关于输出变压器等效电路的简介及其简单的设计分析

哈色勃莱德

有些空闲有些性兴致。为了让更多的朋友都了解一些，我把刚才在一位朋友帖子中的回帖归纳到这里。

帖子较长，我用分割线把他分为几个部分，以便浏览

关于输出变压器等效电路的简介及其简单的设计分析
by 哈苏（哈苏是我在胆艺轩的ID）



一。不正确的等效电路

刚才有位朋友发帖，帖中引用了如下的输出变压器高频段等效电路图。这样的等效电路图是不正确的。在高频段，此等效电路图完全忽略了分布电容的影响，这是错误的。



此图是摘自一个部颁标准，但这个部颁标准有问题。

早期的输出变压器设计者，都是忽略分布的容的。原因是早期的输出变压器多采用1夹1，2夹1或3夹2的结构，初级等效分布电容量较小，对整体性能的影响不如漏感的影响大，主要矛盾是漏感。

这点很好解释：不少朋友自制变压器的时候追求4夹5、5夹4甚至更多，认为这样可以减少漏感，加大耦合。结果是往往是5夹4夹甚至还不如3夹2。好些人还得出什么五夹四无高频之类的观点，这是错误的。多夹本身没有错，多夹确实可以减少漏感，但是另外一方面，多夹造成严重的分布电容，对高频衰减极为严重。这个时候，多夹减少的 漏感 对高频的提升效果 远远小于 多夹产生的 等效分布电容 对高频的衰减，结果就是高频反而很差。要多夹，必须控制多夹以后的分布电容，否则入不敷出，毫无效果。

接下来简析一下分布电容和漏感
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二。分布电容和漏感的简析

我打个比方，诙谐的解释一下输出变压器的分布电容和效漏感。

输出管好比一个水源，负载好比一个洒水喷头，输出变压器好比一个蓄水池。

水源（输出管）   到   蓄水池（变压器）   之间，是一根细细的管子a，水源压力大，所以水的进流速很快。虽然管子小，但水压大流速大，水量很大。

蓄水池（输出变压）  到  喷头（负载）  之间，是一根大大的管子b，管子很大，水压小，所以水的出流速很慢，但管子大，水量同样大。

以上是理想输出变压器，现在有了分布电容和漏感，问题来了：

漏感   好比是进水管道a和出水管道b之间各多了一个挡板。漏感越大，挡板越大，越阻碍水进入蓄水水池和流出蓄水池。

分布电容 好比是进水管道a和出水管道b之间各多了一个洞，水直接流走浪费了。洞越大，流走的水越多。

所以，最后喷头（负载）上能得到的水，是由漏感和分布电容决共同决定的，单一减小漏感，只是排除了挡板，水是流动得顺畅了，但管子上的  洞（分布电容）没有减小，水还是白白流走，到不了负载上去。反之，堵住了   洞（分布电容） ，  挡板（漏感）  却很大，水到喷头（负载）上的还是少。

下面我给出输出变压器高频段的等效电路图
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三。输出变压器高频段的等效电路图


此图是1955年版的《Electronic Transformers and Circuits》一书中的，作者Reuben Lee，我翻译了角标部分并增加了几个角标。
这种等效电路是欧美主流观点，也是相对符合实际情况的。如果深入研究，实际情况要比等效电路复杂很多。就目前而言，以HiFi低频放大器的要求，通过此等效电路对变压器做定性分析和一些基本的定量分析，已经够用。我们DIY输出变压器，以此图做为参考，只有好处没有坏处。

我国的电子学，在解放前和解放初期（50年代初），是流行的欧美理论教科书和专题著作以及翻译著作，都以参考欧美为主。

然而自从认了苏联这个老大哥以后，电子学乃至于整个工课学科甚至整个自然科学，就全盘苏化了。在这里其他的我不说，就电子管低频放大器理论，或者我单说低频变压器理论这一块，苏联是落后于欧美国家的。原因很简单，苏联国情所致。那个时候苏联没有欧美那样的高档的电子产品，没有欧美那样的Hi-Fi产品，不需要对低频变压器性能上有过多的要求。那时的要求则是怎样节约成本，怎样简单的就可以大规模生产。这些，在苏人采金的《低频变压器设计》一书中得到了充分体现。《低频变压器设计》一书的中文版还是1959年10月出版的。
在这里我并不是说苏联人就比不上欧美，但是电子管低频放大器在60年代中期就渐渐的退出了历史舞台，60年代也许苏联国情有些发展，但在他们还没来得及HIFI化深入研究的时候，电子管低频放大器就被晶体管放大器取代了，自然苏联人也就不会再去深入的研究了。这样在电子管HIFI放大器的研究方面，苏联就永久的落后于欧美了。师傅的水平就那样，徒弟的水平可想而知。不排除国人后来自己有些见解，但是最基础的最主导的，还是过多的沿袭了苏联的东西。

