关于中周请教

只看该作者 · 2009-7-15 13:57

在某个电路板上拆了个中周下来，发现有的在底部凹槽镶嵌着一个类似二极管(?)的元件，请问这个是什么元件呀？中周上面的一字螺丝拧的时候，调节的是什么吗？
另外，请问如果自己绕线的话有什么需要注意的吗？

只看该作者 · 2009-7-15 14:31

那个底部凹槽镶嵌着的器件可能是电容。
无感一字改锥调整的是铁粉芯耦合度，改变磁感应强度。

《变压器设计心得》
        2009/05/26  asdjf@163.com  www.armecos.com

    开关电源设计中最困难的是变压器/电感线圈设计制作和PCB Layout及结构外壳加工，其他部分可能就是标准单芯片解决方案电路，照着参考电路抄即可。PCB Layout决定电源的EMI性能、热性能，对此感兴趣的读者可以参看《增值包系列---快快乐乐跟我学高速PCB设计》。下面主要说说DIY绕制变压器/电感线圈的心得体会。

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    变压器原理
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    当我们把导线插入220V电源插座，就会发生短路现象，可是插入变压器就不会，区别就在于变压器原边的线圈导线是绕在铁芯上的，难道仅仅因为多了个铁芯，导线就失去短路作用了吗？是的，导线插入铁芯后就变成了电感线圈，根据楞次定律：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，(注意：“阻碍”不是“相反”，原磁通量增大时方向相反，原磁通量减小时方向相同；“阻碍”也不是阻止，电路中的磁通量还是变化的。)变压器原边将产生一个大小相等，方向相反的反向电动势抵消输入的220V电压，导线中仅有微弱的励磁电流流过(维持磁场需要有一个电流)，所以，导线失去了短路作用。

    如果真是这样，那么在铁钉上绕几圈漆包线，再把导线插入220V电源插座，是不是就不会短路了？肯定会短路的。原因就是铁芯磁饱和了，无法产生反向电动势抵消输入电压，此时，导线还是相当于短路线。拆开变压器，可以看到，线圈匝数很多，额定功率越大的变压器，铁芯体积越大，其中的原因就是为了让变压器工作在变压器状态，而不是进入磁饱和状态。

    也就是说，我们实际中使用的变压器都是非理想的，有可能进入磁饱和状态，从而失去变压器功能。我们设计变压器的目的就是保证在额定电压，额定功率下，变压器正常工作。如果真的存在理想变压器就不需要我们设计了。

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    变压器设计
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    除了满足正常工作的要求外，变压器设计还要满足：体积、重量、温度、成本等要求，所以，实际变压器的设计可不是一件容易的事情。书本上的理论分析全都是用的理想变压器，书上说变压器可以实现变压、阻抗匹配、隔离等等功能，但是隐含前提是变压器工作在变压器状态，如果饱和了，那就没有这些功能了。

    一个实际变压器还存在导线电阻、漏感、分布电容、分布电感、温升(铜损、铁损)等等问题，根据不同的变压器类型，有些参数不能忽略。

    制作变压器我们需要知道以下信息：
    1、磁芯规格(磁芯形状、磁芯大小、磁芯材料)
    2、匝数与导线规格(原副边匝数、导线直径)
    3、损耗与温升
    4、导线结构：多股线或扁平线
    5、绕组结构：多层或分段饶制
    6、端空设计：按绝缘电位设计端空

    磁芯规格其实就是要确定横截面积和工作点。一般功率决定横截面积大小，功率越大，横截面积越大。有经验公式可以快速根据功率确定横截面积，也可以直接查表。

    磁芯材料确定后，根据其特性曲线，我们要选择合适的工作点B0。B0太大会导致磁饱和，太小又会使得体积庞大、重量沉、功耗大、成本高。

    当电源频率、工作点B0、横截面积都确定后，就可以计算出每伏匝数，用输入电压除以每伏匝数就可以得到原边匝数。进而可以求得副边匝数。

    导线直径取决于电流密度，而电流密度又取决于电压调整率或温升，受二者共同约束，哪个约束条件算出来的J值小，就选择哪个J值。J值小肯定不会有温升/电压调整率问题，但也不是越小越好，J小的话，导线直径太粗，铜重量大、体积大、成本高，有时线包厚度可能超过铁芯窗口尺寸，根本无法绕制。

    电流密度J和温升有什么关系呢？很多初学者可能想到去查书，其实，变压器设计是一项实践性很强的工作，理论派这时已经玩不转了，此时需要大量实践经验。也有人可能会抱怨资料不足，这不是问题，没有资料可以做实验得到。就象没有DIP器件封装数据，你完全可以直接用尺子量出引脚间距来。不知道程序出错原因，完全可以通过调试找到。

    温升和铜损铁损有关，和散热条件有关，带散热片的温度就低，散热片上有风扇的温度更低，风扇转速快的肯定温度又要降低了。此外，还和外部环境温度有关，在南极零下50度，温升就不是问题，在赤道沙漠里，温升可能导致铁芯磁特性曲线飘移，进而磁饱和，失去变压器功能。总之决定温升的因素很复杂：管芯到封装的热阻、接触面积、接触面光滑度、导热硅脂、散热器材料体积、表面积、鳍形、涂层材料、颜色、空气密度、流速等共同决定温升。

    因此，电流密度J和温升的关系只能凭经验确定了。一般通过经验公式确定。所谓经验公式是指：通过一系列结果可重复的实验，得到数据曲线，使用数值分析方法多项式拟合，得到经验公式。此公式在我们的经验范围内正确，可以准确预测结果，可以重复验证。注意：经验公式存在局限性，如果预测结果不对，就需要再次修正经验公式，增加我们的经验。由此可知，经验越多，越不容易出错，想要设计好变压器需要积累大量经验。

