胆单端输出变压器的讨论及测试(一)

胆单端输出变压器不就是一个铁芯加初次级线圈, 初次级圈数比就是电压比, 初次级圈数比的平方就是阻抗比, 初次级圈数的反比就是电流比了. 看起来很简单, 没有值得讨论的地方, 让我们看看是不是这样.

输出变压器是由铜部份(绕组) 及铁部份(铁芯) 所组成, 两个部份对声音都有影响, 先讲铁芯, 它是一种合金, 主要由铁,镍, 钴及矽(硅) 等组成, 不同成份对磁特性都有影响继而影响音效, 高质量变压器铁芯合金的比例及加工细节都是商业秘密, 不容易得知,但都离不开基本原理.
变压器铁芯都是由钢锭轧成薄片厚度一般大约是 0.25 mm左右, 以减低涡流电效应. 再经冲床冲成EI型, 或冲成长短不一再叠成 C 型, 俗称 C core. 看图:
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加工分为冷轧和热轧, 热轧的钢片因为温度高,分子的流动性仍然很强,较没有方向性, 所以热轧的钢片较适合冲成EI 型, 因为磁力线在E型钢片内会作90度偏转. 冷轧的钢片因为温度低, 分子的流动性己减弱, 只能顺看轧的方向成型,较有方向性, 所以冷轧的钢片较适合顺着轧的方向冲成长短不一并叠成C 型,也有卷成园型再切成两半成C 型, 因为磁力线在C core钢片内是顺着方向走的, 请看图:
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因为没有磁力线90度偏转关系,C core一般来说效果效好, 所以近年很流行用C core铁芯造单端输出变压器, 以至后来DIY产生了一种错觉, 认为EI不好,C core一定错不了, 形成市场上重C core而轻EI 的覌点, 于是出现了用劣质钢片冲成C core, 鱼目混珠的情况.
再说铁芯的频率响应, 先不管绕组, 金属是由结晶体组成, 结晶体的型状是由合金分子结构决定的, 结晶体的大小是由熔化温度下降至凝结温度的速度决定的, 下降速度越慢,结晶体越大, 下降速度越快, 结晶体越小, 地壳上的温度下降可长达数十万年, 结晶体长度可达一米, 下图是一个边长25mm的金属结晶体在地壳中经数万年温度下降所形成:
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在工厂内铁芯材料的熔化温度下降至凝结温度一般是数至十小时不等以控制结晶体的大小在微米级的范围, 请注意用温度下降控制结晶体的大小与冷轧热轧是两种不同的工序. 最极端的例子是以每秒钟温度下降一百万度以形成纳米级极小的晶体, 称为非晶合金(Amorphous alloy), 据说高频响应极佳,因为晶体越小质量越小,高速磁抖动容易跟上绕组高频讯号, 这种合金的输出变压器高频响应可达100KHz, 而微米级晶体的输出变压器高频响应大约60KHz 到80KHz. 这是铁芯的最高响应频率, 与绕组无关, 也就是铁芯结晶体份子的最高磁抖动频率. 无论绕组如何了得, 都不会得到超过此最高磁抖动频率的响应. 下图A是绕组没有电流分子磁力分布不定向,B是正向电流磁化,C是反向电流磁化:
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既然晶体越小质量越小,高频响应越高, 都采用非晶合金(Amorphous alloy) 造输出变压器便行了吗, 问题是较大的微米级晶体材料的磁滞特性曲线铁损失较少,而较小的晶体材料的磁滞特性曲线铁损失较大, 所以事物不会一面倒, 祗能取平衡奌. 在听感上, 非晶合金(Amorphous alloy) 输出变压器高频亮丽但低频量感不足,中频不够厚. 但做得好的微米级晶体的输出变压器较平均, 中频厚及低频好(与磁滞特性曲线有关), 高频亦可达50KHz已不错,最后是看个人取舍。
一般来说, 绕组本身是没有频率上限的, 祗是潜布电容量使高频响应以6 db倍频程滚降, 即使如此,其工作频率仍远高于铁芯, 所以输出变压器的高频响应上限是由铁芯特性所决定的, 要知道变压器的技术规格, 首先要做的就是测量铁芯的最高响应频率.
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上世纪二战后四十年代至七十年代初是真空管的黄金时代(golden ages of vacuum tubes), 大量的输出变压器需求造就很多研发并生产质量极高的铁芯片统称矽钢片, 七十年代末半导体在工业应用上淘汰了真空管, 晶体管扩音机大行其道, 高质输出变压器铁芯矽钢片需求下降造成停止研发,八十年代大功率高速半导体普及化,高速开关电源成本低需求大, 矽钢片厂都转向研发高速开关电源铁芯片, 高品质输出变压器产量少,以至九十年代矽钢片生产厂都不接单, 因为技术要求高而订购量少, 不合经济效益. 输出变压器生产厂用完了铁芯存货后都陆续停产. 有厂家干脆把牌子卖掉, 也有搬到东南亚投产, 质量就不保证了. 上世纪原装西电WE 171A, Tango X10SF 及Tamura F2013 都是殿堂级胆单端输出变压器,早己停产, 存货亦于十多年前售完, 现在能拿下都是天价. 下图是Tamura F2013:
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近代输出变压器生产厂用的都是标准规格铁芯片如M6, Z11, Oriental Hi B等, 质量跟上世纪特别研发芯片有距离但效果亦不差, 效差的是碎料片, 大型电力变压器的EI芯片阔度可达一米, 冲出来的碎料阔度可超过十厘米, 价格便宜, 用它来冲成C core最好不过, 便宜又大碗, 更有什者同一铁芯内由不同规格芯片组成. 上世纪六十年代北美洲出过一批胆后级套件, 名字不好说, 有好事者把输出变压器的外壳拆掉, 发觉铁芯片中央一半是高质, 两旁边的是质量低的所合成, 声音据说还可以.

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