浅谈输出变压器的绕制工艺及电子管功放的仿作.doc

浅谈输出变压器的绕制工艺及电子管功放的仿作（转）浅谈输出变压器的绕制工艺及电子管功放的仿作电子管功放的电路到八十年代已发展到了极限,各家的电子管功放风格各异,声音表现各不相同,无它,不过各有输出变压器的绕制秘方罢了。有人说电子管功放80%的声音表现源自输出变压器,金玉良言也,再好的电路,再精良的元件,最终没有一只好的输出变压器来保证,一切努力只能白费。为了绕制一只靓声的输出变压器,笔者作过许多次试验,请教了不少国内知名专家和发烧友，甚至动手拆解了一只“斯巴克”560电子管功放的输出变压器，积累了一些绕制输出变压器的经验。下面就仿制一台意大利电子管功放来探讨一下输出变压器的绕制工艺。本机是单端输出,输出变压器初级电流同相,不能采用双向对插铁芯而只能采用单向对插铁芯,在铁芯中留有气隙,为了避免磁饱合,同时又要保持足够大的初级电感量,必须采用比同功率推挽机更大的铁芯;输出变压器层间漏电感的存在,使音频信号耦合率下降,对低频信号有很大的衰减,输出变压器层间分布电容的存在,对音频信号的高频有极大的衰减,直接导致音频信号在整个频带内的不均匀传输,是失真增大的主要因素。因此为了削弱极少的漏电感就要采用初次级分层绕制的方法,以增加初次级的耦合提高电感量;为了削弱极少的分布电容就要采用初级每层分段的特殊绕法,以降低分布电容对高频的衰减,只有这样,才能使输出变压器的幅频特性保持平直,一般要求输出变压器初级电感量与漏电感的比值要大于10000。同时,为了克服扬声器反电动势对负反馈的影响,本机输出变压器采用了单独的反馈绕组,而不象大部分的电子管功放,直接从扬声器低阻抗绕组(4欧姆)上取负反馈,在反馈绕组的处理上,笔者经过实验认为必须采用与扬声器绕组同样的分层绕制方法,否则将影响音质,甚至整机安全性,这主要因为,如果不分层的话,反馈绕组只能在很窄的频带内传输,与分段分层的扬声器绕组的频带不一样宽,这样一来,从高频到低频的反馈量就会不一致,假如高频频响差的话，那么,高端的反馈量就相应减少,或根本没有,导致放大器的高频放大倍数比低频放大倍数大，极易产生高频自激，所以反馈绕组也要采用分层绕制,以改善频响特性及整机工作的可靠程度。具体方法笔者采用的是初级分四层(四层已足够,再多会增大分布电容),次级及反馈绕阻各分三层夹在初级中间,层间绝缘使用电话纸,由于是单端输出,不需象推挽机那样分段分层,只需分层即可，绕制方法大大简化,如要求频响更宽一点,次级绕组也可分为四层或五层,但对于只传输音频的输出变压器来说，效果不是太明显,三层已足够，初级及次级匝数可由常见公式计算而得,反馈绕阻与初级的匝数比约为1:15-20，日本名牌-TANGO-的一款H708输出变压器，反馈绕组与欧绕组的匝数比为1.4:1,基本与此比例相同，铁芯要采用冷轧晶粒有取矽钢片,国产进口皆可，如日本的Z11、Z10等,笔者用的是新日铁50H1300片,舌宽40mm，叠厚60mm，折算成电源变压器约500w,比极典的成品输出变压器要略大一点,以更好的克服磁饱和,增加电感量,改善低频，这也算是土炮的一大优点吧，可以不必象厂机那样斤斤计较成本问题，力求尽善尽美,这也是我们电子管友追求的终极目标。 自从愿打愿挨的成了电子管功放的铁杆保皇派之后,焊机成了主要的乐趣。意大利的 Unison电子管功放一向以其美仑美奂的外表闻明,其最新的Simply Four电子管功放秉承了其一贯卓尔不凡的外表,后级竟别出心裁的采用了两只EL34并联单端输出的电路,单端输出的功放音色丰满润泽,笔者心仪已久,各电子管功放大厂均推出了以电子管王300为输出管的单端功放作为其旗舰产品,如Unison本厂的Palladiano后级，用威尼斯中世纪建筑师的名字命名，用四只300B单端并联，售价达20多万人民币，日本Audio Note更是多款300B电子管功放售价上万美金，比一辆中档轿车还贵，国产极典的300B电子管功放甚至获的了日本的年度大奖。