输出变压器的简易测试

2011-05-31 20:54:34来源: 互联网 关键字:变压器

自制电子管功放的最大困难莫过于绕制输出变压器和加工底盘。输出变压器的素质是决定功放音质的关键所在,而自制一个高质量的输出变压器是相当困难的。本人经过反复试验,多次失败后,绕制的输出变压器虽然也达到了相当满意的水平,但完成复杂的绕制工艺、烘干、真空浸漆等一系列程序也不是件轻而易举的事情,总是让人绕完这一对,就不想再做下一对了。因此虽早有朋友让我代为制作一台功放,但总是一拖再拖,半年一年过去了,仍迟迟不愿动手。购买成品变压器和底盘来制作功放,当然是事半功倍。因为自制底盘既费工费时,又不容易做得美观。再说,进口的输出变压器(如TAGNO,AUDIO NOTE等)国内难以购到,退一步说,即使能购得到,其价格也难以接受,足足可以用这笔钱买一台质量上好的国产整机。国内也有不少厂商销售输出变压器,其中大公司的产品质量比较有保证,是公司的设计师们多年实践经验和心血的结晶,技术含量高,但价格也相对较高。还有一些名不见经传的小厂产品,价格较低,但质量如何,却是令人心中无底。几年前,本人经不住广告词的诱惑,曾邮购了南方某厂生产的一只300B单端环形输出变压器,回来一测,阻抗为4kΩ(标称为3.5kΩ),初级电感量仅6.5H。装在机上一测频响更糟,-3dB下限频率高达56Hz,在高频端22kHz处还有一个+2dB的峰,只好将它弃之不用。幸亏当时已经有了“邮购经验”,仅邮了一只,否则损失更严重。邮购犹如“隔山买牛”,没有“后悔药”可吃,只有吃一堑长一智。今年二月,看到《电子世界》杂志上刊登有欧博M100KIT套件供应的消息,价格仅整机价格的一半多点,这对于有点动手能力的胆机爱好者来说,确实是件令人心动的事。但我仍然心有余悸,不免在想,在前置和倒相级的印刷电路已经安装焊接完毕的前提下,价格竟下跌了一千多元,是不是其中的关键器件──输出变压器的质量上有什么妥协?故不敢冒然邮购。M 100整机我们听过,音质价格比很高,这也是该产品在石家庄销路很好的原因之一,M 100 KIT套件的输出变压器与整机中所用的是否一样?带着这个疑虑,本地一个胆机发烧友亲赴北京欧博公司,咨询了公司总经理。刘总经理言道:“M 100 KIT中的变压器与整机中所用的变压器是完全一样的,我们没有必要再为套件另外制作一批质量低一档次的变压器。”有他这句话,那位朋友当即带回两套件。我听说以后,也通过欧博公司的河北经销商──天歌电器购买了一套。

   买回套件后的第一件事,当然是检查输出变压器。先从底板下面卸下输出变压器圆罩的三只φ3mm固定螺母,取下黑色圆罩,即可按下述步骤进行检查测试。

输出变压器的简易测试

   首先是外观检查,其铁芯外面缠绕了一层黑色不干胶带,撕去以后,即可看见其硅钢片,片厚约0.35mm,冲制工艺一般,不够整齐光滑,而且其中硅钢片的颜色深浅有所不同,不象我们几个发烧友从广东某公司邮购来的硅钢片那样整齐光滑,颜色黝黑,不用外罩也非常美观。又看到铁芯未曾浸漆,只将线包作过浸漆处理,所以给人的第一印象不怎么样,可以说工艺水平甚至比不上六七十年代上海无线电二十七厂或上无二厂的变压器。因此初步打算,等测量完其他指标以后如果满意的话,再把它拆下来作整体烘干浸漆处理。本人未曾见过M 100整机中的输出变压器是否也是这个样子?因为它藏在一个黑色的“遮羞罩”中。据曾见过其庐山真面目的发烧友说,二者是相同的,仅从这一点上看,欧博刘总的话是可信的。但总对其硅钢片有点“耿耿于怀”,于是又通过电话咨询欧博,回答是:“硅钢片是将日本进口Z11和Z10等几种片子混合使用 ,其音质效果比单用一种片子要好。”这也许是欧博的“秘密武器”?一颗悬着的心,此时已放下了一半。因为我们明白输出变压器的关键在于线包的绕制方法和线材、绝缘材料的质量等因素,虽然不能拆开线包观看,但从外部测试结果也可以作出大致的判断。况且,我们关心的是效果,只要音质音色好,你管它是如何制作的?

