深圳宏力捷帶領(lǐng)大家探索一種電子零件，從頭介紹零件的功能、運(yùn)作原理到專題應(yīng)用方式。上期我們介紹了繼電器，本期PCBA大講堂電子零件篇為大家介紹變壓器。

 

功能

變壓器的功能在于轉(zhuǎn)換電壓，從輸入端引入交流電之后，可以輸出各種不同的電壓值。

 

變壓器的尺寸不一，從麥克風(fēng)這類音響設(shè)備裡小小的聲波阻抗匹配零件，到國(guó)家級(jí)電力公司重達(dá)數(shù)噸的超級(jí)怪獸都有可能?；旧?，只要所需電壓與城市配送的電壓值不同，電器都會(huì)用到都會(huì)需要內(nèi)建變壓器。

 

圖中后面的的變壓器再連接125V交流電時(shí)，可以輸出36V的交流電，電流是0.8安培；而前面的那個(gè)是Radio Shack的小型變壓器，在300毫安培時(shí)供應(yīng)12V的交流電，在沒(méi)有其他負(fù)載的情況下，電壓其實(shí)可以到16V。

 

變壓器的電路圖示如下：

 

圖左和圖右線圈繪制風(fēng)格不同，但是功能沒(méi)有差異。上圖：內(nèi)含磁芯（可被磁化）的變壓器。下圖：空心變壓器（這種變壓器較為少見(jiàn)，因?yàn)樾时容^差）。習(xí)慣上，變壓器的輸入端會(huì)在左側(cè)，通過(guò)主線圈，再由右邊的次線圈輸出。通常，主線圈與次線圈的圈數(shù)不同，如果主線圈圈比次線圈多，表示輸出電壓值減少；如果主線圈圈數(shù)比次線圈少，則表示輸出電壓值增高。

 

運(yùn)作原理

以下是變壓器構(gòu)造示意圖：

 

輸入：主線圈圈數(shù)／輸出：次線圈圈數(shù)

 

如果主線圈（以橘色表示）周圍的電流產(chǎn)生改變，會(huì)造成中心鋼板的磁通量改變，這個(gè)磁通量的的改變則會(huì)進(jìn)一步使次線圈（以綠色表示）附近產(chǎn)生電流，這也就是變壓器輸出的電流（在實(shí)際的情況裡，漆包線纏繞的圈數(shù)要以萬(wàn)計(jì)，而且有不同各種不同的組裝方式）。

 

這個(gè)過(guò)程稱為「交互感應(yīng)」（mutual induction），如果次線圈附近產(chǎn)生附載，就會(huì)從主線圈導(dǎo)引電流過(guò)來(lái)，即使這兩個(gè)線圈之間沒(méi)有電路連結(jié)會(huì)產(chǎn)生電流。

 

在理想的狀態(tài)下，不考慮能量散失，主線圈與次線圈的圈數(shù)就決定了輸出電壓會(huì)大于、等于或小于輸入電壓，如果Vp和Vs分別代表主線圈與次線圈的電壓，而Np與Ns分別代表主線圈與次線圈的圈數(shù)，那么他們的關(guān)系可以用下面的公式表示：

Vp / Vs = Np / Ns

 

記憶的規(guī)則很簡(jiǎn)單，圈數(shù)越少，電壓值越低；反之，圈數(shù)越多，電壓值越高。

 

如果輸出電壓大于輸入電壓，則稱為升壓變壓器；而如果輸出電壓小于輸入電壓，則稱為降壓變壓器。

 

磁芯

許多人認(rèn)為磁芯是鐵制品，但事實(shí)上，它的材質(zhì)是高滲透性硅鋼，而為了減少渦電流造成的能量損失，磁芯通常是層壓而成的，也就是將一層一層的鋼板用亮光漆或類似的絕緣材料隔開(kāi)，這樣一來(lái)，渦電流就會(huì)被侷限在每一層鋼板的厚度之內(nèi)。

 

因?yàn)橹绷麟姇?huì)造成磁芯的磁飽和現(xiàn)象，所以，變壓器必須接受交流電或者電壓脈衝。變壓器的幾何與線圈設(shè)計(jì)就是為了在額定頻率范圍、電壓與電流達(dá)到最佳效果，如果偏離這些額定范圍太遠(yuǎn)，會(huì)造成變壓器毀壞。