    毕竟，变压器是一种商品，我们没有必要每次都从头设计，那样太浪费时间。此时，利用表格、EXECL电子表格、经验值可以大大加快设计速度。

    比如：可以规定电流密度J选2.5A/平方毫米，内绕组J适当降低，外绕组J适当提高，散热好的甚至可以达到10A/平方毫米，这样就不用详细计算了。

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    变压器类型
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    电源(工频)变压器

        最常见的变压器，输入220VAC 50HZ，输出各种直流电压。
        因为频率低，基本不考虑分布参数，可以乱绕。

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    隔离变压器

        变比一般为1：1，主要目的是隔离。因为市电零线接大地，人碰到热底板上的零线相对还算安全，一旦碰到火线，就会和大地形成回路，导致触电。经过变压器隔离后，人单独碰到任何一根线都不会触电，两根线对地浮空，都不会和大地形成回路，电压只存在于两根线之间，所以安全。

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    音频变压器
        输入变压器
        级间变压器
        输出变压器
        线间变压器
        匹配变压器
        调幅变压器

        电子管/晶体管收音机/音响中，需要在各级放大电路之间增加变压器进行阻抗匹配和谐振，使得后级获得最大输出功率。收音机里的变压器俗称中周。

        音频变压器中的频率较高，不能忽略分布参数，而且，要把晶体管输入输出电阻折算到变压器中。一般先抽象出一个等效电路，再简化，然后根据分布参数约束条件获得等效电路各参数值。有了这些信息，就可以计算出功率，进而得到横截面积，线圈匝数，导线直径等等变压器绕制参数。这样我们就可以得到满足分布参数要求，能够工作在变压器状态(不饱和)，具有正确阻抗变换功能的变压器了。

        为什么三极管集电极接在中周的中间点？
        这种部分接入的主要目的是减小三极管输出电阻rce对谐振阻抗及Q值的影响。
        设中周的中间点到直流电源点的圈数为n1，中周初级线圈总圈数为n2，变比n=n2/n1，当rce并连到n1线圈时，折算到n2线圈将是rce的n方倍，使谐振阻抗及Q值只有少量下降，保证了足够的电压放大倍数和选择性指标。
        早期的电子管收音机中，由于电子管的输出阻抗极大，根本不用考虑这个问题，所以在电子管电路中就不存在“接中周中间点”的接法。

        大部分人做过收音机，但是很少人自己设计绕制中周和输入输出变压器，现在学习了音频变压器设计，你就可以自己绕了，再不用担心买不到合适的中周变压器了，哈哈。注意：音频变压器对工艺要求较高，不太容易成功。另外，玩胆机(电子管)音响的朋友更是需要自己绕变压器了，尽管电子管和晶体管有点差别，但是学习了以上内容，自制变压器就不是难事了。

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    脉冲变压器

        我们在8019网卡芯片中就用到了脉冲变压器，起隔离作用，变比1：1。想不想知道这种变压器是怎么设计的呢？想不想自己绕一个呢？

        其实脉冲变压器也是变压器的一种，只不过脉冲波含有大量频率分量，不能忽略分布参数影响，绕制工艺要求高，一般也要先抽象出一个等效电路，再简化，然后根据分布参数约束条件获得等效电路各参数值。与音频变压器不同的是，其约束条件参数不一样。脉冲波形参数约束条件有：峰值脉冲幅度、脉冲持续时间、脉冲上升时间、脉冲下降时间、顶降、脉冲顶峰、过冲、反摆、回摆、恢复时间。根据这些信息，就可以计算出功率，进而得到横截面积，线圈匝数，导线直径等等变压器绕制参数。这样我们就可以得到满足分布参数要求，满足脉冲波形参数约束条件要求，能够工作在变压器状态(不饱和)，能够正确传递脉冲能量(脉冲波形变化符合要求)的变压器了。

        哈哈，本站的51 + 8019上网卡可以不用汉仁的隔离变压器了，自己绕一个吧，工艺处理好的话，完全不成问题，DIY的乐趣更大了。

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    开关电源变压器

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    特种变压器
        稳压变压器
        霓虹灯变压器
        微波炉变压器
        机场助行航灯光用变压器
        超隔离变压器
        传输线变压器

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    铁芯电感器
        电源滤波扼流圈
        交流扼流圈
        电感线圈
        镇流器
        超声换能器用匹配电感
        铁氧体磁芯电感

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只看该作者 · 2009-7-15 14:41

那个电容是不是电路上面用来选频时与中周变压器连接的那个小电容？
另外，那个铁粉芯材料的参数一般是怎么样的吗？或者说如果我想得到1uH的电感值，需要多少粗的线绕几圈吗？

4万 · 2009-7-15 15:44

    中周工作于455、460KHz等中频，底部内嵌的元件是电容，跟中周电感本身构成LC谐振回路，上面带槽的叫磁帽，调节磁帽可改变线圈的电感值，用于匹配谐振频率。
    自制中周除合适的骨架外，所用漆包线的线径也要在合适的范围内，绕线圈数则由电路设计决定，通常基于分立元件设计的超外差式收音机、电视接收机等都会用到中周，每级中频电路都有不同设计的中周，其具体参数和绕制数据可在1980S出版的相关书籍、杂质上查到，现在已经不再使用了。
    如果需要自己绕制非标中周或利用中周骨架制作中频电感，相关计算方法也得查1980S的资料，如仅仅是需要电感，不如买成品，中频电路也可设计成直接耦合式的，这样可以避开需用过时元件带来的麻烦。

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谢谢

中周是中频变压器的旧称，不是音频变压器

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