電子管輸出變壓器的設(shè)計

1、低頻電感元件的簡易設(shè)計（三）、電子管收音機輸出變壓器的設(shè)計（單端輸出變壓器）收音機一般是使用低阻抗的揚聲器，它不能直接作為功率放大器屏路的負(fù) 載，必須通過變壓器來匹配，這種變壓器位在輸出端，所以叫做“輸出變壓器”。 輸出變壓器是根據(jù)放大器的工作狀態(tài)、輸出功率、所需的最佳負(fù)載，以及整機 的頻率特性等要求進行設(shè)計的.、電路的分析一、電路的分析為便于討論，把圖1的電路改畫成圖2的等效電路。AB的左邊是電子管屏 路的交流電動勢UU1和內(nèi)阻Rio ABCD虛線方框內(nèi)即是輸出變壓器部分。L1為初級的電感，r1和時2分別為初級和次級反射到初級的繞線電阻，Ls1和L s2分別為初級和次級反射到初級的漏感，漏感

2、是由于有些磁通沒有完全交連到全 部線圈所造成，其效果是減少了有效電感，故相當(dāng)與負(fù)載串聯(lián)。CD的右邊則是 揚聲器的阻抗反射到初級的負(fù)載，L，2為其電感成分，R 2為電阻成分。理想的變壓器應(yīng)該是初級電感L1為無窮大，繞線電阻r1和2,以及漏 感Ls1和L，s2為零，這樣，變壓器的特性與頻率無關(guān)，也沒有損耗。但實際上 是做不到的，只有在中間的一段頻率范圍內(nèi)，L1的阻抗較大，而Ls1、L，s2和 L，2都較小，電路接近于純電阻性，輸出較為均勻。電子管屏路的負(fù)載，也只有在中音頻率范圍內(nèi)才是匹配的，此時負(fù)載電阻輸出變壓器的損耗，主要是繞線電阻所產(chǎn)生，鐵心的損失相比起來是很小的，可以忽略。輸出功率對輸入功率

3、之比，稱為變壓器的“效率”，從中音頻率的等效電路可以求出，輸入功率P1=I上-二-f ）,輸出功率巳=:二，所 以效率n 吝 n =宜上。Pi Pi Ii （rl+r/+R少放大器連帶輸出變壓器在內(nèi)的增益，一般也在中音頻率時計算，此時 kM=K。nn，其中K。為電子管柵極至屏極的增益。001000 5000200001000 5000200。瀕率（描）當(dāng)頻率逐漸降低時，Ls1、L s2和L，2的作用愈來愈小，而L1的阻抗也逐漸減小，故輸出也就逐漸降低，如圖3,同時因匹配變壞，非線性失真也不斷增 加。如果要低音頻的特性好，就應(yīng)增加鐵心和初級圈數(shù)以加大L1，但隨著也增 加了材料和成本，只能根據(jù)情況

4、采取折中的方案。所以收音機的低音電壓特性 主要受到輸出變壓器的限制。在高音頻率時，J的影響可忽略，但“、L”和的作用開始顯著，這時 的輸出特性較為復(fù)雜，可分下列三種情況：（甲）若乒，則頻率特性曲線是 平直的，如圖3的曲線（1），其中Ls=L +L,u R=R +ii+R :;（乙）若?*， 則曲線是下降的，如曲線（2）；（丙）如亦，:旦那么，曲線就上升了，如曲 L勺 R勺線（3）。在使用電子注管和五極管的場合，內(nèi)阻Ri比負(fù)載R ：要大得多，靠增 加漏感Ls來補償是辦不到的，故特性曲線總是處于（3）的狀態(tài)。所以高音時 輸出增加，同時負(fù)載也不匹配，非線性失真也很大，使得聽起來有刺耳的尖聲， 故需要

5、采取高音償補等措施。當(dāng)頻率高于數(shù)十千赫時，輸出變壓器內(nèi)的分布電容開始有影響，使高音頻 率的輸出逐漸降低，但在普通的收音機里，可以不考慮這種影響。二、高音頻率的補償為了消除上述高音時輸出和非線性失真的增加，通常采用二種補償?shù)霓k法。一種是在AB端接入一個串聯(lián)的RY】網(wǎng)絡(luò)，見圖1，當(dāng)頻率增高時，電感 支路的阻抗雖然增加，但電容支路的阻抗卻減小，所以負(fù)載總的變化不大。如 果選配得R三上R=Ra, q=（Ls+L J/R2則RB端的阻抗變?yōu)榧冸娮栊裕碯、E=Ra，稱為“永久諧振”，此時，輸出與頻率無關(guān)，很為平直，如同圖3的 曲線（1），而且非線性失真也不增大。在實用上，為了減小上的損耗，使J （1.5

