突波吸收器的好与坏
突波吸收器的反应速度也有快慢之分，反应速度愈快、单价愈贵；可吸收瞬时突波能量愈大的突波吸收器，其可靠度愈高，当然单价也愈高，端视产品的设计目的而选用，因此一个产品的好坏决定于设计者的功力以及生产厂商的商业道德而定。市售许多附有突波吸收器的廉价电源排插，甚至一些高价音响专用的附有突波吸收器的电源滤波器，是否真正可靠值得忧虑，设计不良者一旦遭遇瞬时突波亦可能成为您的Troublemaker（突波吸收器一旦故障大多成短路状态），笔者在工作经验中，曾多次遇上类似问题，也目睹某电器维修员仅拆除突波吸收器，该电器设备就恢复功能，但该维修员只知其然却不知其所以然（注：不知所拆为何物？有何功用？），经笔者解释才恍然大悟。
图4（a）一次二次绕组之间的电容器偶合现象 <左图>、
（b）将Cs的电容器偶合，以C1及C2分离导向接地 <右图>
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电源变压器的一次及二次侧绕组的电容耦合与分离方法
追求纯净电源
有关电源谐波的来源及抑制技术，笔者过去于本刊已多次提出说明，而上一期有关无效电力补偿LC电路亦具有电源谐波抑制的功能，故不再赘述。近年来，固态电子控制装置之大量使用，其目的在于有效利用能源并促进工作效率，例如采用硅控整流器（SCR、TRIAC等）之功率转换器、工业用大型UPS、马达转速控制器等，这些装置，不但产生大量的电源谐波，也伴随着大量的高频杂波。为了节约能源增进日常生活的舒适性，许多家电用品也渐渐的加装上述固态电子控制线路，例如变频式冷气机、电子式省电灯泡、不闪烁台灯、电磁炉、微波炉等。计算机设备已是现代生活不可或缺的装置，所有计算机的电源供应器都是交换式电源（Switching Power Supply），目前大部份的电视机也是采用交换式电源供应器，预计未来数字电视及数字广播开播以后，将会有更多的数字器材变成全民的生活必需品，凡是数字器材在运算工作同时会产生大量的高频杂波，虽然世界各国对电器产品都有电磁兼容（EMC）的要求，但对于敏感的电子器材或音响设备，还是有必要对交流市电进一步净化处理，就如同目前自来水的水质已经达到卫生单位的水质要求标准，但大家还是习惯煮沸后再饮用一样，更考究者则经过RO（逆渗透）处理才饮用，这就是为什么许多音响迷不遗余力地一再追求纯净电源的主因。
一般市售EMI滤波器或机内所附设的EMI滤波器，其主要滤波作用均是针对100KHz以上的高频共模杂波，但日常生活中常遇到的高频杂波从10KHz左右开始分布，除了共模噪声（Common Mode Noise），也涵盖有差模噪声（Differential Mode Noise），因此可以设计成如＜图2＞所示的超高性能EMI滤波器，只要巧妙的计算安排各电容器及抗流圈的数值，并慎选用材（电容器及抗流圈磁心的材质）即可达成很好的滤波效果，该滤波器内含三只抗流圈（图3为共模抗流圈的绕线示意图）若要将滤波频宽降至10KHz左右，则体积可能要比传统EMI滤波器大五倍以上，至于详细设计原理非本文讨论范围，就此略过不再详述。
剖析「隔离噪声变压器」
本文的主角「隔离噪声之变压器」比上述超高性能EMI滤波器频宽更宽，噪声衰减率更佳，惟一的缺点是价格较高，体积大且笨重，又因电磁耦合效率低，易导致发热及哼声，所以习惯上被安置另一房间，以降低机械噪音干扰。过去台湾拆船业全盛时期，只要花3－5千元就可买到5KVA的隔离噪声变压器（约全新品价格的十分之一左右），读者手边如果还有的话，应该好好珍藏。读者一定有些迷惑，为何不直接称为「隔离变压器」，在此顺便做个说明，一般泛称的隔离变压器，因功能需求不同而有不同的结构，例如图4（a），一次侧绕组与二次侧绕组之间加绝缘层，圈数比为一比一，此种变压器称为「绝缘变压器」，主要功用使一次侧与二次侧之电气完全绝缘，也使该地回路隔离，另借着铁心的高频铁损耗大而衰减高频噪声，但由于一次二次绕组之间有静电容量Cs存在，具有电容器耦合现象，故仍然会有高频的噪声透过该电容器由一次侧交连至二次侧。图4（b）所示一次侧绕组线圈与二次侧绕组线圈之间包裹一层铜板作为静电遮蔽（Faraday Shield），只要在该静电遮蔽板焊接一条导线接地（接大地）即可使原有Cs静电容量分割成C1与C2导向大地，如此可避免将一次侧的高频噪声交连至二次侧，此种结构之变压器称为「遮蔽变压器」，前述「绝缘变压器」、「遮蔽隔离」以及下面要介绍的「隔离噪声之变压器」统称为「隔离变压器」。
