1、器件與電路文章編號：（）高保真電子管功放輸出變壓器的精確設計計算法姚文華（南陽師范學院物理與電子工程學院，河南南陽）摘【產品設計要】電子管功放音質優美綿厚，影響其音質的關鍵部件是輸出變壓器的電聲性能，成為系統的喉舌。提出了一個新的方法，改變了以往粗略的估算法，使設計計算更合理更科學更實驗化，成功解決了設計制造輸出變壓器的關鍵問題。關鍵詞】高保真；功放；輸出變壓器【中圖分類號】【文獻標識碼】【（，）【】【】；引言電子管功放分為變壓器功放和功放兩種，變理想電子管功放對輸出變壓器的要求理想電子管功放對輸出變壓器的要求為：（）初級電感為無窮大，以獲得很低的低頻信號；分布電感、分布電容為零，以便高保真地

2、（）漏感、壓器功放的優點是由于輸出端變壓器的存在，音質純膽味”濃郁。其主要性真柔美，空氣感十足，諧音豐富，“能取決于變壓器的性能。功放由于省略了輸出變壓器，頻響寬闊，失真小，聲音純正，動態范圍大，背景寧靜。然而缺乏變壓器功放的柔美和豐富的諧音。和晶體管功放相比，電子管功放的音質更加純真柔美，諧音豐富，“膽味”濃郁。電性能穩定，使得聽感非常綿厚。而晶體管功放雖然保真度高，頻響寬，然而聽感音質單調，保真度不高，動態稍窄，久聽生厭。近幾年來大量的晶體管應用于功放中聽感有所改變，然而基本的聽感還是不能和同級別的電子管功放相比，音響界似乎談到頂級功放就非電子管莫屬。如何合理設計制作電性能十分優良的輸出變

3、壓器及電子管功放呢？結合筆者最新制作立體聲單端電子管功放的經驗，詳述輸出變壓器的設計和計算技術。具備什么樣電性能的輸出變壓器可以發出優美動聽的音樂呢？筆者先來設想一下理想變壓器的性能指標。傳輸現代音樂的超高頻信號，并使幅頻特性平坦；（）不產生各種形式的串聯或并聯諧振，以免使音頻信號發生畸變；（）不產生任何非線性或相位延遲失真。從變壓器的原理上講，現今無論何種形式的變壓器均無法同時滿足以上條件。首先說變壓器要用鐵芯做導磁媒體，其非線性失真一般很大。再有若需很大的初級電感，其漏感、分布電感、分布電容亦隨之加大。滿足了第項，就要損失第項，互為矛盾。且較大的初級電感又可使相位失真加大，動態范圍減少。一

4、只寬頻響的輸出變壓器，要求在滿足高頻的情況下盡量增加初級電感，以使頻響曲線向低端延伸情況下，盡量減小分布電容及漏感以使高頻更靚。道理非常簡單，然而設計和制作卻比較難，以致于輸出變壓器的設計和制造成了決定電子管功放音質優劣的關鍵因! 電聲技術#"器件與電路西電、馬蘭士等的素。一些世界知名品牌如、輸出變壓器，頻響寬，音質優美。復雜而特殊的繞組結構早已申請了專利。然而目前國內一些中低檔電子管功放的輸出變壓器，在設計上只照顧低頻，高頻到哪里一概不管。此類功放雖有充實的低頻但高頻暗淡，久聽會感覺味同“嚼蠟”。若推挽輸出變壓器兩管電流相差時，就要留有氣隙（或者不將鐵芯插得過緊）。設計計算現結合筆

5、者年春節成功制作的電子管單端甲類純后級功放經驗，詳細說明甲類高保真單端輸出變壓器的設計計算方法。各種因素對輸出變壓器性能的影響由于變壓器中存在電抗成分，其感抗隨頻率的變化而變化，輸入阻抗亦隨之變化。一般中頻段呈一定值不變，而低頻段則隨頻率的降低急速下降，高頻段又隨頻率的上升而升高。當阻抗偏離放大器的最佳負載阻抗較多時，放大器將產生嚴重的波形失真，且輸出功率亦下降。故一般要求變壓器的輸入阻抗變化為宜。由于變壓器本身存在分布電感及分布電容，其相互作用將產生串聯或并聯諧振。發生諧振時，其輸入阻抗趨向于零或無窮大。且無論是串聯或并聯諧振，其輸為控制變壓出電壓都可能出現峰值，使頻響曲線變差。器在諧振時輸

