胆机用Hi-Fi输出变压器的制作

1 胆机用 Hi Fi 输出变压器的制作 胆机上使用的 Hi Fi 输出变压器是高保真音响设备中的关键元件 其自制时 相关技术要求 绕制数 据 制作工艺以及硅钢片 漆包线等的品质均直接影响胆机的音质效果和音量 所以 广大音响爱好 者倍加重视胆机用 Hi Fi 输出变压器的设计与制作工艺是理所当然的 下面笔者根据胆机输出变压器 的工作原理 结合多年来的自制经验和体会 尽可能详尽地介绍其设计与制作工艺问题 供参考 一 输出变压器的绕制要求 一 输出变压器的绕制要求 原则上讲 这种变压器与普通音频输出变压器的绕制要求基本相似 只是在线圈的排列方式上有 所不同 为了增加初级线圈的电感量 保证频率响应向低频端伸展 并同时不减少它的漏感 以使高 频特性得到改善 经音响界前辈们的不断努力探索和实践 认为采取初次级交叉分段的独特方式进行 绕制 可以满足 Hi Fi 的要求 见图 1 其主要技术性能要求如下 1 在频率范围为 20 15000Hz 时 失真度应 1dB 2 胆管的屏压 UP 应为 316V 屏流 IP 为 0 08A 反馈系数 K 为 5 输出功率 P2 为 8 5W 3 变压器的初级阻抗 IPP 为 10k 次级阻抗 Z2 为 0 4 8 16 变压器的效率 为 85 二 输出变压器的绕制数据 二 输出变压器的绕制数据 依据上述技术要求 可以运用公式求出变压器及其在绕制变压器时所需掌握的数据 1 初级线圈的电感量 失真系数 m 1 12 时 2 铁芯截面积 经查阅常用铁芯规格资料 应选用 CIEB22 标准铁芯型号 其有效截面积 SC 2 2 3 3 0 91 6 6cm2 磁路长度为 LC 12 4cm 3 线圈匝数比 当次级阻抗为 4 8 16 时 4 初级线圈总匝数 2 5 中心抽头 B 至 G2 的匝数 6 次级线圈匝数 视次级阻抗而定 N2 N1 n1 3446 46 75 N2 N1 n2 3446 32 6 106 N2 N1 n3 3446 23 150 7 初级线圈平均电流 I1 IP 2 0 08 2 0 04A 8 次级线圈电流 当 Z2 分别为 4 8 16 时 9 初级线圈导线直径 初级线圈导线直径 视次级阻抗而定 最终计算结果见附表 三 输出变压器的绕制工艺 三 输出变压器的绕制工艺 绕制工艺问题是制作 Hi Fi 输出变压器的关键工序所在 变压器的铁芯 线圈用漆包线及在制作 中所用的材料的选取 都是至关重要的 1 为了减少和尽可能避免铁芯产生的磁滞损失和涡流损失 在绕制时应优先选用导磁系数较高的 互相之间绝缘的薄型硅 硅 钢片或铁铝合金片 使涡流只局限于薄片之间 如果铁芯质量很好 只是 每片之间的绝缘性能不佳 补救的方法是 用香蕉水稀释硝基清漆 喷涂在铁芯片的其中一面 再用 烘箱烤干 若用万用表测量每片之间的绝缘电阻为 则为绝缘合乎要求 3 2 线圈绕组应选取具有良好绝缘的漆包线 沙包线或丝包线 绕制低频音频输出变压器一般采用 高强度漆包线 即聚酯薄漆膜 QZ 2 型 若框架允许时 最好采用厚漆膜 QZ 1 型漆包线 3 初级与次级线圈之间应采用无纤维状电缆纸等介电常数小的材料作绝缘 不宜采用介电常数较 大的聚酯薄膜等材料作组间绝缘 否则会增大分布电容 影响其正常工作 4 初级和次级线圈应按同一方向的顺序绕制 初级线圈被夹在两组次级线圈之间 并注意同名端 见 符号 如图 1 所示 每绕完一组 应注明编号或作好记录 5 次级绕组有三种情况 即 0 4 8 16 应根据所配接的扬声器阻抗来确定圈数和线径 有关 数据见附表 6 线圈绕制完毕 初级采用串联方式进行连接 次级采用先并联后串联方式连接 连接时应仔细 按事先注明的编号进行连接 否则极易造成线圈接头接反或人为短路 连接方式和方法如图 2 所示 7 先将线圈进行除潮处理 再浸绝缘清漆和烘干处理 然后用铁芯 2 3 片交插装入线圈骨架内 装入铁芯时不要用力过猛 以防损伤线圈骨架和导线绝缘层 装好后用螺栓固定紧 胆机输出变压器在电子管功放电路中是必不可少的 其质量好坏直接决定胆机性能 对其进行 设计和计算不可掉以轻心 焊机派发烧友历经备料 绕制 装配 浸漆烘干等千辛万苦 最后测试发 现总有些指标无法令人满意 其实这不怪制作者 因为现有的资料中 许多问题不甚明了 下面谈谈 容易被忽略的问题 1 1 阻抗计算 阻抗计算 有基础的发烧友都知道 变压器线圈一次侧与二次侧匝数比的平方等于阻抗比 即 R1 R2 n1 n2 2 但往往忽略了线圈的铜阻 设一次侧铜阻为 r1 二次侧铜阻为 r2 变压器由匝数比 n 把二次侧喇叭 阻抗 Rx 反射回一次侧等效阻抗为 R 并与铜阻相串联 输出总阻抗为 Ro 则 Ro R r1 Z2 式中 Z2 为 二次侧铜阻通过变压比 n 反射回一次侧的等效二次侧铜阻 