6、2） Ra，C1約在0.0050.05微法，輸出特性雖較“永久諧振條件時差 一些，但已能滿足一般需要。另一種辦法是在AB端接入一只數(shù)千微微法的電容器C，其作用除了和上述 一種有點相似外，還使得在高音頻時與初級電感L1發(fā)生諧振，如圖3的曲線（4）， 諧振頻率一般在510千赫之間，利用諧振以后急劇衰減的特性，可以很好地 濾除收音機的高音噪聲頻率。因諧振回路的Q值不高，諧振的峰頂較為平坦， 不會在諧振頻率附近發(fā)生尖聲的毛病。而諧振以前附近的高音頻率有些提升， 對補償收音機中放級中頻變壓器通頻帶的限制也是有好處的。如果放大器接有負(fù)反饋電路，則因負(fù)反饋本身就能減小頻率失真和非線性 失真，上述幾種補償網(wǎng)絡(luò)

7、可以省去，若反饋量不深，也可以同時加用。三、輸出變壓器內(nèi)的非線性失真鐵心內(nèi)磁通密度和磁場的關(guān)系不是直線性的，所以信號通過輸出變壓器以 后要產(chǎn)生非線性失真，失真的程度是隨著磁通密度的增加而增大。磁通密度B 與輸入到變壓器的功率P1的平方根成正比，與變壓器的工作頻率f、鐵心截面 積Sc和初級繞線匝數(shù)成反比，它們之間的關(guān)系是：BT言-機沁邕，而初級電感L1貝是與Sc及 W12成正比,所以，設(shè)計輸出變壓器鐵心的截面積Sc和初級圈，除了能達到所需的電感 L1外，同時還要保證在最大輸入功率和最低工作頻率時，磁通密度不致過大， 使得非線性失真不超過允許值。當(dāng)正確設(shè)計時，變壓器的失真與功率輸出管的 失真相比是

8、很小的。四、輸出變壓器的計算使用在單管輸出級和推挽輸出級的輸出變壓器，計算方法有些地方不同。這 里只討論常用的5瓦以下單管輸出級的變壓器。計算步聚如下：.確定初級電感：L1= （亨利）其中Ra為電子管屏路所要求的負(fù)載電阻，單ZTTfMD2-!位為歐。fK為最低工作頻率。土為中音頻率的增盎與fK時的增益的比值，一 般可為3分貝左右。若是3.5分貝，即M=1.5時，公式可簡化為L12圣。fK7f K在三級機時可取150200赫。一級機可取80100赫。2-選擇鐵心截面積：Sc黍（平方厘米）。其中為通過變壓器的直流 磁化電流，即電子管的屏流，單位為毫安。通常三級機的鐵心為山型，中心寬1.41.6厘米

9、，疊厚1.42厘米。一級機的鐵心為山型，中心寬225厘米，疊厚23厘米。3.3.計算初級圈數(shù)，以達到所需的電感40 Li Iao /W1=(Sc4.4.檢查最大磁通密度:-E LM”臨（高斯”其中P1m為最大輸入功率；效率n在15瓦的輸出變壓器通常為7080%。使用普通硅鋼片做鐵心而功率在上述 范圍的輸出變壓器，最大磁通密度Bm應(yīng)小于6000高斯。如超過此數(shù)，需加大Sc和增加口/5.初、次級的圈數(shù)比：n=5.初、次級的圈數(shù)比：n=，其中Ro可將揚聲器的標(biāo)稱阻抗代入，般是在400赫時所測得。6.次級圈數(shù)：1匚=術(shù)匚（圈）7 .計算導(dǎo)線直徑：通常由電流密度來決定。初級導(dǎo)線的直徑d-0.023、.二

10、（毫米），包括漆皮在內(nèi)）次級導(dǎo)線的直徑d：-。.7；*目（毫米,包括漆皮在內(nèi)）8.求出鐵心空隙的寬度：交流機單管輸出級的變壓器內(nèi)有較大的直流磁化電流，鐵心需加一個空隙，否則會降低初級電感和增加非線性失真。每邊的空隙D-隙D-（毫米）。用相當(dāng)于此厚度的絕緣紙充填即可。9 .驗算線包能否裝進鐵心：求出初、次級導(dǎo)線所需繞的層數(shù)和厚度，加上 絕緣紙及線圈架等所占的厚度，檢查能否放進鐵心的窗口里去，否則應(yīng)加大鐵 心重新計算。一般應(yīng)使窗口的寬度等于計算所得的線包總厚度的1.11.3倍。10.檢查匹配程度：根據(jù)所確定的初、次級圈數(shù)和導(dǎo)線直徑，分別求出初、 次級平均每圈長度，乘以圈數(shù)，得到總長度。再在一般導(dǎo)線