6、入阻抗的變化程度，保證平坦的幅頻特性，應控制變壓器回路的值（這里值是指感抗或容抗與回路電阻之比。值越大，其阻抗的變化程度也內阻及分布電容值。另越大），選擇合適的電感漏感、外，變壓器初級電感的大小還與信號的動態范圍有關，當信號幅度與響度變化時，意味著鐵芯中的磁感應強度和磁導率在變化。因而初級自感量也將隨著信號幅度的變化而變化，當信號幅度較大時，很大的初級電感，將引起波形失真加大。而信號幅度較小時，鐵芯的磁導率變小，自感量變小，將影響頻率響應特性。再者，從減小相移失真的角度考慮，輸出變壓器亦不能只為照顧低頻而過分地加大初級電感。由于鐵芯的磁飽和程度與頻率成反比，在低頻段，鐵芯有可能工作在計算參數選

7、取功放選取電子管接成三極管接法，單端甲類輸出（選單端輸出是因為單端輸出諧波豐富，極具電電源最佳工作電壓，經實驗測試，輸出子管音色）。變壓器一次側繞組所配屏極負載阻抗最佳取! （很多常用的電子管都可從廠家給出的技術參數中查到推薦的典型應用阻抗值，當然也可通過實驗自己確定最佳負載阻抗，由于篇幅有限此處從略）。二次側阻抗取! （為了盡量減少失真，二次測不做多抽頭）。最大直流工作電流取（電子管手冊給出典型運用），輸出變壓器效率取，要求變壓器頻響為。確定一次側電感數據根據設定參數，為了確保通頻帶內頻率特性，一次側電感應該足夠大，運用單端輸出變壓器的一次側電感經驗公式為（）! （）若是推挽輸出變壓器可用計

8、算。式中：為一次側電感量，單位；為一次側負載阻抗，單位! ；為下限頻率，單位；為低頻時的失真系數，一般取，此處取約。鐵芯截面積的計算曲線的飽和區，此時，因磁化電流的波形已嚴重失真，呈尖頂狀，致使輸出電壓的波形也產生失真。輸出變壓器鐵芯的磁感應強度越高，失真亦越大（這就是為何用型鐵芯做輸出變壓器，要比其他形式的如型、型及環型鐵芯頻率特性好的原因，且鐵芯最好不用超高導磁率，帶紋向的硅鋼片）。當輸出變壓器中有直流磁化時（如單端變壓器或推挽輸出變壓器因兩管電流相差較多，或兩組繞組圈為減小波形失真，常用數不對稱時），失真就更為嚴重。的辦法是在鐵芯中墊入空氣隙。型輸出變壓器鐵芯中心立柱的截面積為×

9、;際取值可比計算結果大，的單位為。于是所需變壓器鐵芯截面積為××（）式中：為舌寬，單位；為疊厚，單位；的實×（）取×（），考慮到空氣隙，實際取。式中：為單端輸出變壓器中的最大直流工作電流，系數是按國產硅鋼片的導磁率求得的。如果用電聲技術$#"器件與電路講究的，筆者采用了“次級三夾初級二”的結構，來達到增大耦合，減少漏感、減少分布電容的目的（見圖）。（）初級夾在次級之間，可以減少它對鐵芯的分布電容；同時次級的始端（線頭）接地（! ），也是出于減少分布電若選更多的夾層，雖能進一步減少漏感，但容的考慮。也會增大分布電容，所以應該適可而止。輸出變壓器的

10、（）層間絕緣，以薄的電纜紙為佳，介電常數越小越好。聚酯薄膜類的材料介電系數大，最好不用。漆包線通常用國產線就可以了，如果不計較成本，用進口的銅更好，不過要貴上十幾倍。變壓器繞好后，必須經過浸漆烘干等工藝，才能保證性能穩定和長久使用。（）如果擅長蜂房式繞法，效果將會更好。新日鐵這樣的高導磁率片子也沒有問題。初級匝數的計算×（匝）取（匝）。次級匝數的計算（次級阻抗取! ）!（匝）導線直徑的計算初級導線直徑! ×! （）次級導線直徑! !（）（）變壓器鐵芯的選取經大量實驗測試和音質評價表明，電子管輸出變壓器鐵芯最好選取型鐵芯，這是因為型輸出變壓器鐵芯歷史長久，技術成熟，繞制電感量

11、大，可以獲得較低的低頻頻率，而且整個頻帶內頻率特性均勻。鐵芯厚度可選國產或進口兩種厚度。鐵芯材質盡量選用冷軋壓延硅鋼材，磁飽和密度和導磁率較高，高頻鐵損小，最適合用于輸出變壓器。如果有條件也可以選用新日鐵或合金鐵芯，效果更好。次級!直徑的漆包線太粗，采用當年麥肯托什輸出變壓器的做法，為了實現三段并聯的繞法，改為用三根漆包線分別繞完二次側繞組后再并聯，電流值保持一致，如圖所示。!初級" 三段并聯! " ! 漆包線的選取漆包線的被覆材料盡量選用高耐熱高絕緣類型! 的，例如福馬爾線耐熱溫度。聚尿烷線耐熱溫度。與福馬爾線相比聚尿烷線耐熱性差，但焊接性好。制作輸出變壓器的線材，以直徑

