音响封神榜十八：先谈谈Hi-Fi输出变压器(上)

第尾才子

音响封神榜十八：先谈谈Hi-Fi输出变压器(上)

         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是放大器的最佳负载阻抗（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：所要求之最低频率。

　　初级漏感（pri-leakage inductance）Ls

　　　　　　 Ls=K•Ra- r1/2πfmax

　　其中：fmax系所要求之最高频率，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）最佳负载阻抗（optimum plate load）；Ra-a系推挽放大器（push-pull）最佳负载阻抗；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最佳负载阻抗（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铁心最好不用超高导磁率，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&#8226;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）

第尾才子

看来这坛对严肃文章的兴趣不大吧。

流云静海

Hi-Fi输出变压器(上) ，好文章！理论理想状态：初级电感为无穷大；漏感为零，分布电感、电容为零；不产生各种形式的谐振；不产生任何非线性或相位延迟失真；但从变压器原理讲，现今无论何种形式的变压器均无法同时满足以上条件...谢谢楼主科普详细的正解！

jupeter

顶楼主。技术文章学习了。

chgwyjwsc

顶楼主，现在条件不允许自己动手绕变压器了

i7-2600kDIY

有没有大佬 用过ED牛  说说ED输出牛的特点

ym78321

如果电子管也工作在线性区（单端甲类的小信号下）、输出牛也远离磁饱和附近的转弯，那么整体产生的非线性失真（本级）就该很小，但实际上6P1单端甲类的非线性失真在7~10%（书上大约这么个范围），说明至少有一方面做不到（也可能两个因素都在），但是大多数爱好者主管感觉好听，并未指出“大音量不好听，只有小音量才有胆味”这个说法（可能有，但很少分开说），在晶体管单端甲类电路书上及爱好者经验都明确说大音量失真大（其实比较说明书上的不失真功率和最大输出功率两个指标相差较多就说明问题了），我觉得两个因素都存在。
另有一贴“胆味醇厚的秘密”（？）的一些解释似乎有道理，但又不能解释所有现象。