如何正确使用半导体机成品输出变压器

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目前市场上供半导体收音机用的成品输出变压器有多种,如果使用不当,便不能最大限度发挥元件的作用,会降低收音机的电声性能,有时甚至还会缩短功率输出级半导体管的使用寿命。

要正确地使用一只成品输出变压器,应当从以下几点考虑。

一般在设计甲类单管功率输出电路时,总是要根据要求输出功率的大小,电源供电电压的数值,以及扬声器的音圈阻抗等参数,来确定输出变压器应有的圈数比,和放大器的最佳负载阻抗等参数,以期获得最大不失真的输出功率。但是,在业余制作中,一般购来的成品输出变压器的圈数比、次级的阻抗值等参数是固定的。因此它的初级阻抗(即提供给放大器的负载阻抗),以及输出功率等,也就完全有一个确定的数值。这就要求在电源供电电压为一定的条件下,放大器要有一个合适的工作点电流(即集电极直流电流),否则放大器得不到最佳的负载阻抗,非线性失真就会急剧地增加。由于这个限制,在具体调试收音机时,就不能按照自己已经选定的电路上所规定的工作点电流的数值来确定工作点,而必须根据选购的变压器的圈数比、次级配接阻抗等参数,重新计算出最佳的工作状态来。方法如下:

输出变压器的初级阻抗R\(_{′}\)L,可用下列公式求出:

R′\(_{L}\)=\(\frac{N}{^{2}}\)·RLη\(_{T}\)(欧)(1)

其中R\(_{L}\)为输出变压器次级所配接的扬声器的阻抗(欧);N为输出变压器的圈数比;ηT为输出变压器的效率,一般取75%。

最大不失真输出功率P\(_{SC}\)可用下式求出:

P\(_{SC}\)=(UC)\(^{2}\)3R′\(_{L}\)(瓦)(2)

其中U\(_{C}\)为电源供电电压(伏)。

要求的工作点电流I\(_{0}\)可用下式求出:

I\(_{0}\)=PSCU\(_{C}\)·ηT·η(安)(3)

其中η为甲类功率放大器的效率,一股取40~5O%。

例如,某输出变压器的圈数比N=12,次级配接扬声器阻抗R\(_{L}\)= 3.5欧,电源供电电压UC=6伏,收音机按甲类单管功率输出,则

R′\(_{L}\)=\(\frac{12}{^{2}}\)×3.50.75=672欧;

P\(_{SC}\)=\(\frac{6}{^{2}}\)3×672≈0.017瓦=17毫瓦;

I\(_{0}\)=0.0176×0.75×0.5≈0.007安=7毫安

若要在使用同一输出变压器的条件下提高收音机的输出功率,只有增大电源供电电压。例如,在电源供电电压U\(_{C}\)=9伏时,按上面各公式,可以求出最大不失真的输出功率PSC约40毫瓦,工作点电流约11毫安。

但是应当指出,在输出变压器初级阻抗为一定的条件下,虽然可以利用增加电源供电电压的办法来提高输出功率,却要受到很多方面的限制。首先,提高了输出功率后,势必引起集电极电流的增大,结果使输出变压器可能因磁饱和而产生很大的非线性失真。其次,增大电源供电压要受到半导体管最大集电极电压的限制。最后,甲类单管功率放大器连同输出变压器的总效率只有40%左右,在输出较大功率时,耗散在半导体管上的功率便相应地增加。这又要受到半导体管最大集电极损耗功率和周围环境温度的限制。

电源供电电压不应超过半导体管最大集电极电压的1/2,最大输出功率不得超过半导体管最大损耗功率的1/3。例如,对于3AX1~3AX5等型号的半导体管来说,最大集电极电压不得超过15伏,最大输出功率不得超过50毫瓦(指在甲类放大且无散热器的情况下)。

根据同样的道理,当末极甲类功率放大器使用高阻抗的舌簧扬声器为负载时,在一定的电源供电电压的条件下,放大器也有一个确定的最大不失真的输出功率,和与此相适应的工作点电流。这时放大器的负载阻抗即为舌簧扬声器的阻抗,不需要另行计算。最大不失真的输出功率的计算方法完全同前,即公式(2)。工作点电流I\(_{0}\)可以按下式求出:

I\(_{0}\)=PSCU\(_{C}\)·η(安)(4)

式中符号意义同前。可以看出,公式(4)只比公式(3)少了变压器的效率η\(_{T}\),而其他完全相同。这是因为在用舌簧扬声器直接输出时,省却了输出变压器的缘故。

对于推挽式功率输出放大器来说,它没有一个最佳的负载阻抗。在一定范围内,负载阻抗的增大或减小,只会改变输出功率的大小,基本上不影响非线性失真。一般的情况是:负载阻抗减小,输出功率增大;负载阻抗增大,输出功率减小。因此,对于一只已经选定的成品输出变压器,在一定的电源供电电压的条件下,只能限制一个最大的输出功率。这功率P\(_{SC}\)可用下式求出:

P\(_{SC}\)=(UC)\(^{2}\)0.325R"\(_{L}\)(瓦)(5)

其中U\(_{C}\)为电源供电电压(伏);R"L为两只推挽半导体管集电极至集电极总的负载阻抗(欧)。它可用下式求出:

R″\(_{L}\)=2RLN\(^{2}\)ηT(欧) (6)

其中R\(_{L}\)为输出变压器次级配接的扬声器的阻抗(欧);N为输出变压器的圈数比;ηT为输出变压器的效率,一般取95%。

例如,某推挽输出变压器的圈数比N=12,次级配接扬声器阻抗R\(_{L}\)=3.5欧,电源供电电压UC=6伏,收音机按甲乙类推挽式功率输出,则

R"\(_{L}\)=\(\frac{2×3.5×12}{^{2}}\)0.95≈1061欧;

P\(_{SC}\)=\(\frac{6}{^{2}}\)0.325×1061≈0.1瓦=100毫瓦。

可以看出,在推挽输出变压器已经选定的情况下,若要再增大输出功率,也可以提高电源供电电压。例如,使用上述的推挽输出变压器,在电源供电电压提高到9伏时,输出功率可以增大到235毫瓦。

同在甲类单管功率输出时一样,过高地增大甲乙类推挽式功率放大器的输出功率,也受着半导体管最大集电极电压和最大集电极损耗功率的限制。为了安全起见,最大电源供电电压不得超过半导体管最大集电极电压的1/2。在常温状态下,最大输出功率不得超过每只半导体管最大集电极损耗功率的3.5倍。例如,对于3AX1~3AX5等型号的半导体管来说,最大集电极电压不得超过15伏,最大输出功率不得超过525毫瓦。(孟庆善)