UTC超级变压器一瞥与胆机变压器的快捷设计（上）

Hi—Fi之友UTC超级变压器一瞥与一．UTG超级胆牛胆机变压器的快捷设计(上)UTC公司全称为UNITEDTRANSFORMERCORP，日本马兰士1995年10月发表的500万日元一对的ProjectT一1胆机的平衡输入、级间、推动、输出4个超级变压器即为该公司所制造，型号分别为LS10X、LS25、LS56、LS6L4。LS6L4已被恶炒成4．2万日元一对!一个600Q平衡输入LS10X也要1200元(旧品)。采用现代简约罩壳的推动变压器LS56及输出变压器LS6L4的外观见图1所示，采用古典罩壳的平衡输入变压器LS10X外观见图2所示。上面4个变压器绕成多抽头对应多种阻抗：LS10X：50，125／150，200，簟譬图1UTC公司的“方盒子”变压器外罩图2古典厚重罩壳封装的UTC超级胆机变压器44廖海威图3UTCLS一31高保真胆机变压器解剖比较250，333，500／600(2／／50k(2(20Hz～20kHz±ldB)LS25：30kQ／／50kQ(20Hz～20kHz±ldB)LS56：5kQ，3kQ／／6kQ，5kQ，4kQ，18kQ，1．5kQ，lkQ⋯⋯(10Hz～50kHz±ldB)LS6L4：4．5kQ．3．8kQ／／500，333，250／200，l25，50，30，20，15，10，7．5，5，2．5，1．2Q(12Hz～50kHz±1dB)虽然T一1胆机(使用300B4只，8454只，5U4G1只)并不需要这么多抽头，但高造价却不会变，其天价般将LS6L4炒成4．2万元一对，这实在是一些胆友们的极度迷信所致，须知美国麦景图MC2102200W输出的合并式胆机6万多元也就可以成交了。历史上，UTC公司从铁芯、漆包线、绝缘材料、屏蔽盒到接线端子与外罩壳均十分讲究。以LS31为例，这是一种级问变压器，从图3可以看到，铁芯为坡莫合金之芯式铁芯，外围体积为40ram×24ram×13ram(叠厚)，整个变压器先装在一个较小的电镀铁质屏蔽盒内，然后将小盒再套在一个较大屏蔽盒内，最后再装入灌注沥青的74ram×60ram×83mm的铸铁罩壳中，在总重1．35kg中，外罩壳就占了1．135kg。外罩顶面凹刻的灵动UTC商标如图4所示，富于装饰意味的4条笔挺垂直角柱、采用传统制版制作的永不褪色铝质标牌——站在这样的变压器面前，你不会不产图4带凹刻厂家商标的UTC超级胆机变压器2004年第11期维普资讯http://www.cqvip.com生肃然起敬的感觉，任何的怀疑也都会是多余的。当然，它的价格您也不能小看，大概40～50年前，这样的一个级问电压放大变压器在美国就值35美元(同期的一台50W电子管扩音机在中国才卖300～400元人民币)。当音响产品从过去的耐用型转为今天的消费型，UTC公司也“与时俱进”了，从图1可以看到，外罩壳已从古典华彩转为今天的方正简约，牢牢钉紧的固若金汤铝质标牌也不见了，代之以印刷文字。当然，内里乾坤是否发生变化我们不知道，但以UTC的如雷贯耳名气而论，它的音频变压器应该仍如其声明的那样“ULTRACOMPACT”(超级合适的)。测量T一1胆机用作600Q平衡输入／倒相的UTC那个LS10X，600Q一侧两端对中点的直流电阻(使用胜利DT970数字万用表，下同)分别为31．9kQ与32．9Q，相差为1Q。50kQ阻抗侧两臂分别为1643Q与1637Q，相差达6Q。铁芯小、线径小、多抽头，无法采用左右分段的绕法，达到这样的水准很不容易了。笔者在胆机优质变压器绕制新法一文中所说“同一只变压器推挽两臂的直流电阻误差可控制在±0．