内部结构
图5（a）所示为隔离噪声之变压器内部结构图，其一次侧线圈与二次侧线圈上下分离配置，一次侧线圈绕在铁心的上半部，二次侧线圈绕在铁心的下半部，两组线圈分离配置的目的有二：其一为降低一次与二次线圈之间的静电容量；其二为降低一次侧与二次侧之电磁结合效率。另在一次、二次线圈之间又插进「磁场遮片」，用来隔离一次、二次线圈的泄漏电抗，以防止泄漏电抗将一次侧的噪声感应至二次侧。图5（b）所示为一般变压器的结构图，由图中可以很清楚的看到变压器的线圈是采用所谓同心配置构造，即其二次侧线圈绕在内侧，外侧再绕一次侧线圈的绕线方式，从变压器电力转换的机能上来讲，它是一个很好的电力转换变压器，但噪声也因而很容易传导过去。图6所示为隔离噪声变压器之等效电路，图中很清楚的显示一次、二次线圈分别以静电遮板包扎并引出接地线，由图中亦可发现铁心、一次与二次线圈之间的磁场遮片及变压器外壳等均有接地引线，共计有五条接地线，这些遮蔽层之接地方式极为重要，安装时如果接错，效果将大打折扣。
图5（a）隔离噪声之变压器（一次侧线圈与二次侧线圈上下分离配置） <左图>、
（b）一般变压器（一次侧线圈与二次侧线圈系同心配置）<右图>、
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隔离噪声变压器的一次及二次侧绕组的电容耦和与分离方法
安装要领
标准的接地方法是将一次侧线圈的静电遮蔽接地（参看图6的一次侧EI）接在电源总开关箱的「接地总线」上（注：该接地总线是分别连接在总电源中性线及建筑物的基础结构钢筋上），必须是从电源接地总线拉过来的电源接地专用线，不能从电源插座的「中性线」接过来。其余的接地引线，包括二次侧线圈的静电遮蔽接地、外壳接地、铁心接地及一次与二次线圈之间的磁场遮接地，则接在专用接地总线上，该专用接地是以接地铜棒或接地铜板埋在地下，接地电阻值最好能够控制在10Ω以下效果较佳（可用「大地电阻计」量测接地阻值），接地电阻值愈低愈好，但花费的成本也相对的增高，笔者帮音响前辈曹永坤先生所设计施工之专用接地，其接地电阻值为3.3Ω，供六台隔离噪声之变压器使用，曹先生请国外专业技术人员测量电源品质结果，已超越专业录音室的标准甚多，因此曹先生非常满足。
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隔离噪声变压器之等效电路
电源配线的原则
电源配线也非常重要，必须把握住一个原则，即输入与输出（一次侧与二次侧）的电源配线不能平行靠在一起，有些音响迷，甚至专业的电工人员为了美观起见，可能将输入输出电源线聚合捆绑在一起，于是已处理干净的电源又透过导线之间的电容、电感与辐射效应而被一次侧高频噪声所污染，这一点常常被忽略了。如果变压器的二次侧输出至负载端距离很长，而该段空间又有其它电力设备，如马达、冷气机或变压器等或其它电力电缆线，则该段电源线必须采用具有屏蔽的电缆线，靠隔离噪声变压器那一端的屏蔽要接地（接在专用接地总线上），另一端屏蔽则悬浮不接地，但剥离出来的屏蔽金属网要予以绝缘，以免触及其它金属导体而引起接地回路现象。在此要顺便一提的是。本刊第141期访问桃园陈添寿先生的文章内，有一幅照片（第277页右上角）显示出隔离噪声变压器的配线，其输入与输出电源线圈因过长,绕了几圈之后套置于该变压器的一端，有可能因而感应拾取（pick-up）不必要的噪声，绕的圈数愈多，感应拾取的噪声愈大。另外从图中也可观察到喇叭线的曲线走了一段距离，依笔者经验此亦有可能感应拾取微量的电源噪声，若能稍作调整，使电源线远离讯号线或喇叭线，相信一定有所助益。