11、數(shù)據(jù)表上查出單位 長度的直流電阻值，乘以總長度，分別算出初、次級的電阻r1和r2。3咔之和應(yīng)接近于所需的負(fù)載電阻Ra，即+蕓+菱=* 如相差較大，應(yīng)調(diào)整效率n值或?qū)Ь€直徑，重新計算。如簡便一些，也可在繞好處后用歐姆表測量出初、次級的直流電阻門圮， 再行驗算。五、繞制方法在普通的收音機音頻放大器里，一般具有上述高音補償網(wǎng)絡(luò)或深度不大的 負(fù)反饋，對頻帶寬度和相移程度也要求不高，故輸出變壓器的漏感和分布電容 影響不大，在繞制時可以用最簡單的方法，通常用層繞法先繞完初級，再繞上 次級。因初級線徑較細(xì)，需另用粗線或焊片引出。如果放大器有深度的負(fù)反饋，或其他特殊目的，需要很寬的頻帶和很小的 相移，則變壓器

12、的漏感和分布電容成為限制高音特性的因素，故必須采用初、 次級分段、分層、夾繞等辦法來降低漏感和分布電容。小功率輸出變壓器繞線的層間絕緣襯墊，初級通常用厚0.05毫米左右的電 話紙（或牛皮紙等）；次級則用012毫米左右的電纜絕緣紙。初級線包對次級線 包和鐵心之間，均需耐受較高的電壓。初、次級間的絕緣可用0.12毫米的纜紙3、4層。線圈架一般采用無框的紙心，可用厚0.2毫米的青殼紙2層加0.12毫米的電纜紙24層做成。為了增加變壓器的防潮和耐熱等能力，最好用清漆浸漬處理。簡單的條件 下，放在石臘或地臘中煮一煮對防潮也有好處。六、計算實例設(shè)電子管要求的負(fù)載電阻為5500歐，直流屏流32毫安，輸入到變

13、壓器的 功率2瓦，揚聲器的標(biāo)稱阻抗3.5歐。計算一架三級機的輸出變壓器。1 .初級電感L1= ，其中fK選150赫，1 .初級電感L1=d . Ra 5500 _ _ a為 L1e=5.2 亨利。7f K 7x150.鐵心截面積Sc= 3=1.8平方厘米，選用E型鐵心中心寬1.6厘米，疊厚1.6300030002厘米，2厘米，s =16X16X09=23木：其中0.9為鐵心的占空系數(shù)。.初級圈數(shù)= 40LlIa：. .初級圈數(shù)= 40LlIa：. 40 5 - 3-Wi 一 1 Sc2.329004 .最大磁通密度:口 午3用。71+11）寸瓦畫1.13X1O7(1-P1)V150X2.3X2

14、9002x5500壬2060壬2060高斯，這是允許的。其中n取75%。5 .初、次級圈數(shù)比n=0.0295500X0.75n=0.0295500X0.756.次級圈數(shù)】*=nWi=O029X2900=84圈。7.初級導(dǎo)線直徑d1=0.023,克=0.13毫米（包括漆皮在內(nèi)）。次級導(dǎo)線直徑炬=。.次級導(dǎo)線直徑炬=。.7：滲.7：荒L0.71舉56毫米（包括漆皮在內(nèi)）8鐵心每邊空隙寬度dS = M*.058毫米。用0.06毫米的電 話紙一層充填，鐵心順插。 弟位；毫9 弟位；毫9.驗算線包能否裝進鐵心；所用鐵心窗口高24毫米，見圖4。設(shè)初級繞線時兩端各留空2毫米，則初級每層可繞(24-2X 2)

15、+0.13=150(24-2X 2)+0.13=1500.05毫米，則初級線包共占厚度=0.13X20+0.05 （20-1） =3.55毫米。設(shè)次級，需繞層數(shù)=84繞線時兩端各留空3毫米，每層可繞（24-3X2）+0.56=32 + 32=3層。設(shè)層間絕緣紙廈0.12毫米，則次級線包共占厚度0.56X3+0.12X （3-1） =1.92毫米。設(shè)線圈架占厚0.8毫米，初、次級間絕緣用0.12毫米電纜紙 4層，占厚048毫米，次級外層用電纜紙2層，占厚0.24，需繞層數(shù)=84為0.8+3.55+0.48+1.92+0.24=7毫米，可以放進8毫米厚度的窗口中去，但 需繞得緊湊一些。圖片寬718X高60810.檢查匹配程度：參看圖5。初級線圈每匝平均長度 =2X16+2X16+8X0.8+4X14X2nX3.55;2X1.1=82.7毫米，其中1.1為制作中線包松起的因數(shù)。初級總長度=82.7X2900=240米,直徑0.13毫米的漆包線每米的電阻