放大器输出变压器实验心得---晏玮平

晏玮平

放大器输出变压器实验心得

晏 玮 平

功率放大器利用电子管或晶体管，来产生激励扬声器需要的功率。电子管实际上是一种输入和输出阻抗都很高的器件。由于扬声器是低阻抗元件，因此必须有某种手段来把高输出阻抗电子管的功率传输给低阻抗的扬声器。通常使用的是音频输出变压器，而这必须是高质量的，否则费尽心思去提高放大的质量便会前功尽弃。
另一方面，晶体管的输入和输出阻抗都具有低阻抗的特性，并且已设计出一些无音频输出变压器电路，可以将晶体管功率放大器直接偶合到扬声器。在许多场合下，可以把输出电路设计得能在一定的输出负载范围内，与一个固定的电阻性负载匹配得很好，输出均匀而失真很小。但是，在负载可变的条件下，就难于很好地与晶体管直接匹配，因而此时晶体管音频电路的最好匹配方式是使用音频输出变压器。
在功率放大器中，成本最高对设计限制最大的因素就是音频输出变压器。音频输出变压器被公认为是放大器中最重要的元件，又由于它与扬声器系统有密切的联系，因而我们必须首先加以考虑。它是Hi-Fi系统中要求最严格的元件之一。位于输出级前面的低电平放大级，如果采用现代设计的阻容偶合放大器，可以很方便地取得极好的频率响应和低损耗。但输出电路处于较大功率电平，失真的机会就多了，如果没有使用Hi-Fi音频输出变压器，就会使在放大器前面部分精心设计而取得的所有优点都化为乌有。
在选择放大器、放大器配套元件或电路结构时，音频输出变压器质量的考虑和研究应放在首要地位。此外，Hi-Fi音响发烧友常常采用Hi-Fi音频输出变压器，试验它们的性能。这样的实验往往能导致性能的重大改进，并且往往使频响调整得合乎每个人的要求。虽然设计和装配这些元件自然是专业人员的事，但Hi-Fi音响发烧友不免非常关心：是什么因素使得Hi-Fi音频输出变压器的要求变得如此严格，是什么因素使得Hi-Fi音频输出变压器的价格如此昂贵，竟然在他的Hi-Fi音响预算中占了那么大的比例。对此，下面简短地叙述一下在选择Hi-Fi音频输出变压器方面的一些最重要的因素。
Hi-Fi音频输出变压器的符号及其基本原理，同任何一个把功率从电源偶合到负载的变压器毫无二致。然而，与普通的电源变压器不同，Hi-Fi音频输出变压器要在一个频率范围内（而不是恰好在电力频率）保持很高的效率，而且还不应使原来信号的波形变样。
根据Hi-Fi音频输出变压器实际电路及等效电路，很容易明了Hi-Fi音频输出变压器性能的各种影响因素。这个等效电路是由电感与电阻并联而构成的，据此可分析任何一种因素的影响。这个等效电路并不完整，因为还有来自绕组分布电容、绕组之间的电容以及绕组到地的电容影响。由于Hi-Fi音频输出变压器所带负载很大（低阻抗），因此，除非是设计得非常粗劣，电容可以忽略不计的。等效电路包括两个部分：（1）初级部分，包括初级电路产生的影响；（2）反射部分，相当于次级反射到初级所造成的影响。这样偶合的阻抗都是用圈数比来“变换”的新值的；阻抗变换比是圈数比的平方。这就是每个次级的反射电阻和电感都要乘以n2的原因。

绕组电阻Rp与Rs
   
正如等效电路所示，这些电阻与驱动源串联，相当于增加了驱动源的内阻抗。在大电流的情况下（输出功率大），电阻越大，其两端的电压降越大，于是电压调整作用越差。由于电流通过电阻要消耗功率，故这些电阻代表变压器的功率损耗，降低了变压器的效率。考虑到电阻过大会带来不良影响，因此在符合一定尺寸、重量、偶合系数下，要用尽可能粗的导线。
泄漏电感Lp和Ls
   
泄漏电感也起着与驱动源串联的作用。电感对于信号所呈现的电流的电抗大小由频率而定，它等于2πFL。低频时，其泄漏电抗可忽略不计，但在高频时，则应将其减到最小，否则就会影响频率响应。泄漏电感是由于一个绕组的磁通没有和另一个绕组相连所引起的感应作用。在良好的Hi-Fi音频输出变压器中，通过精心设计变压器的机械外形、安装方式以及铁心上绕组的取向，它的泄漏电抗被减到最小。有时，初级和次级是互绕在一起的，即先绕几圈初级，接着绕几圈次级，然后再绕几圈初级，等等。显然这种工艺是很费事的而且这就是质量良好的Hi-Fi音频输出变压器之所以价格昂贵的一个原因。

铁芯损耗
   
铁芯损耗有两种。涡流是铁芯材料中产生的一种电流，这与导体受磁力线的切割而产生的电流相似。铁芯材料具有一定的电阻，因而耗散了一部分功率，这部分功率白白浪费于使铁芯发热。正是为了减少涡流，铁芯才用许多迭片（薄片）而不是用整块金属构成的，穿过铁芯的磁通因而被各个迭片分成许多很小的部分；由于这一点，再加上铁芯电阻因迭片很薄而增大的事实，使得它的涡流比整块金属大大地减少了。迭片越薄（保持铁芯总量相同时），涡电流损耗就越小，但制造费用也就越高。另一种铁芯损耗是由磁滞造成的，由于铁芯材料力图保持剩余的磁场，因而对变压器作用所必须的正负磁通变化起着作用。磁滞是铁芯材料的一种性能。用于Hi-Fi音频输出变压器铁芯材料应该经过精心选择的，所用铁芯材料损耗要最小，电阻率应尽可能高，以减小涡流。
涡流和磁滞损耗对Hi-Fi音频输出变压器性

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