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1.5 变压器

1.5.1 变压器的基本特性

变压器属于一种感性元器件,单个电感由于自感作用会对电路产生影响,变压器则是由具有互感作用的两个或两个以上的线圈(电感)构成的。如图1-17所示为变压器的图形符号与结构示意图,由初级线圈(也被称为原边或变压器一次侧)、次级线圈(也被称为副边或变压器的二次侧)、磁芯组成, u 1 u 2 代表变压器输入与输出电压, n 1 n 2 分别代表初级线圈与次级线圈的匝数。

由于各个线圈存在互感作用,因此可以利用变压器这种元器件实现交流信号的耦合、阻抗变换和交流能量的隔离传递。

对于一个理想变压器来说,既不消耗能量,也不存储能量,从初级线圈进入理想变压器的功率全部传输到次级线圈的负载中。当变压器的原线圈接在交流电源上时,磁芯中便产生交变磁通,变压器是通过电流与磁之间转换来传递能量,整个磁芯构成了闭合的磁回路,因此初级线圈与次级线圈通过的磁通链相同,即有

图1-17 变压器图形符号与结构示意图

因此有

式中 k 为初级、次级线圈匝数比,即可以通过 k 来改变输出电压。而在理想变压器中,输出与输入的功率是相等的,即有

结合式(1-36)与式(1-37)可求得

从上式可以看出,理想变压器初级、次级线圈电流与匝数成反比。在实际应用中,因为通过改变匝数比来将高电压降低到电子电路中可测的电压等级;又因为原边和副边的电压通过电磁传递能量,没有经过导线直接相连,因此起到了隔离保护的作用。

现假设在副边处加上电阻负载 R ,如图1-18所示。

图1-18 变压器等效电阻

由欧姆定律可得

通过以上描述可知,可以利用变压器元器件实现交流信号的耦合、电压电流变换、阻抗变换和交流能量隔离传递的作用。

虽然以上内容介绍的是理想变压器,但是其特性对于实际变压器依然适用。只是在能量传递过程中有磁损、铜损等能量的损耗。有

式中, η 为变压器的效率,在理想变压器中 η =100%。

1.5.2 实际变压器

针对输入变压器电压的频率不同,可以将变压器分为工频变压器、音频变压器和高频变压器。

1.工频变压器

工频变压器也称为电源变压器,将市电(中国采用频率50Hz、有效值为220V的交流电)转换为电子设计需要的低电压等级的交流电,由铁芯、骨架、线圈和绝缘纸等构成。

对于有些精密的电子设备,对电源变压器要求较高。这时的电源变压器要有多层屏蔽(或全屏蔽)。屏蔽层一般采用很薄的铜皮制成,屏蔽层要和初级、次级线圈绝缘,屏蔽层一端接地,另一端为空,其首尾不能短接。

2.音频变压器

常见的音频变压器,主要是指输入变压器和输出变压器。输入、输出的变压器作用是阻抗匹配、耦合、倒相等。输入变压器通常接在信号源与放大器输入端之间,起到阻抗变换的作用,输出变压器通常接在输出电路与负载之间。

输入、输出变压器的大小、外形相似,输入变压器的初级和输出变压器的次级皆为两根引线,但前者导线细、匝数多、阻值大,可以此来区分。

3.高频变压器

这里的高频变压器主要指两种:一种为无线电接收电路或者无线电发送电路中的振荡线圈以及中频变压器;另一种为开关电源中使用的开关变压器。

图1-19 中周实物

(1)中频变压器。收音机或电视机的中频变压器,俗称中周,分别用在收音机、电视机的中频放大电路中,主要是起到中频耦合和阻抗变换的作用,可使接入电路后能达到稳定的谐振频率。在我国,调幅收音机的中频频率为465kHz,调频收音机的中频频率为10.7MHz,电视机第二伴音的中频为6.5MHz,图像中频为38MHz。如图1-19为中周的实物图。

(2)开关变压器。开关变压器主要用于开关电源中,其中变压器能将电能通过脉冲的形式传递给负载,因此也称为脉冲变压器。本书第4章将详细介绍开关电源。 /NNH4Dmanm0LcZAeHEMyju9SlNrDFPhKH0DKCT+Ud4f0Ee+eNOVKFi3Jna8Wb7Py

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