它等于 r2n2 上式即变为 Ro R r1 r2n2 一只合理布置线圈的变压器 即一次侧与二次侧线圈中电流密度相等的变压器 其一次侧铜阻 r1 应该 等于二次侧铜阻通过电压比 n 反射回一次侧的铜阻 Z2 即 r1 Z2 故变压器总铜损 r1 Z2 2r1 这样 前式又变为 R R 2r1 或 R Ro 2r1 请记住该计算公式 您经常会使用它 例 1 某音频输出变压器输出阻抗 Ro 5k r1 350 二次侧负荷为 8 求匝数比 n n R Rr 1 2 Ro 2r1 Rr 1 2 5000 700 8 1 2 23 2 如果不考虑铜阻 其结果为 n 25 制作出的变压器阻抗将不是 5000 而变成了 5700 误差由此产 生 输出变压器铁心中的磁感应强度很低 远低于电源变压器 铁损较小 故损失主要是铜损 变压 4 器中有效阻抗 R n2R 无效阻抗 r1 Z2 2r1 有效阻抗 R 在总阻抗 Ro 中所占比例即为变压器的效率 故 Ro 2r1 Ro 在例 1 中 5000 700 5000 86 2 2 用线直径 用线直径 首先应考虑电流密度 一般不大于 2 5A mm2 考究的选 2A mm2 其次考虑变压器效率 即给直流 电阻定出了不大于某值的指标 如 Ro 5000 的变压器 如果 90 2r1 10 则 2r1 500 r1 250 通常第一条要服从于第二条 计算时先测量每匝平均长度 乘以匝数 得一次 侧线总长度 再查该规格线每米电阻 乘以总长度 即得一次侧直流电阻 若不合格 再选别的规格 线径 当一次侧选线决定后 二次侧选线的标准如下 在一个有两侧线圈的变压器中 只有当两侧线圈中的电流密度相等时才是最合理用线 设一次侧线径 为 d1 二次侧线径为 d2 匝数比为 n 根据变压器原理 n U1 U2 I2 I1 电流与电压成反比 而一次侧 二次侧电流密度相等同 导线截面积 S 与电流 I 成正比 故 I2 I1 S2 S1 面积比为直径比的平方 S2 S1 d2 d1 2 连起来为 n U1 U2 I2 I1 S2 S1 d2 d1 2 故 d2 d1 n1 2 请牢记此公式 只有按此公式算出的用线直径比 一次侧 二次侧电流密度才相等 用线也最合理 例 2 某输出变压器一次侧用线为 0 25mm n 25 1 二次侧用线直径为 d2 d1 n1 2 0 25 251 2 1 25mm 3 3 气隙计算 气隙计算 甲类单端输出变压器中有直流电流通过 为避免铁心磁饱和 将铁心由对插改为顺插 同时留有 气隙 该气隙大小至关重要 太小则铁心易磁饱和 太大又使电感量不足 在变压器铁心中决定磁感 应强度的因素是磁动势 也叫磁场强度 即 H I n 单位为安 匝 A T n 为匝数 I 为电流 在磁 动势压力作用下 导磁材料中将产生磁感应强度 因此磁动势 H 越大则铁心中磁感应强度也越高 大 到一定程度 铁心导磁率 迅速下降 铁心便磁饱和了 这时应加大气隙 控制磁感应强度 有气隙 的变压器 其气隙宽度 I n r 式中 r 为不同导磁材料的实用系数 从前 在冶金技术落后的情 况下 r 1 8 10 4 cm A T 而对于现在常用的质地优良的硅钢片 r 1 10 4 cm A T 气隙宽度与 铁心大小无关 例 3 某甲类单端输出变压器 一次侧线圈 n1 3000T 由 300B 推动 板流 Ia 80mA 求气隙 I n r 0 08 3000 1 10 4 0 024cm 0 24mm 电感量的测试条件不同时所测得的数据也不相同 一般有以下几种 1 初始电感 电感表测得的空载电感则为初始电感 这种数据只对无负载的频率校正网络有用 因为其条件与 输出变压器工作条件相差甚远 所以用处不大 2 交流电感 在变压器一次侧加载交流电压所测出的数据便为交流电感 但必须附加测试条件 如频率 电压 该办法测得的电感对推挽输出变压器有用 因其测试条件符合推挽输出变压器的实际工况 3 加载直流工作电流后的电感 适合甲类单端机用的有气隙输出变压器 电源滤波抗流圈 该方法测试手段比较复杂 一般可用 测得的交流电感数值的 70 左右估作加载直流工作电流后的电感 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 5 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 6 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 7 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 8 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