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二、變壓器設(shè)計(jì)

除了滿足正常工作的要求外，變壓器設(shè)計(jì)還要滿足：體積、重量、溫度、成本等要求，所以，實(shí)際變壓器的設(shè)計(jì)可不是一件容易的事情。書本上的理論分析全都是用的理想變壓器，書上說變壓器可以實(shí)現(xiàn)變壓、阻抗匹配、隔離等等功能，但是隱含前提是變壓器工作在變壓器狀態(tài)，如果飽和了，那就沒有這些功能了。

一個(gè)實(shí)際變壓器還存在導(dǎo)線電阻、漏感、分布電容、分布電感、溫升(銅損、鐵損)等等問題，根據(jù)不同的變壓器類型，有些參數(shù)不能忽略。

制作變壓器我們需要知道以下信息：

1、磁芯規(guī)格(磁芯形狀、磁芯大小、磁芯材料)

2、匝數(shù)與導(dǎo)線規(guī)格(原副邊匝數(shù)、導(dǎo)線直徑)

3、損耗與溫升

4、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)：多股線或扁平線

5、繞組結(jié)構(gòu)：多層或分段饒制

6、端空設(shè)計(jì)：按絕緣電位設(shè)計(jì)端空

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磁芯規(guī)格其實(shí)就是要確定橫截面積和工作點(diǎn)。一般功率決定橫截面積大小，功率越大，橫截面積越大。有經(jīng)驗(yàn)公式可以快速根據(jù)功率確定橫截面積，也可以直接查表。

磁芯材料確定后，根據(jù)其特性曲線，我們要選擇合適的工作點(diǎn)B0。B0太大會導(dǎo)致磁飽和，太小又會使得體積龐大、重量沉、功耗大、成本高。

當(dāng)電源頻率、工作點(diǎn)B0、橫截面積都確定后，就可以計(jì)算出每伏匝數(shù)，用輸入電壓除以每伏匝數(shù)就可以得到原邊匝數(shù)。進(jìn)而可以求得副邊匝數(shù)。

導(dǎo)線直徑取決于電流密度，而電流密度又取決于電壓調(diào)整率或溫升，受二者共同約束，哪個(gè)約束條件算出來的J值小，就選擇哪個(gè)J值。J值小肯定不會有溫升/電壓調(diào)整率問題，但也不是越小越好，J小的話，導(dǎo)線直徑太粗，銅重量大、體積大、成本高，有時(shí)線包厚度可能超過鐵芯窗口尺寸，根本無法繞制。

電流密度J和溫升有什么關(guān)系呢？很多初學(xué)者可能想到去查書，其實(shí)，變壓器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的工作，理論派這時(shí)已經(jīng)玩不轉(zhuǎn)了，此時(shí)需要大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。也有人可能會抱怨資料不足，這不是問題，沒有資料可以做實(shí)驗(yàn)得到。就象沒有DIP器件封裝數(shù)據(jù)，你完全可以直接用尺子量出引腳間距來。不知道程序出錯(cuò)原因，完全可以通過調(diào)試找到。

溫升和銅損鐵損有關(guān)，和散熱條件有關(guān)，帶散熱片的溫度就低，散熱片上有風(fēng)扇的溫度更低，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速快的肯定溫度又要降低了。此外，還和外部環(huán)境溫度有關(guān)，在南極零下50度，溫升就不是問題，在赤道沙漠里，溫升可能導(dǎo)致鐵芯磁特性曲線飄移，進(jìn)而磁飽和，失去變壓器功能?？傊疀Q定溫升的因素很復(fù)雜：管芯到封裝的熱阻、接觸面積、接觸面光滑度、導(dǎo)熱硅脂、散熱器材料體積、表面積、鰭形、涂層材料、顏色、空氣密度、流速等共同決定溫升。