在如今300B价高难觅的前提下,用EL34并联提高功率,尝试一下单端输出的风味,不失为一个现实的作法,记的日本发烧友就以一款EL34并联的单端功放获得过MJ杂志放大器制作竞赛的大奖,并且国产的-曙光-EL34一向口碑甚好，比起国产KT88类束射管名声要大的多，想到此处,笔者不禁产生了一仿名机Simply Four,尝单端输出的想法。 Simply Four原机使用三只12AU7,四只EL34,每声道采用双三极管12AU7中的一只作前级放大,一只12AU7的双三极管并联来推动两只EL34并联作单端输出,在电路上并没有特别的地方。此机前级放大没有采用例行的高U管如12AX7等,估计是一种较为现代的设计吧,目前常用的信号源如CD机的输出信号幅度比以前的LP大许多,对前级来说,放大已经不是主要问题,采用中U的12AU7等可增大输入范围,提高动态,对失真度也有改善,何乐而不为呢! 仿制机的线路图如下,全部是经典的电子管功放电路,EL34两只并联虽然输出功率加倍，但需要比单管更大的推动电压,按正常情况由一只12AU7推动,恐怕勉为其难,即使能够工作,也是工作在极限状态,安全性是个问题,线性也不好,因此推动级采用了两只三极管并联来提高放大倍数,降低内阻,以便更好的与后级匹配,原Simply Four有两种型号,后缀有“T”的是EL34接成三极管方式工作,输出功率14瓦,后缀有“P”的是EL34以五极管方式工作,输出功率24瓦,本机采用的是三极管工作方式,以追求类似于300B的较细致、纯净、滑润的声音。末级电路采用自给偏压方式,因为并联的两只EL34参数不可能完全一致,故每只EL34都有自己的偏压电阻和旁路电容,对交流信号来说,两管的阴极还是连在一起得。因本地的电源电压波动很大,原来准备采用晶体管稳压电路,一来稳压,二来去除滤波电路中最容易感染噪音的电感,但在实际使用中发现用于末级的大电流稳压电路工作起来不是太稳定,电源调整管发热厉害,最后只有与原机电路一样,使用传统的LC滤波,为使机器能够正常稳定的工作,通过一个交流稳压器与电源相连,同时给电感套上了一个屏蔽罩。 古董电子管功放由于采用电子管整流,灯丝充分预热之后才引入高压,对延长电子管的寿命有很大的帮助,象六、七十年代生产的用6Z4整流的电子管收音机使用到现在仍完好如初,而现代电子管功放大都采用晶体管整流,开机瞬间即引入高压,灯丝没有为阴极充分预热,极易引起阴极喜欢的故障,影响电子管管的寿命,本机为保护电子管管,加入了高压延时供电。要知道电子管管的寿命一直是最令我们这些保皇派汗津的话题,因此在焊制电子管功放时总是优选可以延长电子管管寿命的电路和参数,以此来反击非电子管派的质疑,象北京关氏的K6电子管功放,6P3P用到400多伏的屏压,我是万万不敢的。灯丝采用交流供电也源于此,直流供电由于灯丝两端存在电位差,极易引起一端过度损耗影响寿命,而交流供电则无此忧。至于音质孰优孰劣,以我的耳朵和器材还不能区别,但烧界公认交流供电低频最厚声。而且通过实践发现,只要合理的布线和接地,交流供电也很难感应噪音,且不说一些可称为经典的古董机大都交流供电,笔者曾焊过武汉力神的马兰士7套件,交流灯丝,噪音低不可闻。 本机12AU7采用的是北京电子管厂的出口型12AU7,据说原机的12AU7即是从北京厂定购，经测试挑选后,打上自己商标使用的。EL34原机使用的是俄罗斯Sovtek厂的EL34G,此电子管在国内已有销售且评价不凡,在南方有不少烧友使用,本机用的是曙光厂号称十万小时寿命的EL34A,北京电子管厂目前也生产EL34,并应用于北京产的欧博电子管功放上,有机会的话也可一试.(不同时期、不同厂家产的电子管管相比较,也是玩电子管的乐趣之一)。音量电位器采用日本金属封装的黑色大ALPS,虽价格比目前国内各发烧功放厂家采用的蓝色塑料封装的ALPS贵,但绝时物有所值,音量电位器作为音频信号的直接通道,再多的投资也值得。电阻一律采用国产大红炮,由于严格按军工标准生产,其质量并不逊色于名厂产品,唯名气稍逊，需要注意的是电阻的瓦数要足够，例如EL34偏压电阻就可采用三支12K/3W电阻并联，以避免因电阻功率不够使电路产生故障。