[经验心得] 胆机输出牛的快速设计

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发表于 2005-6-17 21:02 | 显示全部楼层
设计胆机的输出变压器的资料已经不少,本文结合自己近期要制作的4P1S牛输出耳放,对如何抓住要点进行快速设计作一探讨,以供大家参考并期望抛砖引玉:

          输出变压器的设计要点:
◎负载阻抗
◎初级电感
◎铁芯截面
◎绕组参数
◎绕制工艺
     具备了这五个要点,就可以刻画出一头输出牛的基本“脾气”了。
一、负载阻抗
   很多常用的电子管都可以从厂家的技术参数中查到推荐的典型应用阻抗值,但是往往DIYER要做的电路不一定都是所谓的“典型应用”,用胆管做耳放就是一个明显的例子。所以从电子管的特性曲线上去寻求一个符合自己特定应用条件负载阻抗,才是正途。

    图一是4P1S的特性曲线图,为了求得最佳的负载阻抗,我们选择了图上过ABC三点的负载线,负载线确定的原则是:尽可能地利用最大屏耗允许线(图中往下弯的那条曲线)下的有效面积,这样才能发挥管子的最大潜力。
图中A点是栅偏压为0的点,在这里达到了屏流的上限(横坐标:Imax=73mA),同时也是屏压的下限(纵坐标:Umin=75V);B点是我们的静态工作点,无信号时管子的屏流I0=40mA,屏压为170V;C点是屏压的上限:265V 同时也是屏流的下限:3mA.
通过这些数据,我们就可以计算出对应于这条负载线的输出阻抗:

Rp = (Umax-Umin)/(Imax-Imin) = (265-75)/(0.073-0.003) = 2714  取:2700(欧姆)

二、初级电感

         Lp = Rp/6.28*f0*根号M2-1

    其中,f0是我们设计的下限频率,这里取20Hz ;M2(2表示是M的平方,下同,在这里写公式真费劲!),M是该下限频率相对应于中频的滚降,通常取2-3(db);我们取3(实践证明:输出变压器的低端滚降并非越小越好,电感过大将会使得分布电容难以控制,从而成为高频响应的“瓶颈”)。

         Lp =  2700/6.28*20*2.828 = 7.6(H) 取:8(H)
      
三、铁芯截面

         Sc = 300Lp*I02 = 300*8*0.0016 = 3.84 (CM2)   取:5.32 (CM2)

    我们从标准的1.9CM舌宽的硅钢片中选取叠厚为2.8CM的标准值:1.9*2.8 = 5.32 (CM2),这样就有比较大的富裕度了。请注意:以上经验公式的系数300是按国产硅钢片的导磁率求得的,如果用新日铁Z11这样的高导磁率片子又会如何呢?这没关系,只能说明我们留有的富裕度更大,对于单端出牛来说,是求之不得的。   

四、绕组参数
1) 初级:Np =     45*Lp*I0*1000/Sc = 45*8*40/5.32 = 2706 (匝)   取:2700 (匝)   

2) 次级(8欧):Ns(8) = Np/根号(Rp*效率/8)= 2700/根号(2700*0.75/8)=170 (匝)

3) 次级(300欧):Ns(300) = Np/根号(Rp*效率/300)= 2700/根号(2700*0.75/300) = 1039 (匝)