因此，電流密度J和溫升的關(guān)系只能憑經(jīng)驗(yàn)確定了。一般通過經(jīng)驗(yàn)公式確定。所謂經(jīng)驗(yàn)公式是指：通過一系列結(jié)果可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)曲線，使用數(shù)值分析方法多項(xiàng)式擬合，得到經(jīng)驗(yàn)公式。此公式在我們的經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)正確，可以準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)果，可以重復(fù)驗(yàn)證。注意：經(jīng)驗(yàn)公式存在局限性，如果預(yù)測結(jié)果不對，就需要再次修正經(jīng)驗(yàn)公式，增加我們的經(jīng)驗(yàn)。由此可知，經(jīng)驗(yàn)越多，越不容易出錯(cuò)，想要設(shè)計(jì)好變壓器需要積累大量經(jīng)驗(yàn)。

畢竟，變壓器是一種商品，我們沒有必要每次都從頭設(shè)計(jì)，那樣太浪費(fèi)時(shí)間。此時(shí)，利用表格、EXECL電子表格、經(jīng)驗(yàn)值可以大大加快設(shè)計(jì)速度。

比如：可以規(guī)定電流密度J選2.5A/平方毫米，內(nèi)繞組J適當(dāng)降低，外繞組J適當(dāng)提高，散熱好的甚至可以達(dá)到10A/平方毫米，這樣就不用詳細(xì)計(jì)算了。

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三、變壓器類型

電源(工頻)變壓器

最常見的變壓器，輸入220VAC 50HZ，輸出各種直流電壓。

因?yàn)轭l率低，基本不考慮分布參數(shù)，可以亂繞。

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隔離變壓器

變比一般為1：1，主要目的是隔離。因?yàn)槭须娏憔€接大地，人碰到熱底板上的零線相對還算安全，一旦碰到火線，就會和大地形成回路，導(dǎo)致觸電。經(jīng)過變壓器隔離后，人單獨(dú)碰到任何一根線都不會觸電，兩根線對地浮空，都不會和大地形成回路，電壓只存在于兩根線之間，所以安全。

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音頻變壓器

輸入變壓器

級間變壓器

輸出變壓器

線間變壓器

匹配變壓器

調(diào)幅變壓器

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電子管/晶體管收音機(jī)/音響中，需要在各級放大電路之間增加變壓器進(jìn)行阻抗匹配和諧振，使得后級獲得最大輸出功率。收音機(jī)里的變壓器俗稱中周。

音頻變壓器中的頻率較高，不能忽略分布參數(shù)，而且，要把晶體管輸入輸出電阻折算到變壓器中。一般先抽象出一個(gè)等效電路，再簡化，然后根據(jù)分布參數(shù)約束條件獲得等效電路各參數(shù)值。有了這些信息，就可以計(jì)算出功率，進(jìn)而得到橫截面積，線圈匝數(shù)，導(dǎo)線直徑等等變壓器繞制參數(shù)。這樣我們就可以得到滿足分布參數(shù)要求，能夠工作在變壓器狀態(tài)(不飽和)，具有正確阻抗變換功能的變壓器了。

為什么三極管集電極接在中周的中間點(diǎn)？

這種部分接入的主要目的是減小三極管輸出電阻rce對諧振阻抗及Q值的影響。

設(shè)中周的中間點(diǎn)到直流電源點(diǎn)的圈數(shù)為n1，中周初級線圈總?cè)?shù)為n2，變比n=n2/n1，當(dāng)rce并連到n1線圈時(shí)，折算到n2線圈將是rce的n方倍，使諧振阻抗及Q值只有少量下降，保證了足夠的電壓放大倍數(shù)和選擇性指標(biāo)。

早期的電子管收音機(jī)中，由于電子管的輸出阻抗極大，根本不用考慮這個(gè)問題，所以在電子管電路中就不存在“接中周中間點(diǎn)”的接法。

大部分人做過收音機(jī)，但是很少人自己設(shè)計(jì)繞制中周和輸入輸出變壓器，現(xiàn)在學(xué)習(xí)了音頻變壓器設(shè)計(jì)，你就可以自己繞了，再不用擔(dān)心買不到合適的中周變壓器了，哈哈。注意：音頻變壓器對工藝要求較高，不太容易成功。另外，玩膽機(jī)(電子管)音響的朋友更是需要自己繞變壓器了，盡管電子管和晶體管有點(diǎn)差別，但是學(xué)習(xí)了以上內(nèi)容，自制變壓器就不是難事了。