滤波电容为日本的Rubbcon,使用国产品最好测量一下耐压和漏电，电源退耦电容为ELNA,耦合电容用的是SOLEN,但试过本地一军工厂(号称全国最大电容器厂)生产的白色方型CBB电容,效果也不错,但缺乏使用名牌的虚荣心，其它电容一律为红色WIMA的拆机品,胜在便宜,质量也不错。在电路上何处采用何种元件更靓声,本就是一个仁者见仁,智者见智的问题,并不是把一堆补品元件堆焊在一起就一定会出靓声。具体制作时,可根据自己的实际情况选用不同的元器件,这也算是焊机的乐趣吧。 Unison电子管功放的声音素质无疑是一流的,但给人留下最深印象的却是如工艺品般的产品外观,仿制品的外观也如法炮制。机壳采用1.5mm厚装饰用哑光不锈钢制作,变压器罩采用同样厚的白铁板制作,喷上黑漆罩在三个变压器上,本地盛产枣木,用枣木代替原机的樱桃木外饰,那种润滑细腻的感觉有过之而不及,制成后的机壳古色古香,在柔和的灯光下散发出浓郁的文化气息,博得观者一致赞叹。值得一提的是目前各地装饰业飞速发展,各种厚度的铜板、铝板、不锈钢板均可在装饰门市买到,有的还负责加工,解决了土炮发烧特别是电子管功放制作最为头疼的机壳问题,各位烧友可结合本地实际情况打造出具有自己风格的机壳,只要功夫下到,一定可以拥有不亚于Unison的机壳。全机制作非常简单,搭棚或电路板都可,可根据各自条件决定,因采用自给偏压，基本不用调试,需注意的是接地问题。电子管功放的接地一般有三种形式,即输入端子、输出端子以及电源滤波电容处,经过反复试验,本机选择了输入端子处作为接地点,对于不同的制作来说,可能有所不同。所有接地均先在本极阴极电阻处联接,然后接到输入端子地端,电源从滤波电容地端直连,最后在此一点接地，这是经过实践考验的一种成熟的接地方法。附录：本机输出变压器的设计 1.初级电感量： L=Zpp/2f M*M-1 f为输出变压器最低工作频率,可取20Hz, M为频带的不均匀度,一般认为是中心频率400Hz或1000Hz与f的分贝比，1db时为1.12,2db时为1.28,3db时为1.41,Zpp为电子管的屏极负载阻抗,经查手册,本机工作状态下单管为6K双管为3K。 L=3000/6.28*20 1.12*1.12-1 =47H 2.初级圈数: N1=200 L*Lc/Sc Lc为铁心磁路长度,Sc为铁心截面积,本机使用40*60铁心,经计算N1为2400圈。 3.初次级圈数比： A= Zpp*n/R n为变压器效率，一般取0.85,R为次级阻抗,取8、4。 A1= 3000*0.85/8 =18 A2=3000*0.85/4=25 4.次级圈数: N2=N1/A1=2400/18=133(8圈数) N3=N1/A2=2400/25=96(4圈数) 5.反馈绕组圈数: N3=2400/15=160自己绕制输出变压器作者：J.R. Langham翻译：Peter,想当年我还从来没有绕制过输出牛的时候，我仅仅是刚对无线电感兴趣，我也没有从事无线电这一行。我仅是一个业余爱好者。那时，手头很紧，我还没有能力给我的胆机买一个好点的输出牛。仅有一个39分的开口玩意儿，失真而且频宽很窄。我很渴望能够花费10到12元买个hi-fi的，但我却没有绿油油的钞票。YL把这个特别的念头塞给我：“为什么你不自己做？”“我？自己绕个输出牛？”有点儿荒谬！绕变压器可是神秘的电子学权威专有的深奥艺术。这个简直不可想象。不过我听说我一个人自己绕过变压器，我去拜访了他。他说我听，我带去了啤酒和我的敬意，他给了我一个旧的烧坏的300毫安的电源变压器和一些绝缘纸。“这个，”他说，“这个就可以制作你可爱的输出牛了。”我忍不住了：“我这么做呢？”“首先，打开它，把叠钢片散开。加热钢片然后慢慢冷却，这样钢片就会变软。仔细测量窗口的大小用来决定你能绕制的圈数。你知道你要的阻抗比，也就知道了匝数比。找个绕线器，初级大概绕窗口的一半机壳，至少绕3组次级将他们并联。这样高频好。