12、左右為限。直徑以下易斷，而直徑以上又太硬，難以繞制。建議采用多股并繞形式。圖單端輸出變壓器繞組結構單端輸出變壓器工作中有直流成分流過繞組，所以鐵芯只能單向插入并留有氣隙。氣隙寬度（）浸漆烘干浸漬變壓器的絕緣漆一般用烘干絕緣漆，（×）（×）（）用這是總的氣隙寬度，實際氣隙取（）。等厚的絕緣紙墊在和的間隙上，將鐵芯壓緊即可。其中在小型變壓器中效率取，完成線徑計算后，還要驗證所選的線材是否裝得下該鐵芯的窗口，這要從漆包線的規格表查找“每厘米可繞圈數”，計算每層帶絕緣的厚度、總層數、線包的鼓起系數等，具體可參考有關資料。干燥溫度為約小時，浸漆前要先把變壓器預烘到保持小時以上，再浸泡

13、到絕緣漆里小時，取出瀝干然后再烘干。業余條件下可以找一個×，高度鐵箱子，用紅外燈泡吊在箱蓋中間，調節高低使離開變壓器左右，用溫度計監視箱內溫度，開關燈泡就可以控制溫度。繞制工藝為了得到優異的性能，輸出變壓器的工藝是十分結束語以上計算中的經驗公式，經實驗測試表明精確度較（下轉第頁）#電聲技術%$器件與電路和較短的延遲。是組織于年月通過的，是電話采用的話音壓縮標準。算法是基于編碼模型提出的，采用了共軛結構的算術碼本激勵線性預測（）技術來實現語音信號的編解碼。編碼器對于原始的語音信號以為一幀提取模型參數，每一語音幀提取的參數編碼為位的比特流進行傳送。解碼時，從位的比特流中提取激勵和合成濾波

14、器參數。它能夠提供高傳輸效率的數據報服務，能夠實現數據的實時性傳輸，在數據的實時傳輸中應用廣泛。因此筆者所設計的系統中，該模塊采用以太網的封裝格式協議（兼容），協議和協議作為系統的通信協議。該部分軟件包括：以太網驅動程序和收發數據處理兩部分。硬件或軟件復位后即進行初始化工作，包括設置接收緩沖區和發送緩沖區，設置本地發送參數和數據參數，給寫地址，配置接收參數、入頁指針和讀取頁指針賦初值，清除中斷狀態位等。發送時，首先將語音數據封裝打包，然后用遠程方式寫入的發送緩沖區，將數據包發送到網絡上。接收時，通過查詢確定是否收到數據，如果收到，則以遠程方式逐頁讀出接收緩沖區中的數據幀，并去掉包頭，恢復出語音

15、數據。每讀傳輸協議的選擇與實現根據網絡標準定義，網絡由物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層層組成。而在實際應用中，網絡結構可采用鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層層模型。在協議組中，協議是網絡層協議。協議是一種面向連接的協議，它能夠提供可靠的、全雙工的網絡通信服務，具有確認、數據流控制、多路復用和數據同步等功能，適合高質量數據的傳輸，是目前應用最為廣泛的網絡傳輸協議之一。但是，由于協議實現復雜，網絡開銷大，以及其提供的確認與超時重傳機制都給數據傳輸帶來很大的時延，對實時音頻傳輸來說，這個時延大大超過了人耳所能容忍的程度。因此協議不適合傳輸實時音頻數據或實時視頻數據和突發性的大

16、量數據。幀，將指向下一頁緩沖區，如此反復，直到讀出接收緩沖區中的所有數據幀。結束語筆者采用以結構作為系統核心，加上和等外圍電路構成的語音通信系統，提供了靈活的模擬話音接口和標準的網絡接口，適合低速率語音通信，實現了語音數據基于以太網的傳輸。參考文獻協議是無連接協議，報文交換機理簡單，不存在多重確認機制。從而減少了因建立連接和撤除連接所需要的巨大開銷。每個分組都攜帶完整的目的地址，在各分組系統中獨立傳送。它不保證分組的先后順因此無法保證傳輸序，不進行分組出錯的恢復與重傳。的可靠性和服務質量。但是相對于協議，協議減少了確認、同步等操作，節省了很大的網絡開銷。譚鵬，溫斌，吳善培基于的多功能電話機的設計半導體技術，（）：肖建榮，胡劍凌，張玫基于的網絡音頻系統的研究與實現電聲技術，（）：作者簡介馮瑛敏，碩士研究生，主要研究方向為現代網絡通信技術。責任編輯史麗麗社，收稿日期! （上接第頁）好。單端的音質直逼電子管，配上筆者的輸出變壓器音質空氣感十足，人聲頗感磁性，高音異常亮麗，中音厚實有力，大大超過了一般晶體管功放的音質。通常變壓器繞好后還要通過頻