1Q内，同一对变压器一、二次侧的直流电阻误差可控制在±0-3Q内”，这是您经过努力实践后肯定可以达到的最高境界，您还有什么可以自卑而不及早动手绕制的呢?二．电源牛输出牛通用的几个重要概念和公式 原则 组织架构调整原则组织架构设计原则组织架构设置原则财政预算编制原则问卷调查设计原则 上，不管是电源牛、输出Hi-Fi之友牛，原理与设计思维本质上是一样的，只不过为了叙述的方便与设计的易记，我们采用了分而治之的办法。学究式的设计需作测试、查图表、对曲线，而后反复演算验算，足以吓退许多初学者。现代胆牛用料都比较讲究，工艺也控制得很严，完全可以跳过“节约每一分钱”背景下的一些复杂“验算”，于是其设计便成了一件趣事。1．变压器的功率损失与效率r1任何一只变压器的输出功率都永远小于输入功率，功率损失主要表现在“铁损”和“铜损”上。(f)铁损变压器通电时铁芯断面产生的涡流，以及“磁感应强度的变化落后于所对应的磁场强度变化”之所谓磁滞现象(对应的“磁滞回线”具有异常美丽的曲线美，可惜中看不中用)，两者最终以发热的形式吞食了一部分电能。对于涡流的大部分削减，旧时针对未涂漆的硅钢片生产出一种所谓“硅片漆”，由涂漆工负责对冲好的型片进行涂漆工作，使片与片之问以一层漆膜绝缘，涡流就得以有效遏制。现代硅钢片已在轧片后加入涂漆工序，在冲床上冲出型片(冷轧片还要回火处理，包装盒上有“炉号”字样)即可应用，根本不需要像某电子类报纸上所说那样再去“两面涂漆”，乱涂只会使铁芯的电磁性能变差矣；至于磁滞损失，只能靠选片上花财力，购买磁滞损失小的优质硅钢片来解决。特别需指出的是，在“铁损”中，磁滞损失占了绝大部分，达60％～70％左右，所以高保真胆机中选用优质硅钢片显得十分重要。(2)铜损变压器哪里有铜呢?——绕制线圈所用的漆包、纱包铜线。铜线本身的那些电阻当然会让电流通过时付出代价的，线越细，含的杂质越多，绕制的匝数越多，线包绕径越大，电阻则越大，其上所消耗的电能也越大，最终也以热的形式跑掉了，这就是铜损。减小的办法是尽可能加大线径(选用窗口较大的铁芯)、控制匝数(选用优质硅钢片)、控制线包围径(不让舌宽与叠厚的尺寸比例过度悬殊，一般在1：2．5或1：3以内)、采用高纯度的铜线(但价格高昂、进货困难、线径种类有限)。似乎欲减小铜损，最简便的方法是加大线径，然而若过分加大线径，则会使变压器体积过分加大，产生新的头痛问题，所以只有原设计满足要求而窗口仍有裕量时才加粗某些绕组的用线。为了衡量变压器的功率损耗状况，需引出“效率”：r1P2／Pl效率即输出功率与输入功率之比(<1)，表1列出了各功率下的T1。从理论可推导当铁损与铜损相等时，T1最高。进而可以肯定铁芯的截面(舌宽X叠厚X0．9)有一个最佳值，设计时最好不要偏离此值太远，上面提到的舌宽与叠厚的尺寸比例一般应控制在1：2．5以内，正是考虑了这个“最佳值”。表1变压器效率r1功率效率r1lW及以下0．6～0．7l0～30W0．7～0．830～50W0．8～0．8550——100W0．85～0．9100W以上0．9～0．95片子越好，r1取值可越大45维普资讯http://www.cqvip.comHi-Fi之友万勿将变压器的效率混同于胆机、石机之“电源效率”。一个n高的胆牛，其铁芯必定是优质的，其铜线必定是放心的，其设计必定是合理的，而这些最终会微妙地引导一部胆机的音质向高保真靠拢。2．几条重要基础公式①n：P／P，(n<1)②铁芯的截面S：舌宽×叠厚×0．9(铁芯装紧后片子之间仍有包括漆膜在内的微观隔离空隙，故要乘0．