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,從麥克風這類音響設(shè)備裡小小的聲波阻抗匹配零件,到國家級電力公司重達數(shù)噸的超級怪獸都有可能。基本上,只要所需電壓與城市配送的電壓值不同,電器都會用到都會需要內(nèi)建變壓器。
圖中后面的的變壓器再連接125V交流電時,可以輸出36V的交流電,電流是0.8安培;而前面的那個是Radio Shack的小型變壓器,在300毫安培時供應(yīng)12V的交流電,在沒有其他負載的情況下,電壓其實可以到16V。
變壓器的電路圖示如下:
圖左和圖右線圈繪制風格不同,但是功能沒有差異。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,因為效率比較差)。習慣上,變壓器的輸入端會在左側(cè),通過主線圈,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,會造成中心鋼板的磁通量改變,這個磁通量的的改變則會進一步使次線圈(以綠色表示)附近產(chǎn)生電流,這也就是變壓器輸出的電流(在實際的情況裡,漆包線纏繞的圈數(shù)要以萬計,而且有不同各種不同的組裝方式)。
這個過程稱為「交互感應(yīng)」(mutual induction),如果次線圈附近產(chǎn)生附載,就會從主線圈導(dǎo)引電流過來,即使這兩個線圈之間沒有電路連結(jié)會產(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
許多人認為磁芯是鐵制品,但事實上,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,這樣一來,渦電流就會被侷限在每一層鋼板的厚度之內(nèi)。
因為直流電會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)計就是為了在額定頻率范圍、電壓與電流達到最佳效果,如果偏離這些額定范圍太遠,會造成變壓器毀壞。
各種類型
以下是一些常見的變壓器介紹:
電源變壓器
常見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電子零件,上有焊接點或接頭,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,輸出電壓值和輸入電壓值會一模一樣。如果把電子儀器插進隔離變壓器裡,等于是將電子儀器與交流電接地系統(tǒng)隔離,這使得電子儀器運轉(zhuǎn)時風險降低,因為儀器本身與地表有可忽略的微小電位差,如果同時觸碰接地的物體與裡面的火線,就不會產(chǎn)生任何電流通過身體。
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
當訊號在不同阻抗的電路之間轉(zhuǎn)換時,可能會減弱或受到干擾(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),所以會隨著頻率改變)。
如果某一裝置的輸入阻抗值很小,就會嘗試從來源吸收電流,如果來源的輸出阻抗值很高,電壓就會因此大幅下降。因此,通常一個裝置的輸入阻抗值至少應(yīng)該達到驅(qū)動裝置輸出阻抗值的十倍。被動元件(電阻器和/或電容器和/或線圈)可以用來調(diào)整阻抗值,但是在某些情況當中,小型變壓器會是更好的選擇。
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候,應(yīng)該優(yōu)先考量功率程載能力,這項能力指標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中,可以即時測量;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,可以用以下公式來表示:
W = 0.65 VA (近似值)
也就是說,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。
變壓器說明書通常會標示輸入電壓值、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。
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