  其中效率在小型变压器中取:75%  ,为了后面的分三段绕制工艺,300欧绕组匝数取:1035(匝),每段345匝
   初级线径:Dp = 0.75根号I0 = 0.75*0.2 =0.15 (mm)   
    次级线径:Ds(8欧)=   Dp(8)/根号(Ns(8)/Np)= 0.15/0.25 = 0.6 (mm)
    为了实现三段并联的绕法,改为用三根0.31漆包线并联,电流值保持一致。
   次级线径:Ds(300欧)= Dp(300)/根号(Ns(300)/Np) = 0.24 (mm)
    考虑到耳机并不需要承载最大输出功率,取初级一样的0.15(mm)就行了。                 
   完成线径计算以后,还要验证所选的线材是否装得下该铁芯的窗口,这要从漆包线的规格表查找  “每厘米可绕圈数”,计算每层带绝缘的厚度,总层数,线包的鼓起系数等等,比较烦琐,可以参考有关资料,不细说了。
单端输出变压器工作中有直流成分流过绕组,所以铁芯只能单向插入并留有气隙:
   气隙宽度: Lg = Np*I0/1600 = 2700*0.04/1600 = 0.07
这是总的气隙宽度,实际气隙取 Lg/2 = 0.035 ,用等厚的绝缘纸垫在E和I的间隙上,将铁芯压紧就可以了。  
         
                             
五、绕制工艺
    为了得到优异的性能,输出变压器的工艺是十分讲究的,我们采用了“次级三夹初级二”的结   构,来达到增大耦合,减少漏感、减少分布电容的目的(见图二)。初级夹在次级之间,可以减少它对铁芯的分布电容;同时次级的始端(线头)接地(0欧姆),也是出于减少分布电容的考虑。
更多的夹层,虽然能进一步减少漏感,但是也会增大分布电容,所以应该适可而止。
出牛的层间绝缘,以薄的电缆纸为佳,聚酯薄膜类的材料介电系数大,最好不用。
漆包线通常用国产QA就可以了,如果不计较成本,用进口的4N铜当然不错,不过要贵上十几倍!
变压器绕好后,还要经过烘干去潮,浸绝缘漆烘干等工艺,才能保证性能稳定。

结束语:
    以上的计算,采用了不少的经验公式,只是给大家提供一个快速进入角色的途径,变压器绕制好了还要通过频响、功率等指标测试,然后上机试听,如果不满意还要反复修改,才能达到靓声的目的。总之,输出变压器的绕制,是一门实践性很强的手艺,只有通过反复试验,才能成为“驯牛”高手。

胆机输出牛的快速设计

胆机输出牛的快速设计


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胆机输出牛的快速设计

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发表于 2005-6-19 13:44 | 显示全部楼层

试试C的输出牛,看看怎样?

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 楼主| 发表于 2005-6-19 13:37 | 显示全部楼层

C型

我也没有试过C型铁芯,从结构看漏磁会比较小,但是成本昂贵也许是用得不多的原因吧。

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发表于 2005-6-19 09:09 | 显示全部楼层

谢谢啦!

还有,C型与EI的听感差别在什么地方?

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 楼主| 发表于 2005-6-18 08:23 | 显示全部楼层

频宽

影响频宽的因素很多,不是仅仅由夹层数来决定的,例如初级电感太大,匝数太多造成分布电容过大,就会使得高频相移变大,从而影响频宽。
本牛的设计目标是20HZ-28KHZ,具体情况还得等待实测数据。

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发表于 2005-6-18 05:59 | 显示全部楼层

好东西,先谢谢,再收下!

另问:3加2的频响最宽是多少呢?

以前不少扩音机牛是这种结构,听起来也还可以呢。我就有一对这种牛。

请老师们再讲一讲结构、类型与音色、频宽的关系好吗?

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 楼主| 发表于 2005-6-18 01:15 | 显示全部楼层

谢J版鼓励!

回楼上同学:
实验没有完成,做完后会上图和大家切磋。

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发表于 2005-6-17 23:23 | 显示全部楼层

很好,非常适合初学者设计应用,加精

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发表于 2005-6-17 22:45 | 显示全部楼层

何不上电路图一观?

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发表于 2005-6-17 21:35 | 显示全部楼层

好文好文,加精,收下,我也有4P1,正好当炮灰,哈哈,D..

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 楼主| 发表于 2005-6-28 01:14 | 显示全部楼层

多谢斑竹提醒!