9)③知道一次侧的功率求所需铁芯截面积(cm)S=kP1／(k在1．1～1．6，铁芯越好取k值越小)。一般地，若非绕组过多，做电源牛时，S确定了，对应铁芯窗口容纳所有绕组不成问题；输出牛因为要照顾25Hz以下的低频，要取得大电感，故实际使用截面积比理论截面积要大得多。④市面碰见好铁芯，心算出其S后，欲求功率PP：(S／1．1～1．6)(式中分母最优铁芯取1．1，最差近铁皮者取1．6)⑤易背的“牛记公式”，通用的每伏匝数快速 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 N=45／BS(参见表2、表3所示，B为“万特斯拉”，S为截面cm，电源及低频为50Hz输出牛可直接用；用于输出牛时，50Hz是频响低频f的多少倍，将N乘以这个倍数即可。B。单位是“万特斯拉”，切不可用错)。这是一个应用每伏匝的快捷公式。从原始式N：10／4．44fBS中可看到N与频率f成反比，那么当频响低端为25Hz的输出牛设计时，只要将上述对应B下50Hz频率适用的快速公式算出的每伏匝数乘以2就可以了。对于没有经过严密设计的听音室乃至家居厅室来说，这“25Hz”实在是低音的奢侈了，更何况2～3万元以内的进口名牌音箱频响低端的诚信标称也只有25～40Hz左右。当然，如果听音室与音箱都到位了，lOHz会是更迷人的，没关系，仍然可用前述5OHz下的快速计算每伏匝数公式，将算出结果乘以5就可以了。依此类推，50Hz是20Hz的2．5倍，将50Hz下的结果乘以2．5就可以了。一句话，50Hz是输出牛低频端f的多少倍，由N，=45／BS得出的结果乘以这个倍数就是该输表250Hz电网电源牛每伏匝数『B值t／V10．8万45／0．8Sl万45／S1．25万45／1．25S1．5万45／1．5SS铁芯截面cmf50Hz的输出牛直套通用表3胆牛设计最常用6条公式出牛一次侧的音频电压每伏应绕匝数。表3为胆片设计中最常用到的6条公式。电源变压器的快捷设计1．查电子管手册或有关资料，找出整机所用全部管子的灯丝电流电压，功放管的静态工作电流I。及最大信号时的屏流IM(IM如果不见提供，可取估计值，如常见的6550、KT88、KT100、EL34一类管子作AB1类推挽时可取I的2．5～3倍作为I)、帘栅极静态电流I(O)及最大信号时的I(M)，推动管、倒相管、前置放大管等其他各管的屏流，最后均以A为单位。2．总的设计I屏帘应是上述功率管的最大屏流、最大帘栅流之和加上其余各管屏流(取一般应用值或静态值)后乘1．1l：I屏帘=1．1×(功放管最大总屏、帘流之和+其余各管屏流之和)3．算出功率——I屏帘消耗的功率及灯丝消耗的功率，其中要注意屏流、帘栅流下的功率分两种情形：①全波整流(如用电子管5Z3P)时P屏、帘1．49×(I屏、帘×电源1．每伏匝数No=45／BSB为万特斯拉，S为cm电源牛及频响低端f为50Hz的输出牛直用；输出牛用时50Hz是f的多少倍，将N。乘这个倍数2．变压器效率n=P2／P．P为输出功率，P。为输入功率3．输出牛一次侧或二次侧音频电压U：(PZ)P为功率，Z为阻抗4．输出牛一次侧应有电感LI=Z。／nfZ。为一次侧阻抗，f低为频响低端频率(当M=ldB时)L1Z1／7f(当M=3．5dB时)5．铜线直径d=1．13(I／j)I为AJ为A／ram，j=2．5时d=0．7(I)，j=3，d=0．65(I)6．输出牛匝数公式N。／N2=(Z。n／Z2)N。为一次侧匝数，N为二次侧匝数，Z为阻抗，n为效率462004年第11期维普资讯http://www.cqvip.com牛标注高压)⋯⋯(1)②桥式整流(如时下大量使用的硅二极管)时P屏、帘1．