   第二步是测量线包的直流电阻,可以用万用表欧姆档测试。推挽输出变压器要求两臂性能参数一致,因此绕制时也要对称,故可测量其B与P1,P2及B与G1,G2之间的直流电阻是否相等,如图1所示。如果内部采用不对称绕法,是难以做到电阻相等的。即使是对称绕法,若是人工绕制,万一不留神,将一边多绕或少绕一些圈数,也不是没有可能。当然用不同型号的万用表测量出来直流电阻值不一定完全相同,但只要两半边电阻相等即可。最好左右声道两只输出变压器的对应端电阻也相等。欧博变压器初级线圈(P1~P2)的直流电阻实测数值为198Ω,次级直流电阻为0.4Ω(8Ω端)。初次级直流电阻数值(铜损)的大小,直接影响变压器的效率,当然是越小越好。但是,受到变压器体积的限制,又要求足够的电感量,所以必然初级线圈匝数要多,但导线直径又不能太粗,故直流电阻不可能太小。

   第三步是测量变压器初次级匝数比,从而求出阻抗比。方法是在变压器次级线圈(如8Ω端)加上交流电压U2,例如频率为50Hz,电压为1V。然后用交流毫伏表或数字万用表测量初级P1~P2端之间的电压U1,则匝数比N=U1/U2。本变压器实测数据如下:次级8Ω端电压U2为1V,初级P1~P2端电压为24V,B~G1间电压为5.27V。由此可求得: N=24,还可以求出帘栅极的反馈系数:α=5.27/12=0.44。

    变压器的效率η可由下式估算:
      η=N2RL/(N2RL+r1+N2r2)
其中:RL~次级标称负载阻抗
   r1、r2~初级、次级线圈的直流电阻
将实测数据代入上式,可求出效率η=91.4%
初级等效阻抗可由下式求出:Rp~p=N2RL/η=5.04kΩ。

   第四步是测量电感。输出变压器初级线圈的电感量以及漏感是决定频率响应的重要因素。测量电感可用万用电桥或电感表,用不同仪表,在不同测试条件下所得的结果可能不同,但通过比较同类产品(比如欧博和大极典)或左右声道两只输出变压器的电感量,也具有一定的相对参考价值。我测量时用的是DL6243型数字式电容电感表,其测量电感的最大量程为20H,最小量程为2mH。一般推挽变压器的初级线圈屏至屏间电感均大于20H,故不能用这种电感表直接测量(国产的9243型电容电感表的最大量程为200H,可以直接测量)。此时可只测量半个初级线圈,即B─P1和B-P2间的电感,二者应数值相等或相近。然后将半个线圈的电感量乘以4即可大致估算出整个线圈的电感量。原理是根据电感量的计算公式:

L=1.256×10-8μN2Sc/lc (H)
其中;μ~铁芯材料的导磁率
   N~线圈匝数
   Sc~铁芯截面积,单位:平方厘米
   lc~铁芯的平均磁路长度,单位:厘米

   此公式仅适合于计算绕制在无空气隙铁芯上的线圈的电感量。但由公式可以看出,在其它条件相同的条件下,线圈的电感量与其匝数的平方成正比。在上例中,B—P1的匝数为P1—P2匝数的一半,故电感量为其四分之一。

   输出变压器漏感的测量方法一般是这样的,将次级输出端用一导线短路,此时初级线圈电感量的测量值即近似等于漏感。按照上述方法,对欧博变压器进行测量,结果如下:初级电感L(P1─P2)约为 41H,漏感LS约为16mH。与厂家公布的参数相差较大:初级电感L在50Hz时为175H,在1kHz~10kHz范围内,漏感Ls小于8mH。这可能是由于测试仪表及测试方法不同所造成的。专业测量与业余测量结果是有一定差别的。但是用同一仪表和方法,测量另一公司产的同类输出变压器的初级电感约为43H,漏感约为14mH。可见二者相差不大,作为“货比货”的依据总是可信的。

   最后一步是幅频特性即频率响应的测量。推挽输出变压器的测试电路如图2所示。图中:

Us~低频信号发生器,如:XD1,XFD-7A等。
PV1、PV2~交流毫伏表,如:DA16。
R1、R2~匹配电阻、阻值为变压器初级阻抗的一半。
RL~负载电阻。

   测量时先将信号发生器频率调至1kHz,再调输出电压使毫伏表PV1指示为某一数值US,(并注意在以下的测试过程中,不论频率如何改变,都要保证US数值不变),再测出负载电阻RL两端的电压UL,UL即为中频时的输出电压。然后逐渐降低信号频率,并注意观察PV2,使其指示值为0.707UL,此时对应的信号频率即为-3dB下限频率fL。然后再将信号频率逐渐升高,同样使PV2的指示值为0.707UL,则此时对应的信号频率即为上限截止频率fH。若要测量-1dB频响,则应取0.89UL。

   众所周知,放大器的频率响应基本上取决于输出变压器的频响,故本次只对整机频响进行了测试,未对输出变压器单独进行测试。

安装调试要点

   欧博M100KIT套件印刷电路板的元件安装和焊接工作已由厂家完成,剩下的工作主要是功放和电源部分元件的安装和焊接,随机附带的安装调试步骤和装配图非常详细,可照此行事,很容易成功。此处只谈谈自己的一些经验体会及测试方法,供大家参考。

   1.关于一点接地。该机的电源印刷电路板的地线是通过金属固定支架与底板相连接的。为了保证整机的地线只在这一点与底板相连,可先将此处的固定螺丝卸下,并贴上一块透明胶带使其与底板绝缘。待整机全部接线都焊接完毕后,再用欧姆表测量地线与金属底板间的电阻,应为无穷大。否则说明其它部位有与底板相碰的地方,需要仔细检查,予以排除。然后再将电源印刷电路板的固定支架与底板用螺钉紧固,这样即可保证一点接地。

   2.关于反馈的相位问题。由于事先不知道输出变压器的初次级之间同名端的关系(当然也可以事先测量好),故在安装焊接过程中有可能误接成正反馈而造成自激。为了避免这种情况发生,先不要急于把反馈电阻R14与输出变压器次级8Ω端用导线连接,可等整机其它调试工作完成之后再连。

   3.首次加电.装焊接完毕,仔细检查无误后方可通电。所有电子管都不要插,接上2A保险管,最好不要第一次通电就加220V交流电,应采用降低电压的方法进行初步调测。有条件的可用交流调压器由低到高缓缓增加到100V左右,仔细观察有无爆裂声和冒烟等异常观象,若发生此类情况,应立即关机进行检查。若无异常,可进一步用交流电压表测量各管座上灯丝电压是否在额定值的一半左右。再用直流电压表检查各管座屏极正电压、输出管帘栅极的正电压以及栅极负电压,极性一定不能错。例如当电解电容器的极性接反时,就会发热,爆裂。如果在100V交流电压下一切情况正常,再将电压调至200V左右观察一段时间。并将四个栅负压调节用的实芯电位器调整到使EL34管座5脚的电压为负的最大值,如-50V以上。

   4.插电子管,检查静态工作情况。在左右声道输出端各接上一个10W8Ω电阻作为假负载。先插入4只EL34,调节相应的栅负压使其阴极电压为0.4V。再插上其余四只电子管,并检测各极电压是否与图3中的参考值相近。

   有些人只注意推挽两臂及左右声道的电阻值电容值的准确程度,岂不知电子管的静态特性和动态特性是更重要的,但是电子管的特性测量起来比较麻烦。可用下述简单方法检查其静态特性是否相近:先记下各管屏极和阴极直流电压的数值,然后交换左右声道各电子管,重测上述各处电压值,如果相差不大,说明管子在直流工作状态下对称性较好。本次所买套件中的输出管是要的俄罗斯生产的SOVTEK牌EL34WXT,每只比国产管约贵90元。测试后发现其一致性比较好,在四只管阴极电压均为0.45V的条件下,栅负压约为36.3V,误差不超过0.2V。

   5.交流技术指标的测试。在直流工作状态正常的前提下,对整机电压放大倍数,最大不失真输出功率和频率响应进行测试。先在不加负反馈的情况下进行测试。

   首先测量电压放大倍数。在放大器的输入端加上频率为1kH z ,幅度为0.1V的正弦信号,并将音量电位器旋至音量最大的位置,在输出端8Ω假负载电阻上测量输出电压。结果如下:左声道为6.42V,右声道为6.16V,这说明左右声道的电子管特性不太一致。于是试着将左右声道的两只6DJ8对调位置后重测,结果左声道为6.30V,右声道为6.26V。由此可以算出,无负反馈时的总电压放大倍数约为63,折合成增益为36dB。