环形铁心不适用于隔离噪声变压器
环形变压器的铁心是由事先裁切好的一条硅钢带卷烧而成，其形状如同卷筒式卫生纸的结构，整个铁心并无磁隙存在，故可以制成低漏磁的高效率变压器，由于无磁隙存在，反应速度非常快，瞬时负载稳压特性特佳。即瞬间能提供较大的电流输出而不会有明显的压降发生。缺点是一次侧的瞬时杂波也很容易导至二次侧，所以环形铁心并不适宜用来制作隔离噪声的变压器。如果用皮带驱动与直接驱动CD或LP转盘作比喻，传统EI变压器就如同皮带驱动的转盘，而环形变压器就如同直接驱动的转盘，EI变压器其组合铁心的间隙就好像皮带驱动转盘的橡皮带，具有缓冲的作用，因此它可以吸收一次侧的电源瞬时杂波，环形铁心先天优点是可以做成频宽非常宽的变压器，因此最适用于制作真空管扩大器的输出变压器，但由于输出变压器的一次侧有很高的直流偏压，易导致环形变压器饱和，故必须将环形变压器的铁心切割成适当大小的间隙（依偏压电流的大小而设定），看似简单，但却是高难度成本的加工。为了防止卷绕完成的环形铁心在切割时整个散开，必须在切割前先执行耐高温绝缘胶（耐温1000℃以上）的真空含浸工作，使硅铜片胶合固定，然后再以水刀、雷射或放电加工线切割的方式加工切割间隙，以耐高温绝缘胶填充间隙之后再进行热处理（800－900℃，使材质及形状设计控温程序），以消除机械加工所产生的应力。由此可了解，一个变压器品质的好坏，除铁心的材质之外，铁心的形状、机械的加工方式、以及热处理的方法都将影响最后成品的品质。笔者曾协助某一变压器制造厂解决变压器生产技术问题，发现同一批铁心仅「热处理」一个加工项目，就可以使变压器的铁损相差20倍以上。如果选用适当材质的Ferrite环形磁心，则可以将变压器的频率响应提升到100MHz，一般交换式电源供应器内之变压器、高频脉冲变压器、数字讯号耦合变压器等都是属于此一类型的变压器。
环形变压器因构造的关系，其一次绕组与二次绕组间之静电容量比EI变压器为大，为证实此一论点，笔者找到二只相同规格约75W的环形变压器及EI变压器，经量测比较，环形变压器之静电容量为600PF，而EI变压器的静电容量则仅100PF左右，由此可以证明环形铁心的确比较容易将一次侧电源的高频噪声耦合至二次侧。基于环形变压器之结构先天上有上述这些特征，而比较不适用来制造隔离噪声之变压器。就笔者印像中，过去也没有见过工业用的环形隔离噪声之变压器，包括拆船旧料在内，以上见解似可供国内业界参考。
结语
掌握下列三大原则，就能制造出品质优良的隔离噪声之变压器：
一、利用多重静电遮蔽原理及正确的接地方法，以分离一、二次侧绕组间之静电容量。
二、选用耦合效率比较差的铁心结构与绕线方法，藉以增加变压器的铁损（磁滞损、涡流损及漏磁通），以达到缓冲瞬时杂波及衰减高频噪声的目的。
三、选用高频响应比较差的特殊铁心材料，使2KHz以上的高频噪声能够大幅度的衰减。
隔离噪声之变压器是否真能够改善音质，长久以来，一直没有定论，为了找寻真正的答案，笔者应曹永坤先生的要求，在设计音响室电源时，将其中一台隔离噪声之变压器，设计成可快速切换比较之功能，完成之后曹先生邀请资深音响同好共同试听比较，获得一致结论认为，凡是讯号处理的设备，包括CD转盘、D/A转换器、电子分音器、前级扩大器等，电源若通过隔离噪声之变压器，可以获得更好的音乐性，具有正面的效果，但若用于后级扩大器则有压抑动态的现象，尤其爆棚的乐段影响最大，因此曹先生决定除后级扩大器之外，其余讯号源设备之电源均来自隔离噪声之变压器。但愿本文能够抛砖引玉引起各位的共鸣，将服役中的隔离噪声之变压器发挥更好的功能，冰存已久者也能解冻披挂上阵，成为府上音响室电源的守护神。