设计吧。”我带着战利品回了家。溶化掉变压器的焦油，把那个丑陋的东东搞出来，敲开叠钢片，在技术学校的电炉上加热他们。这是为了退火和软化。必须要缓慢冷却。我花费了一个早上慢慢地升高温度，然后关掉电炉，把叠钢片关在里面。周六放进去，周一的时候去出来。嗯，记事本告诉了我大部分的秘密：转换效率变化取决于窗口中铜线的多少；低频响应取决于初级电感；高频取决于泄露电感（多数情况）。我知道不必担心电容问题，因为是应用于电子管到音箱的低阻抗用途。我需要的2A3到喇叭的阻抗比是5000:16或312.5。变压器线圈比率是该值的平方根约17.7。也就是初级是次级线圈的17.7倍。我忘记了当时的窗口的直径，但我记得初级定的是6000匝，28号线，次级是6000/17.7=340匝。我的那个朋友告诉我至少要三组次级，不明白有什么意义。我给他打电话，“为什么，很简单，”他回答，“为了得到好高频响应，必须要有好的耦合。所以制作3个次级：一个贴着铁心，一个在初级的两个一半的中间，第三个在外层。这样你才能使初级和次级耦合充分。然后，将次级并联就可以了。”“但我计算的340匝的次级”“那很好，”他说，“做三组，连起来。用小一点儿的线径就可以绕三组了”“但关于高频响应得问题，”我说，“书上说泄露电感也很重要”“那仅仅是用来测量耦合的，低阻抗应用时耦合就是高频响应得最大影响因素。忘掉电容问题吧。”我又在绕线器边儿坐下来，计算。3X340=1020匝需要塞进那个小空间，还要加上绝缘纸的厚度。12号线比较合适，11号线有点大。我画了草图。（见图）接下来是实际问题了：怎样绕制呢。技术学校有几个梭板，管理员说只要保证清洁就可以用。我加了一个计数器来监控匝数。我还有旧的纸绕线模板，我把旧线剥掉。然后我锯了块木头，恰好能放进模型，搞来线。又一次拜访了我的朋友，演示了如何固定每层绕组的末端，然后我就开始了。进行的比我料想的顺利的多。实际上一点儿也不难。就是单调乏味。加计数器和安装线轴滚筒花费了大部分时间。我带了一付厚手套，用手来供线。用大剪刀小心的去掉绝缘层，尽可能整洁地连线。YL和我那晚上约会，我们用来把硅钢片重新插上，然后重新灌装了变压器。她妈妈现在还愤恨我们用一个炖锅来加热焦油灌装到变压器盒里。我们虽然把锅搞干净了，但可能没有弄到她想象的干净。Tar完全不会有什么害处，小时候我们还用来磨牙呢。输出牛在封装和焊接引线时还是热的，我们没有测试是否短路和开路什么的，仅仅是封好焊接上。但他工作非常稳定，我发誓听到了以前听不到的低频和高频。原来的39分的便宜货给了YL的弟弟做另一个无线电了。但是那个输出牛是由错误的，好几处错误。初级的两部分并不平衡，整个东西太大太笨拙。后来我的财政状况好转，YL也成立我的夫人XYL，我也有能力买一个大的优质输出牛，并且作了新功放。这个老残骸在家里放置了好多年，后来给了一位朋友。我从来没对这个输出牛做过测试。新主人进行了测试。我看到结果非常惊讶。他在乙类6L6PA胆机中使用，电流负载输出，并且他在线路中放进音频振荡器作为信号跟踪装置。他发现了问题，然后空闲时候电话告诉了我。输出牛在20周的时候很快下降，高频延伸到16Kc。他告诉我是我很怀疑，所以他从机箱上卸下这个大家伙，做了测试。半功率时频响是11周23K周，下降3db。效率是87%，30瓦处未发现失真。这就是他能测量的。所有都是无反馈条件。输出牛听起来仿佛比我带来的好。假定的曲线1db时为20周20K周，但却在12K周时截至了。这样我就有了一个新工作，在实验室了测试一系列的标准输出牛，我发现了一件惊人的事实：没有任何“高保真”的输出牛符合他们宣传品上的曲线。事实上，多数根本就不贴边。仅有2种输出牛符合他们的说明书。很快，我们发现无法从商业公司那儿得到真正好的变压器，所以我们必须自己绕。绕制方法与我的方法大多数一致。我从美国海军搞到一些图片，他们展示了实验室里制作输出牛的过程，而且我们制作了很多。我为自己和朋友们制作了很多输出牛。我基本上使用了最初老型号使用的工艺。我试验找一个大的旧电源变压器（