23×(I屏、帘×电源牛标注高压)⋯⋯(2)注意上述(1)式中的“高压”在计算时指以中点为计算 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，如2×350V只算350V，不能误算成700V。电源牛总的功率P总P砰、帘+(各管丝流×各管丝压)4．由公式S=kP算出P所需铁芯截面积，然后看能否找到叠厚为舌宽1．2～2倍时，不小于S的铁芯，再据后文复核窗口的办法看初选的铁芯合用否，不合就要改选窗口大些的铁芯，此时舌宽通常也跟着加大。胆机电源牛的绕组太多，以上式理论截面积下求出的每伏匝数来绕制，通常窗口会不够，一般都要通过增加叠厚加大S，从而减小每伏匝数的办法来解决。5．由速算公式N=45／BS可快速算出一次侧每伏匝数，注意高保真胆机电源牛的B不可取得过大，过大会增加磁漏，干扰近旁电路，并使铁损的增加大干铜损的减小，结果是温升增大，空载电流I增大，调整率变差。6．二次侧高压绕组总匝数的确定比较多样，没有定则，有根据整机试装结果直接采用上述一次侧每伏匝数N算出后，直接将以N为基准算出的高压标在变压器与线路图上的，有以N为基础再加2％～l1％左右的(见表4)，下面一种则是学究式的(全波及桥式整流)：高压绕组匝数=1．1l(高压伏数×N)×1．037．灯丝绕组的匝数实用上由2004年第11期Hi—Fi之友上述一次侧每伏匝数乘以丝压，然后在此基础上考虑T1，优质片加3％～6％左右即可，在需要中心抽头时，总匝数应为偶数，不然抽头会跑至另一对称面，外观及应用都殊为不适。精确计算灯丝绕组“四舍五入”而“五入”加满一匝后丝压如升高太多，就要以加满一匝后丝压仍应正常为基础进行反推演算重新确定一次侧每伏匝数，而后再调整高压匝数。此外，若高压绕组仅仅因为最后几匝而多占了一层窗口的话，应毫不可惜地将这几匝舍去(当然要提前准备，确保全波整流的中心抽头准确无误)，将浪费的窗口让给最需要的绕组。对于胆机直流高压说来，整流管上的压降实在是微不足道的，故可不予考虑；但对晶体管机来说，桥式整流硅二极管上加起来1．4V的压降对于不高的晶体管工作电压来说，所占的百分数就不容小视，此时当然应在设计电源变压器时给予补偿。8．由高压、中压、灯丝绕组及一次侧220V绕组的电流以及选定的电流密度j(A／mm，连续长时间不间断使用的机器j可取2，但线径要明显加大；考虑到听觉疲劳少有连听10小时以上者，j取3还是十分安全的，旧时五灯电子管收音机电源牛的灯丝绕组甚至有取值超过4者。视窗口容纳情况，胆牛用线可在j=2．5～3．5间选取，而以3为折衷)来决定线径d(输出牛二次侧通过的音频电压并非恒定的正弦波，若限于窗口，将j值取为4也未尝不可，实践证明二次侧极少有烧断者)。d=1．13(I／j)对于常用的j值下之d值，可简化为J=2时d=0．8(I)J=2．5时d=0．7(I)J=3时d=0．65(I)J=3．5时d=0．6(I)J=4时d=0．57(I)这样求出的d不一定能找到相应商品规格，需再查漆包线规格表确认，倒不如由电流直接查“漆包线规格表”(多数电工类书籍及无线电普及读物均附有此表)。上述计算的价值在于多数“规格表”仅含j中的3种如“3—2．5—2”或“2-4-6”等，而利用所给算式则可知道各个j值下的线径情况。由于市面上有许多上世纪80年代初以前的国产电源牛出售、邮购，特给出表4供参考。一般说来，铁芯越差而上述j值又选大了，二次侧绕组匝数增加的百分比就越大。而现在我们所用的硅钢片铁芯，质次近铁皮者均淘汰了，二次侧匝数的确定对于胆机来说变得简单了，一般在一次侧每伏匝数的基础上直接算出相应绕组的匝数，再加5％左右即可。