250W音频输出变压器设计

250W电子管扩音机，在工厂或乡镇广播网中，仍是常用的扩音设备，电子管2×FU-5(805)乙类推挽功放用的音频输出变压器，过去常用EI型冲片铁心，线圈采用交叉分段绕制，由于电压高，内部容易击穿，而且初次级之间的漏感也较大，所以高频频响受到一定限制.(见《电子变压器手册》第324页)，本设计采用CD型卷绕切割铁心，线圈为双线包分段绕制，改善了输出变压器的性能.250W电子管音频输出变压器的电气规格要求为：
屏极电压： Up=1250V
零信号时屏流:=160mA
最大信号时屏流:=400mA
负载阻抗： Zpp=6700Ω
额定输出功率： P=250W
频率响应范围： 80～10000Hz±1dB
变压器次级为定压输出 2×120V
结构：采用CD型铁心，立式安装。
耐压：初级 5KV，次级 2KV。
电原理图见图1所示。

计算步序如下：
1、计算变压器初级电流
当音频功率输出时，初级绕组的电流按屏极电流最大值的0.707倍计算，即按有效值来计算：

2、计算次级绕组电流

3、初级绕组
～
的音频电压Upp

4、初级开路电感

失真系数
5、变压器漏电感

6、选择铁心
从CD型铁心参数表上，按50Hz电源变压器，功率为250VA左右，选择CD20×40×60 DQ151-0.35C型铁心。
铁心截面积
磁路长度
铁心重量
CD型铁心材料采用DQ151-35晶粒取向冷轧硅钢带，经卷绕成型后，再热处理，浸渍胶合、切割而成，磁路中有两个接缝，但气隙很小，所以磁导率μ值很高，当50Hz时，磁感应强度B值在0.5～1.5T时，μ值约在7000～4000之间，见图2曲线所示。

7、初级绕组匝数N1
如果按电感量的方法计算匝数（μ值取3000）

由于C型铁心的磁导率μ值很高，代入上式中计算出匝数必然较少，那么在额定功率输出时，尤其在低频段工作时，铁心将会磁饱和而引起非线性失真，所以要从磁感应强度B值的大小来计算匝数。

8、每伏匝数

9、次级绕组匝数
=2.667×120×1.05=336t
10、导线直经d
初级导线直径

式中J为电流密度，音频变压器工作时为调幅波，调幅度约为30～50%，所以J取3.5A/mm2并不高，它不同于电源变压器为等幅波。
次级导线直径

11、CD型铁心的线包排列方式
CD型铁心有两个线包，为了使音频电流在两个线包中平衡通过，所以将各个绕组都一分为二地平均分配给左右两个线包，绕组的排列和接线见图3所示。

12、各绕组的每层匝数（见图4的绕线次序）
第Ⅰ组 （第IV组的计算相同）
绕线宽度：当底筒宽度为58mm时，=52mm。
每层匝数

第Ⅱ组（第Ⅲ组的计算相同）
每层匝数

13、各绕组的层数
第I组 （第Ⅳ组）

第Ⅱ组 （第Ⅲ组）

14、各绕组厚度
第Ⅰ组厚度（第Ⅳ组厚度）
==1.15×层数×dm2 +层间绝缘
=1.15×3×0.748+2×0.05=2.8mm
第Ⅱ组厚度（第Ⅲ组厚度）==1.15×层数×dm1+层间绝缘=1.15×7×0.38+6×0.05=3.7mm

15、线包总厚度Dm(见图4所示)

=2+2.8+0.3+3.7+0.3+3.7+0.3+2.8=15.9mm
式中：为底筒加绝缘的厚度
、和为各绕组之间的绝缘厚度
CD20×40×60铁心的窗口宽度C=32mm，两个线包的总厚度为2Dm=2× 15.9=31.8mm，正好能放入铁心的窗口中，在结构设计上较为合理。
16、线包的平均匝长=2(+)+Dmπ=2(24+44)+15.9π=186mm
式中：和为线包内孔尺寸（即底筒包好绝缘的尺寸）
17、计算变压器初级电感量

C型铁心的磁导率μ值在图2上查到，当B值为1.43T时，μ值约为4000，考虑到装配等因数，μ值按图2上数值的一半代入，求得为98.2H，比第4项计算值 26.5H大3倍多，满足在低频端有足够大的电感量。
18、计算变压器的漏电感
式中：δ=++各绕组之间的绝缘厚度cm。
A=+++ 各绕组的厚度cm。
为绕组平均匝长 cm
为绕组宽度 cm
m为线包分段数
19、电感量与漏电感之比
/=98.2/0.019=5168
由于CD型铁心的两边铁心柱上平均放置初次级绕组，而且初次级都分段绕制，每柱的分段数m=2，所以两柱的分段数m=4。所以耦合良好，漏感很小，根据计算漏电感仅为0.019H=19mH，比第5项计算在高频端时漏电感应不大于0.21H，实际漏电感只有第5项的9%。变压器装配联线见图5。因变压器初级电压高，所以线圈两端应采用环氧树脂端封。

从上述计算结果得知，此音频变压器设计从阻抗匹配，频率响应等各项要求，都能满足预定的指标。推挽输出音频变压器在零信号静态工作时，两只电子管的屏流相等，从初级绕组的B+分别流向和，此和电流的方向相反，所以在铁心中无直流磁化，因此在CD型铁心装配时，在磁路中不必加气隙。但是，两只FU-5功放电子管作乙类推挽输出，特点是栅偏压为OV，两只FU-5的特性必须相同，如果两管的静态屏流不同，偏差达5%时，铁心中就会产生一个偏置磁场，这会产生输出波形失真，为此有的电路设计师特地在栅极回路中增加一个负10-15V的栅偏压，以减小交叉失真和功放电子管特性偏差而引起的失真。■