额定≥Pamax。 在多极管功率放大器中， 输出功率P1与屏极的电源电 压Ea、 Iamax成正比， Iamax是当栅负压为零时， Ia～Ea特性曲线 的膝部处的电流， 而Iamax主要决定于电子管的帘栅极电压， 所以在一个电路中， 功率管处的屏极电源电压、 帘栅极电 压越高， 电子管的输出功率也就越大。 在计算时， 可以在电子管所提供参数的额定范围内 选取所需要的屏极工作电压或帘栅极电压， 再从电子管 手册中所提供的特性曲线上查出Iamax值， 将值代入上面的 公式， 使计算得到的P1值等于或稍大于所要求的输出功率 就行了， 不过前提是电子管的Pa额定≥3P1。 为了减少放大器的非线性失真， 在设定工作点时， 功率管的栅偏压应该处在电子管特性曲线直线部分的中 央， 这样确定了功率管的栅偏压、 屏压、 屏极电流， 就确 定了这只管子的详细工作点Q了。 当然， 功率管作单端甲 类状态运用时有其所需要的一些限制条件： 1.不论是三极管还是多极管， 当其屏流太小时， 其特 性曲线本身的非线性非常严重， 当屏流太小时， 五极管或 束射四极管静态特性曲线的间隔显著变小 （这一点儿可以 从电子管手册中的多极管的静态特性曲线中看到）， 而三 极管屏极静态曲线的底部则有着非常大的弯曲， 为了减
顾名思义， 功率放大器就是以输出功率为目的的放 大器， 它处于整个音频放大器的最后一环， 其负载就是音 箱。 以往的功率放大器的设计， 是在允许的失真条件下， 尽可能高效率地输出所需要的功率。 对于现今的高保真 音响来说， 追求系统的高效率问题已经不是制约我们的 主要因素了。 通常， 功率放大器按照电路形式可以分为甲 类、 甲乙类、 乙类三种电路形式， 对于家用放大器来讲， 乙类放大器可不选 （它通常适用于输出功率较大的专业 扩声场合）， 而甲乙类推挽电路的设计大多是建立在单端
影响输出变压器的高频
特性。 对于这两个参数， 都是可以通过电感表测 量出来的， 其中测漏感 的通用方法是： 将输出 变压器次级端短接后， 测量初级电感量， 所测的值就近似等于输出变压器的漏电 感了。 图2是变压器耦合的功率放大电路的等效电路。 图 中 ， L1、 L2为 输 出 变 压 器 初 、 次 级 端 的 线 圈 电 感 量， N1、 N2为初、 次级线圈的圈数， LS1、 LS2分别为输出变 压器初、 次级线圈的漏感， rL代表的是输出变压器的负载 电阻。 将输出变压器的次级全部折合到初级以后的等效电 路这里不谈及， 具体的知识请参考相应的书籍。 总之， 对于输出变压器来说， 漏感的大小主要影响 功率放大器高频段的频率特性， 频率越高， 漏感越大， 引 起的分压就越大， 使得高频区的输出降低越厉害， 频率特 性也就越差； 初级电感量的大小， 主要影响放大器在低频 段的频率特性， 电感越小， 功率管内阻上的压降就越大， 频率越低， 在低频段的放大倍数下降越快。 当然， 不仅是 漏感影响放大器的高频特性， 在制作输出变压器时， 初级 线圈的分布电容所带来的影响也不可忽略 （在图2中， 将 输出电容所带来的影响忽略了， 它与输出变压器的初级 线圈呈并联关系）。 在低频段和中频段， 由于分布电容的 容抗很大， 相比于电子管的内阻而言可看作是开路而忽 略掉它对幅频特性的影响， 但是在高频段， 它的影响不可 忽略， 分布电容的容抗会随着频率的升高而降低， 当频率 越高时， 不仅漏感对负载的分压作用越来越显著， 同时分 布电容的分流作用也越显著， 所以对于高频特性而言， 输 出变压器的漏感和分布电容是影响它的重要因素。 要想使 输出变压器的高频特性优良， 其分布电容、 漏感是越小越 好。 输出变压器的设计同时又是一门各个参数和听感特性
由变压器耦合的单端功率放大器的等效电路可以得
到：
η=
Ra
=
Ra
（
N1
2
）
2
rL
=N
r1+r′2+Ra R最佳 R最佳
由于考虑到传输效率的问题， 将初、 次级匝数比进
行修正为：
姨 N1 = R最佳η
N2
rL
在设计时通常取r′2≈r1， r′2是次级线圈损耗电阻r2折合
到初级的等效损耗电阻， 则可以得到
二、 如何选择功率管
最重要的是必须根据对放大器输出功率的要求来选
择适合电路需要的功率管。 确定输出变压器的效率
后， 根据放大器的输出功率PL， 算出电子管应该输 出的功率P1：
P1=
PL η
然后， 还要根据屏极效率来算出屏极电源应该
供给的直流功率， 这里用P0来代表。 为了同变压器 的传输效率区别， 电子管的屏极效率用ηa来表示：