上机频响测试和照片明天奉上。

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发表于 2005-6-28 00:48 | 显示全部楼层

电感量变无穷大估计还是测试仪器之间的问题

以前测单端牛也遇到过电感量不准的问题

一个小建议,单端牛的频响最好上机实测,这样比较有代表意义,从小信号等效图来看,不同内阻的电子管对频响影响还是有的。不过这样做牛其实已经不错了,测试下来也可以,毕竟加上闭环的话,小于2%的谐波失真还是容易保证的,人耳也不能直接分辨了

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 楼主| 发表于 2005-6-28 00:37 | 显示全部楼层

本输出牛的实测指标

本输出牛的实测数据如下:
文章内容: 今天上午终于收到这个输出牛了,折腾了一天,完成了指标测粗测和上机试听,赶紧把测试结果向诸位汇报一下:
按照上面的参数,次级多了一组300欧绕组,铁心窗口装不下,只得更换为22X33的Z11铁芯。各个绕组的参数都根据22*33=7.26CM2 的截面积重新计算,公式完全按照我上面给出的经验公式,重新计算好的数据图3。
         测试仪器:
1.YAMADA AUDIO GINERATOR TAG-101 低频信号发生器

2.MEGURO(日本目黑) AUTOMATIC DISTORTION METER MAK 6571C 电平表/自动失真度测量仪

3.LG DIGITAL STORAGE OSCILLOSCOPE OS 3060 60MHZ 数字存储示波器

4.FM2812 LRC自动测量仪

实测指标:
1:电感量 H = 6.74
测试条件:空载测量,我在300欧绕组加上直流电流以后电感就变成无穷大了,不知何故?
2:频率响应: 10HZ(-1dB)---50.5KHz(-2dB)
3: 方波测量:
   100HZ 略往右边倾斜
   1KHZ  平整,无过冲
   10KHZ 上升沿有一点过冲
   (手上没有DC,明天上图。)
4:上机测试:在无反馈的1B2推4P1S的电路实测值:
   喇叭端子:
             最大输出功率3.15W (8欧 HDT =7.1%)
             输出功率 2.0W     (8欧 HDT = 4.6%)  
             输出功率 1.0W     (8欧 HDT = 2.7%)
   耳机端子:
             输出功率 100mW    (300欧 HDT = 0.93%)
             输出功率 50mW     (300欧 HDT = 0.67%)
             输出功率 25mW     (300欧 HDT = 0.48%)
5: 试听:(音箱用DIY的FE166E全频原厂尺寸迷宫)
    基本上得到了直热管的声底:高音干净、明快,低音稳沉。过于主观的描述就免了。
6:小结:
    通过以上计算绕制的输出牛测试,虽然耳放/功放共用一个变压器的做法比较难以兼顾,但还是基本上是达到了“快速计算”的目的,从频响衰减来看,低频显得过多了一些,下一步拟减少电感量,这样分布电容可以进一步减少,高频响应还会做的更好一些。

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特请教swor.yanq前辈:

以下是引用sword_yang在2005-6-18 8:23:00的发言:
影响频宽的因素很多,不是仅仅由夹层数来决定的,例如初级电感太大,匝数太多造成分布电容过大,就会使得高频相移变大,从而影响频宽。
本牛的设计目标是20HZ-28KHZ,具体情况还得等待实测数据。
前辈朋友:请教您帮设计,计算一下,我准备用6n8p*6p3p推挽功放,被输出牛给拦住了,我现有铁芯,舌宽32*叠厚71mm,漆包线有0.23,准备做初级,是朋友送的.0.7mm做次行吗?铁芯窗口宽16mm,窗高48mm,不会计算,特请教前辈帮忙,先谢了,一个穷烧.胆初学者.
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请教:

以下是引用Julien在2006-1-5 10:35:00的发言:
0.7mm做次级肯定不行
朋友:我请教0.7mm不行,那改用1.2mm行吗?请教,初级,次级,怎么绕制,4欧,8欧,多少匝,先谢了.

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叠厚太大了,不能叠71那么厚

0.7mm做次级肯定不行

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