   然后测量最大不失真输出功率。在输入端仍加1kHz的正弦信号,输出端接上示波器和交流毫伏表,逐渐加大输入信号幅度,使得示波器上观察到的正弦波将要产生失真但尚无明显失真(若有失真度测试仪应监测非线形失真),记下此时输出电压U:左右声道均为18.5V,由此可算出最大不失真输出功率:Pom=U2/RL=43W。

   注意:放大器处于最大输出功率的时间不要太长,在准确读完输出电压的数值后,应马上减小输入电压使其为零,以免10W8Ω假负载电阻发热烧坏。如果用大于50W的电阻作假负载,则无此顾忌。

   最后测量幅频特性。先调节输入信号幅度,使放大器的输出电压为2.83V,此时对应的输出功率为1W(8Ω,1kHz时),以此为OdB,测量输出电压下降为2.83×0.89=2.52(V)时的上下限截止频率为:29Hz和35kHz(-1dB)。再测出输出电压下降为2.83×0.707=2.00(V)时频率响应为19Hz~55kHz(-3dB)。

   6.接负反馈。在输入信号较小的情况下(例如0.1V),用一段导线将负反馈电阻R14与8Ω输出端瞬时碰一下,并注意观察输出端所接的交流电压表或示波器,若发现输出信号幅度增大,则为正反馈,应将该声道输出变压器初级的P1,G1与P2,G2对换位置。若无示波器和交流毫伏表可接上扬声器,若不产生啸叫则为负反馈。

   在加上负反馈后,重测电压放大倍数为32,电压增益约为30.1dB,负反馈量约为-5.9dB,属较浅的负反馈。

频率响应(1W时)如下:
23HZ~37kHz(-1dB)
?Hz~66kHz(-3dB)

   由于测量时所用的XFD-7A声频信号发生器的最低频率为20Hz,DA-16型晶体管毫伏表的下限频率也为20Hz,故加有负馈后的下限截止频率未能给准确数值,估计低于13Hz。

试听

试听时所用器材如下:

CD机:SONY CDP-X222ES
参照功放;欧博M100整机
音箱:美之声监听一号
软件:雨果发烧蝶(一)
   穆特《卡门幻想曲》
   民歌蔡琴

   约了几位发烧好友,分别用不同软件对自装套件机与欧博M100整机(用同一套电子管,分别调整好静态工作点)进行听音对比。大家都认为,在低频力度,平衡性,高频解析力等方面二者不分伯仲,倒是用国产EL34与俄罗斯SOVTEK生产的EL34WXT相比差别不小。在声场宽度,定位及解析力方面,俄罗斯管具有较明显的优势。后来又将EL34WXT换在自制的EL34单端甲类6W功放上,效果亦然。这可能是由于管子一致性较好的缘故,试想,如果功放左右声道在不同频率上及不同功率时的增益不同,其声象定位肯定乱作一团。

   总之,欧博M100KIT套件制作工作量较小,容易成功。对于有点动手能力的发烧友来说,不失为一个施展才能的好机会,闲暇之余,为亲朋好友装上一台,可以节省一大笔开支。更为重要的是,其中劳动的乐趣和成功的喜悦是别人体会不到的。

输出变压器的简易测试  节选

  首先是外观检查,我们明白输出变压器的关键在于线包的绕制方法和线材、绝缘材料的质量等因素,虽然不能拆开线包
观看,但从外部测试结果也可以作出大致的判断。

  第二步是测量线包的直流电阻,可以用万用表欧姆档测试。推挽输出变压器要求两臂性能参数一致,因此绕制时也要
对称,故可测量其B与P1,P2及B与G1,G2之间的直流电阻是否相等,如图1所示。如果内部采用不对称绕法,是难以做到
电阻相等的。即使是对称绕法,若是人工绕制,万一不留神,将一边多绕或少绕一些圈数,也不是没有可能。当然用不同
型号的万用表测量出来直流电阻值不一定完全相同,但只要两半边电阻相等即可。最好左右声道两只输出变压器的对应端
电阻也相等。欧博变压器初级线圈(P1~P2)的直流电阻实测数值为198Ω,次级直流电阻为0.4Ω(8Ω端)。初
次级直流电阻数值(铜损)的大小,直接影响变压器的效率,当然是越小越好。但是,受到变压器体积的限制,又要求足
够的电感量,所以必然初级线圈匝数要多,但导线直径又不能太粗,故直流电阻不可能太小。

