再谈输出变压器

输出变压器

　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（dynamic renge）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：所要求之低频率。

    初级漏感（pri-leakage inductance）Ls
            Ls=K·Ra- r1/2πfmax
    其中：fmax系所要求之高频率，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）佳负载阻抗（optimum plate load）；Ra-a系推挽放大器（push-pull）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（freguency response）。

    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）S S（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）。

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本文刊于：2010-10-1 21:12:20

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