甲类基础上的， 知道了单端甲类机器的设计要点， 就能大
致了解到甲乙类放大器的基本要点。 最常见的输出变压器
耦合的功率放大器， 其原理图如图1所示。
一、 输出变压器
谈到这个简单的结构， 不可避免地要谈到电路中所
采用到的一个重要部件— ——输出变压器， 对它， 这里介绍
一些必须了解的基本特性， 其他的请参考相关资料。
P0=
P1 ηa
由于在甲类放大器中， 没有信号输入时， 电子
管屏极的功耗是最大的， 此时它等于输入的直流功
率， 所以可以知道电子管的最大屏耗Pamax＝P0。 在通 常的帘栅管甲类放大器中， 其屏极效率约为1/3 (仅
针对多极功率管而言， 对于三极管来说， 其屏极效
率更低一些， 通常只有20％左右)， 所以， Pamax≈3P1 从电子管手册中， 查找满足这个条件的功率管， 例
P1 怎样才能提高输出变压器的效率呢？ 首要的因素是 减少线圈的损耗， 这就要采用较粗的导线来绕制， 但这个
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要求同样会使输出变压器的体积变大， 成本也会大大增 加， 它们之间是互相矛盾的， 所以在设计时要让效率、 体 积、 成本三者兼顾 。 对于5W以下的小功率变压器而言 ， 可以将它的效率取为0.7～0.8； 对于5～100W的， 可将效率 取为0.8～0.9之间； 大于100W的， 可以取0.9～0.95之间。
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胆机和电子管的 基础知识（七）
□ 田庆松
胆机看上去好像好简单似的， 很少的几个元器件， 外加几个大个头的电源变压器、 输出变压器和几只电子 管， 眼看着 “泡” 中的灯光亮起， 美妙的声音就缓缓地从 音箱中流了出来。 真的很简单吗？ 其实不然。 同样的几个 元件， 不同的朋友做出来， 结果却截然不同。 当接触了越 来越多的胆机后， 你会发觉， 原来， 看似简单的机器， 其 实蕴藏着很多的知识， 看似简单的电路， 要做好， 也并不 容易。 所有的这些， 有赖于学好基础知识。 上一讲介绍了 放大器的失真问题， 这里继续谈论它的其他一些重要问 题。
L1≥Ra/2πfn 式中fn为放大器的下限频率。 为了使放大器高频端的频率失真不超过规定数值， 在设计时所能容许的漏感数值可以通过下式计算： LS≤ （Ri+Ra） /2πfm 式 中fm为 放 大 器 的 上 限 频 率 ， Ri为 电 子 管 的 内 阻 ， Ra为负载电阻。 在采用帘栅管的功率放大器中， 由于其内阻Ri很大， 通过上面的公式可以看到， 它所容许的变压器漏感较大。 通常变压器所具有的漏感都比这个数值要小， 所以在用 帘栅管或五极管作功率管的放大器在设计时， 对于其所 用的输出变压器， 可以不用太考虑它的漏感。 为了拓宽其 频率响应， 在绕制时更重要的是考虑其分布电容的影响。 这一点， 多极管和三极管有着截然不同的区别 (三极管作 功率管时， 由于其内阻较低， 根据上面的公式可以看出 来， 此时输出变压器的漏感则是首要考虑的对象)。 当然， 不同形式的功率管， 要想达到同样的高频特性， 它们对漏 感的要求是不同的。 对于多极管来讲， 输出变压器的漏感 可以容许到较大的程度而不会对其高频特性产生明显的 影响， 而对于三极管来讲， 则漏感要求是越低越好。 从这 儿来看， 对五极管 （或束射管） 和三极管来讲， 它们是不 能公用同样一只输出变压器的， 至少三极功率管不能使 用专门为多极功率管而设计的输出变压器， 否则其高频 特性有时候会出现较明显的区别， 这是由于管子内阻的 不同所引起的。 出现这样的现象， 我们不能武断地判定是 输出变压器的高频特性问题， 而应该考虑到是我们应用上 的失误所造成的影响。 3. 初、 次级线圈的损耗电阻r1、 r2 初、 次级线圈的损耗是影响输出变压器效率的重要 因素， 这个损耗就是线圈自身的直流电阻， 它使得真正输 送到负载上的功率PL总是小于电子管输送到变压器初级线 圈上的功率P1。 输出变压器的效率η为： η= PL
2009 年 第 3 期 83
Ra最佳=
（
N1 N2
）
2rL
则
姨 N1 =
N2
Ra最佳 rL
2. 初级电感和漏电感
输出变压器在相当大程度上决定了一个胆机电路性
能的好坏， 而决定一个输出变压器频率特性的有两个很
重要的因素， 一个是初级线圈的电感量， 它决定了输出变
压器的低频特性， 还有一个是输出变压器的漏感， 它主要