我想说的是，目前我们能找到的关于输出变压器设计的中文资料，大多数是沿袭苏联的理论编写的，对于这些书籍资料，我们在学的时候，要报以辩证的态度，不能尽信，更不能生搬硬套。
下面我通过此图，对一些目前大家都认可的的变压器设计要求做一些简单说明。
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四。变压器设计要求做一些简单说明
为了便于查看，我再贴一次图


a 我们先分析分布电容，
由图可知，由于 初级分布电容Cp 和 次级折算到初级的等效分布电容Cp2 的存在，高频信号会被他们衰减。
右边的简化图可知 Cp和 Cp2可以简化为一个总和C，
其值C=Cp+CP2
Cp2=Cs*a²（Cs是次级单独的分布电容，a是变压器变比）
那么总的等效分布电容C=Cp+Cs*a²
也就是总的等效分布电容 = 初级单独的分布电容 +（ 次级单独的分布电容乘以变比的平方）
注意，这里的变比= 次级匝数 / 初级匝数
对于降压变压器来说，次级匝数较少而初级匝数很多，因此变比是个小于一的小数，变比的平方就更小，再加之次级匝数不多，本身的分布电容较小，所以次级折算到初级的分布电容相对较小并且。
因此，我们可以得到一个结论
初级阻抗越高，次级阻抗低越低的变压器，次级带电容性负载的能力相对越大。
注意，这是个定性的结论，不能够不分情况任意使用！具体运用时需要考虑实际情况，考虑各个量的实际值！！

注意，我们不能因为次级折算到初级的等效分布电容很小，就忽略了初级分本身的布电容！！

由于R1（输出管内阻）的串联，这下我们就可以清楚的知道，分布电容对高频的衰减受这些因素影响
1.  折合到初级的总等效分布电容越大，越衰减高频。
     这里面需要非常注意的是次级本身的分布电容，它最后折算到初级是要乘以变比的平方倍的，不能小视。
     另外，初级与次级之间的分布电容（即初级的某一头和次级的某一头之间所呈现的电容），这并不是直接影响高频的因素，这个因素会通过复杂的电磁静电关系折合到初级去，但通常没有直接的影响。因此不必专门考虑，最后都以折合到初级的总分布电容为准。

2.  R1（输出管内阻）对高频影响巨大。由于R1的接入，同样大小的分布电容对高频的衰减，由于R1的不同，效果迥异。
    输出管内阻越大，分布电容对高频的衰减越严重，反之则相对越轻微。
举个例子，假定一个变压器折合到初级的总分布电容为1500pF(中等水平的变压器），如果输出管内阻R1=600欧姆（300B一类的低内阻管），对于20KHz的信号来说衰减量为1的话，同样的变压器，如果输出管的内阻为40K左右的管子（如6P14之类的五极管没有负反馈的情况），衰减量约为前者的7.6倍。由此可见输出管内阻对高频的影响有多么大。

我们就可得到一个结论，内阻越大的管子，要求输出变压器分布电容越小，内阻越低的管子，则对分布电容的要求越宽限。这也是为什么高内阻的管子输出变压器不好做的根本原因。

在此我需要强调一点，用信号发生器方波模拟测量变压器的时候，必须在 信号发生器输出端 与 变压器初级 之间串入 输出管内阻 匹配电阻。这里的模拟测量是指不经过管子，信号发生器输出信号经过匹配电阻后直接接变压器初级的方法。通过管子的实测，则不在讨论范畴。
这个电阻的大小 = 要模拟的管子的内阻 - 信号发生器输出阻抗。通常信号发生器的输出电阻为600欧姆或者50欧姆。如果要用输出阻抗600欧姆的信号发生器，模拟6P14无负反馈时的状态，那么需要串接39.4K的电阻。串接电阻以后测得的方波才是和实际工况近似的方波。如果不串电阻，这样的模拟则测量毫无意义。
如果不串电阻，相当于原本是40K的R1成了600欧姆，高频定然会显得非常好（实际上低频也会显得非常好，这个另行分析），但是这毫无意义，实际接入6P14的时候，高频（包括低频）会差得一塌糊涂。现在有些不良商家就钻了这个空子，用错误的毫无意义的 方波模拟测试方法 测变压器，还大言不惭的秀出他们所测的方波图，混淆视听，实属厚颜无耻。
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b 接下来是分析漏感
分析漏感时我们假定分布电容无穷小，视为开路。这个就很简单了。
输出变压器内阻和漏感和和负载是串联关系。这就非常明了，
这时影响高频的还是两方面
1.漏感。漏感大，高频衰减越严重，反之则相对轻微。
需要注意的是，次级折算到初级的漏感=次级本身的漏感/(变比的平方）
在降压变压器中，变比是小于一的小数，变比的平方则更小，那么 次级本身的漏感/(变比的平方）就会得到一个较大的值，而且降压比越大效果越明显，所以次级折算到初级的漏感不容忽视。
因此，我们可以得到一个结论
初级阻抗越高，次级阻抗低越低的变压器，次级带电感性负载的能力相对越差。
注意，这是个定性的结论，不能够不分情况任意使用！具体运用时需要考虑实际情况，考虑各个量的实际值！！