对于使用Zll优质硅钢片作电源牛铁芯者，灯丝绕组所加的上限为6％。不要再多，否则丝压会过高，设计中一旦发现应采用前述反推法重新调整一次侧匝数回到6％以内，使用Zll片子灯丝绕组匝数在一次侧使用①0．8mm以上粗线时，按理加4％左右，灯丝电压要顾及后面那位小数而绕线以整一匝为单位，故会出现所加百分数有无超出的复杂情况。四．变压器．空载电流l。的控制空载电流是衡量变压器的一47维普资讯http://www.cqvip.comHi—Fi之友482004年第11期一蒜一恒∞0均聒N副．一∞毫z＼∞旨I*∞∞＼z一器一一荨e旷600∞一C；C寸r、0f禽nc'-Ilf一n+●蓄lfll罱∞C；。一象。+=i；81I+掣̂u0口出f＼fflfo。∞lf1呕一o。轰篙0f一苫、一》I一一^寸薹塞fr、r、寸呈e+謦萤寻n翼量=。。e^×6×6×置茎萎寸×10。。—寸一一l00。0r、寸㈩0In口一●—一一×一l寸一—0一静0000晶曷000一寸磊水0"3一晏量漂一0一0-旺_n0n墨苫C；呈=!：!一竺!一一r、—0一一n一0＼＼xC；X0×6X0x6x×0××0X0X×N0000000000000藿羹r、f寸00∞00rr、0non∞Nr、n∞寸0o。00一—×=×一×=∞×呈×三××××一×××寸n罱×t'-1t"-1r"qrt'-1n寸nf一n寸一810兰e一葛吕600一e一e6e60基∞寸6寸0寸0寸0寸0寸001器nn寸n寸寸一n一r、n寸●●●●寸0●●一一一一0●0一一一一一一基0000n㈩0000宝01∞≥锅Ⅲn寸tn∞一{逅脚竖脚扣叵柱脚脚旧柩nnn寸n一∞寸寸n一r、r、寸∞寸∞寸0o。∞一一一寸一怔o。nnn寸寸∞磊导00寸×××0nnnnnn寸n寸导星0寸寸×8×××××××××××××＼o。0山0导蓦恤nnr、00●≥客皋器—荨寸‘重藿羹藿昌靼她§靼=i；81II60古100000寓寸L誓篓o。l副I下Im墨划In口口∞啻吝詈吝∞鲁吝参基册皋0m暑00景阜10寸l10由I蓦0lnI寸雷吝∞口00枇H<．}Ⅲ0Ⅱ∞00副口口啭三E7脚旺稚校她脚辜靼L晕恤辜恤寸维普资讯http://www.cqvip.comHi—Fi之友表55种旧式中外电子管电源变压器一次侧绕组的空载电流I表6铁芯叠厚不变，B值取低后厂家一次侧输入一次侧绕组的线径／ram10相当于满载电流及牌号电压／V及直流电阻／Q／mA之百分数／％苏州元件厂0．3l苏元牌220l1．5546．8上无二十七厂0．3l22036．2I6DB-50-226上无二十七厂0．332207024．5DB-63-l7726ISX03YY不详油浸22087l1．2l2．1l4国产电子管2202l030电视机电源个重要指标，I大了，磁漏必大，必定干扰近旁电路的工作，同时温升也会随之增大，加速漆包线的膝膜老化剥落。空载时变压器很快发热发烫，毫无疑问是I太大了，大家很容易识别。然而仅凭摸铁芯手感的办法来判断I是过于粗糙了。最低要求I不超过满载电流的15％，但从表5对5种旧式电源牛的Io测量中发现DB一63竞达24．5％，而在开机工作后手摸并不烫，原因在于一次侧220V绕组片数多达912匝，热量通过“匝数”这么多的“良好散热器”散掉了。为了老百姓买得起电子管收音机，在国家奇穷的那个年代，只好也从电源牛上最大限度节约成本下足功夫，但对应“245％”的70mAI，即使拔下所有电子管，通电时那个I也等同一个15W的灯泡了。当今收录机等家用电器之电源牛设计仍然十分随便地以“不烫”为标准，所以往往成为最脆弱也最浪费能源的一个部件。