 

各種類型

以下是一些常見(jiàn)的變壓器介紹：

 

電源變壓器

常見(jiàn)的形式是用螺絲拴在底座上、裝在外殼中、或者在盒子裡安裝一個(gè)電子零件，上有焊接點(diǎn)或接頭，可以將變壓器連接電源線，另一頭連到電路板上。

 

插入式變壓器

這種變壓器通常有一層塑膠外殼，可以直接插進(jìn)牆上的插座裡，外型就像是一般的交流電變壓器，但是，它可以將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸出。

 

隔離變壓器

也稱為一比一變壓器，這種變壓器的主線圈與次線圈圈數(shù)比正好是一比一，也就是說(shuō)，輸出電壓值和輸入電壓值會(huì)一模一樣。如果把電子儀器插進(jìn)隔離變壓器裡，等于是將電子儀器與交流電接地系統(tǒng)隔離，這使得電子儀器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)降低，因?yàn)閮x器本身與地表有可忽略的微小電位差，如果同時(shí)觸碰接地的物體與裡面的火線，就不會(huì)產(chǎn)生任何電流通過(guò)身體。

 

自藕變壓器

這種變壓器的特色在于只需要用到輸出電壓的線圈，交互感應(yīng)發(fā)生于不同層線圈之間，使得輸入與輸出間產(chǎn)生共同連結(jié)，和雙線圈變壓器不同，雙線圈變壓器的設(shè)計(jì)是讓輸出電流與輸入電流互相隔離。自藕變壓器常用于音頻線路的阻抗匹配，通常，輸出的電壓與輸入電壓相差很小。

 

 

音頻變壓器

當(dāng)訊號(hào)在不同阻抗的電路之間轉(zhuǎn)換時(shí)，可能會(huì)減弱或受到干擾（阻抗的單位是歐姆，但這與直流電的電阻單位并不相同，原因是阻抗與電抗和電容有關(guān)，所以會(huì)隨著頻率改變）。

 

如果某一裝置的輸入阻抗值很小，就會(huì)嘗試從來(lái)源吸收電流，如果來(lái)源的輸出阻抗值很高，電壓就會(huì)因此大幅下降。因此，通常一個(gè)裝置的輸入阻抗值至少應(yīng)該達(dá)到驅(qū)動(dòng)裝置輸出阻抗值的十倍。被動(dòng)元件（電阻器和／或電容器和／或線圈）可以用來(lái)調(diào)整阻抗值，但是在某些情況當(dāng)中，小型變壓器會(huì)是更好的選擇。

 

分裂線圈變壓器

這種變壓器的主線圈與次線圈彼此相鄰，目的在于將電容藕合的程度減到最低。

 

嵌入式變壓器

面積可能小于0.2平方吋，通常用來(lái)調(diào)整阻抗值、藕合電線與濾除雜訊等等。

 

 

數(shù)值

在選擇電源變壓器的時(shí)候，應(yīng)該優(yōu)先考量功率程載能力，這項(xiàng)能力指標(biāo)可以用電壓與電流的乘積（Volts x Amps、以VA表示），注意，VA與瓦特（watt）是不同的概念，瓦特用在直流電路當(dāng)中，可以即時(shí)測(cè)量；而在交流電路中，電壓與電流不斷的在震盪，因此，VA表示的是電路的視在功率（apparent power），要把電抗納入考量。

 

VA與瓦特的關(guān)系隨著不同的儀器而有差異，但是，在最糟的情況下，可以用以下公式來(lái)表示：

W = 0.65 VA （近似值）

也就是說(shuō)，從變壓器上得到的平均電能通常應(yīng)該要大于VA值得三分之二才對(duì)。

 

變壓器說(shuō)明書通常會(huì)標(biāo)示輸入電壓值、輸出電壓值和零件權(quán)重，這些概念應(yīng)該都不需要多做解釋。值得一提的是，變壓器的藕合則必須考量輸入與輸出的阻抗值。