2.还是R1（输出管内阻）。同样的漏感，输出管内阻越小，对高频的衰减越大，输出管内阻越大，同样的漏感对高频衰减相对越小。


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这里给大家提一下，我们之前讨论分布电容或漏感的时候，都是把另外一项忽略的，这就有些问题了。
略懂无线电原理的朋友通过简化图一眼就可以看出， 总等效分布电容 和 和总等效漏感形成一个串联谐振回路。
串联谐振电路谐振时，会形成一个很严重的谷，这会严重影响输出变压器的频响。简单计算一下，假设一个变压器的总等效分布电容为1500Pf ，总等效漏感8mH。这时的谐振频率大约在50KHz。虽然已经离开音频范围，但是在谐振点以前很长的一段频率开始，频响就会衰减。50KHz的谐振频率基本上是会很严重的影响20KHz的频响的。另外，低的谐振频率还会使方波响应不良好，在方波垂直于水平的转角处形成一个较为严重的波浪，这里借用 “忘记咪咪” 的图片加以说明。

此图片借用自“忘记咪咪”

图中A点即为谐振点




此图片借用自“忘记咪咪”

低谐振点造成方波失真严重



综上所述，简单的说，内阻高的管子对变压器的分布电容敏感，内阻低的管子对变压器的漏感敏感。
因此，我们在设计变压器的时候要根据管子来考虑，抓大放小，在分布电容和漏感之间做好取舍，并且控制好谐振点，要尽量让谐振点远离音频。这样才能设计出效果好的变压器来。

大舌头

分析得好，这样设计变压器目标更明确了。

东山老猫

顶关于输出变压器等效电路的简介及其简单的设计分析

儋耳

分析得好！辛苦了。如再能作一设计实例的话锦上添花了。

老K

值得一究。

老胆LAODAN

原帖由 儋耳 于 2010-2-22 10:23 发表
分析得好！辛苦了。如再能作一设计实例的话锦上添花了。

例如2A3单端放大电路+输出变压器+4Ω扬声器，从设计过程到绕制技巧到实际测试。

乙猪

这么伤脑筋的事，俺就不研究了。

ZXHXIHUA

我研究不了！

老胆LAODAN

原帖由 哈色勃莱德 于 2010-2-21 22:54 发表
有些空闲有些性兴致。为了让更多的朋友都了解一些，我把刚才在一位朋友帖子中的回帖归纳到这里。

帖子较长，我用分割线把他分为几个部分，以便浏览

关于输出变压器等效电路的简介及其简单的设计分析
by 哈苏 ...

我再三申明，我对于电子管输出变压器是一知半解，理论实践都很有限，帖子有错误在所难免，写此贴的目的正是抛砖引玉，请一个有专门研究的师傅，系统的、定量的、有具体实例的给我们胆友讲一讲。敬请这位老师结合一个具体实例，详细的讲解一下电子管输出变压器的从设计计算到绕制技巧到实际测试，并定量的分析一下漏感和分布电容的影响和消除这些影响的解决办法。
另外顺便请教一个问题：次级的分布电容1pF，一个5K：8欧姆的变压器，变比为25，变比的平方为625，次级折合到初级的分布电容就是？pF”

哈色勃莱德

原帖由 老胆LAODAN 于 2010-2-22 17:22 发表

我再三申明，我对于电子管输出变压器是一知半解，理论实践都很有限，帖子有错误在所难免，写此贴的目的正是抛砖引玉，请一个有专门研究的师傅，系统的、定量的、有具体实例的给我们胆友讲一讲。敬请这位老师结合一个具体实例，详细的讲解一下电子管输出变压器的从设计计算到绕制技巧到实际测试，并定量的分析一下漏感和分布电容的影响和消除这些影响的解决办法。
另外顺便请教一个问题：次级的分布电容1pF，一个5K：8欧姆的变压器，变比为25，变比的平方为625，次级折合到初级的分布电容就是？pF” ...

抱歉，之前一时糊涂，把 变比 n 搞成了 1/n，已经改正，还请老胆见谅！
另，新开了一贴，请指正
http://www.crystalradio.cn/bbs/thread-105363-1-1.html

572670430

文章很有水平。我绕的变压器，6夹5初级次级电容为7200p ，3夹2是1700p。说明分层越多，效果越差。