从变压器本身性能及环保节能出发，胆机电源牛I应控制在满载电流的8％以内(讲究的高保真胆机更应苛求在5％乃至3％以内)，那么，优选铁芯的B值就显得十分重要，2004年第11期一定不能过高。还是从表4可以发现，同样称为那个时代的国产D42高矽片，讲究的GY1200W有线广播机电源牛的B值仅取在保守的1万特斯拉左右，而几款电子管收音机却为了“节约每一分钱”(生产成本)而将B值取至临界状态的1．5万左右。表6说明，当B值从1．8万降至1．71万时，总匝数从448t增至476t，仅增加了28t，但I却从320mA急降为160mA，降幅达50％；而当B值再降为1．44万时，I就只有80mA了。此实验所用铁芯为H18型硅钢片(全新片)，从所得数据看B值应与原国产D42型相近。不难发现，B值一旦突破上限，I会急剧增加(D42上限为15万)，这是绝对不允许的。市场上出售的塑料骨架小型电源变压器(供晶体管机器用)在起空载电流I的急剧减少(235V下J①仍为前述Hl8型ll4片号0．35片厚，舌宽38ram×叠厚38ram不变，0．5lmm线径，235V下共448t，1．9lt／VIo=320mA，B1．8万T②加28t后总匝数增至476t，每伏匝数仅减为2．03t／V，I160mA，B=1．7l万T③再加88T为564t，变为2．4t／V，I降为80mA，B=1．44万T装配铁芯时几乎都将开始及最后那一片横片废弃不用(多为0．5mm片厚)，为的是好装、快装，这是极无知与不负责任的，而一些朋友们在拆旧铁芯时也往往随意撬撬捶捶，以为弄坏几片不要紧，表7告诉我们，不能看绝对数的“几片”得出无关大局的轻松结论，而应以你丢弃的“几片”占叠厚的百分数来衡量，请看该表内第2项，舌宽为32的某铁芯变压器，原叠厚为47mm，Io=95mA，仅仅加了4片，叠厚增至48．5ram，I降至81mA，降幅达15％!这就是严谨的胆机音响制造厂家精确控制铁芯片数使之一片都不能少的理由。空载电流过大(或输出牛的电感大打折扣，两者在本质上是一样的，故放在一起讨论，请注意)的另一个重要原因是硅钢片冲裁时冲床质量过差导致片子对表7同样线圈，铁芯叠厚的增加与空载电流I的减少幅度关系①H18型ll4片子全新0．35片厚051QZ漆包线448t，235V下，舌宽38ram，当叠厚为38ram时I为320mA；②共加10片，厚度由38增至415ram，I即降至230mA，降幅39％①舌宽为32ram的96片子，旧片未清洗，厚47mm，型号未知，中03lmmOZ线618t，235V下，Io=95mA；②仅加4片，厚度增至485ram，Io=81mA，降幅为15％③再加5片，厚度达493mm，Io=66mA，较②又降去227％49维普资讯http://www.cqvip.com接端口尺寸误差太大，E片与I片不能严丝合缝，电感上不去，I。自然大了。就算冲片工艺为高精度的，在铁芯装配时仍应小心讲究。表8为铁芯装配状况不同时同一线圈的电感变动情况，从中我们可以看到，有没有I片，I片与E片接合得紧不紧，夹条上不上，都会大大影响电感。(未完待续)购以下物品，60元以内每次6元，超过60元免邮资(边远地区．货重物品按邮局实收)。注：★为二手或进口拆机保用品●为全新。尺寸单位mm。QQ号：350592412。E—mafl：jcdq2003@’163．tomadmin@jcdq．net。本部商品种类繁多，杂志广告登出的只是一小部分，欢迎上网查看最新商品，网上留言购货可享受打折优惠。维普资讯http://www.cqvip.com