  第三步是测量变压器初次级匝数比,从而求出阻抗比。方法是在变压器次级线圈(如8Ω端)加上交流电压U2,例
如频率为50Hz,电压为1V。然后用交流毫伏表或数字万用表测量初级P1~P2端之间的电压U1,则匝数比N=
U1/U2。本变压器实测数据如下:次级8Ω端电压U2为1V,初级P1~P2端电压为24V,B~G1间电压
为 5.27V。由此可求得: N=24,还可以求出帘栅极的反馈系数:α=5.27/12=0.44。

   变压器的效率η可由下式估算:
      η=N2RL/(N2RL+r1+N2r2)
其中:RL~次级标称负载阻抗
   r1、r2~初级、次级线圈的直流电阻
将实测数据代入上式,可求出效率η=91.4%
初级等效阻抗可由下式求出:Rp~p=N2RL/η=5.04kΩ。

  第四步是测量电感。输出变压器初级线圈的电感量以及漏感是决定频率响应的重要因素。测量电感可用万用电桥或电
感表,用不同仪表,在不同测试条件下所得的结果可能不同,但通过比较同类产品(比如欧博和大极典)或左右声道两只
输出变压器的电感量,也具有一定的相对参考价值。我测量时用的是DL6243型数字式电容电感表,其测量电感的最
大量程为20H,最小量程为2mH。一般推挽变压器的初级线圈屏至屏间电感均大于20H,故不能用这种电感表直接
测量(国产的9243型电容电感表的最大量程为200H,可以直接测量)。此时可只测量半个初级线圈,即B─P1
和B-P2间的电感,二者应数值相等或相近。然后将半个线圈的电感量乘以4即可大致估算出整个线圈的电感量。原理
是根据电感量的计算公式:

L=1.256×10-8μN2Sc/lc (H)
其中;μ~铁芯材料的导磁率
   N~线圈匝数
   Sc~铁芯截面积,单位:平方厘米
   lc~铁芯的平均磁路长度,单位:厘米

  此公式仅适合于计算绕制在无空气隙铁芯上的线圈的电感量。但由公式可以看出,在其它条件相同的条件下,线圈的
电感量与其匝数的平方成正比。在上例中,B—P1的匝数为P1—P2匝数的一半,故电感量为其四分之一。

  输出变压器漏感的测量方法一般是这样的,将次级输出端用一导线短路,此时初级线圈电感量的测量值即近似等于漏
感。按照上述方法,对欧博变压器进行测量,结果如下:初级电感L(P1─P2)约为 41H,漏感LS约为16m
H。与厂家公布的参数相差较大:初级电感L在50Hz时为175H,在1kHz~10kHz范围内,漏感Ls小于8mH。这
可能是由于测试仪表及测试方法不同所造成的。专业测量与业余测量结果是有一定差别的。但是用同一仪表和方法,测量
另一公司产的同类输出变压器的初级电感约为43H,漏感约为H。可见二者相差不大,作为“货比货”的依据总
是可信的。

  最后一步是幅频特性即频率响应的测量。推挽输出变压器的测试电路如图2所示。图中:

Us~低频信号发生器,如:XD1,XFD-7A等。
PV1、PV2~交流毫伏表,如:DA16。
R1、R2~匹配电阻、阻值为变压器初级阻抗的一半。
RL~负载电阻。

  测量时先将信号发生器频率调至1kHz,再调输出电压使毫伏表PV1指示为某一数值US,(并注意在以下的测试
过程中,不论频率如何改变,都要保证US数值不变),再测出负载电阻RL两端的电压UL,UL即为中频时的输出电
压。然后逐渐降低信号频率,并注意观察PV2,使其指示值为0.707UL,此时对应的信号频率即为-3dB下限频
率fL。然后再将信号频率逐渐升高,同样使PV2的指示值为0.707UL,则此时对应的信号频率即为上限截止频率
fH。若要测量-1dB频响,则应取0.89UL。

关键字:变压器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0531/article_9455.html
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