5.2 变压器
5.2.1 外形与符号
变压器可以改变交流电压或交流电流的大小。常见变压器的实物外形及电路符号如图5-15所示。
图5-15 变压器
5.2.2 结构原理
1.结构
两组相距很近、又相互绝缘的线圈就构成了变压器。变压器的结构如图5-16所示。
图5-16 变压器的结构示意图
2.工作原理
变压器是利用电-磁和磁-电转换原理工作的。下面以图5-17所示电路来说明变压器的工作原理。
图5-17 变压器工作原理说明图
当交流电压U1送到变压器的一次绕组L1两端时（L1的匝数为N1），有交流电流I1流过L1，L1马上产生磁场，磁场的磁力线沿着导磁良好的铁心穿过二次绕组L2（其匝数为N2），有磁力线穿过L2，L2上马上产生感应电动势，此时L2相当一个电源，由于L2与电阻器R连接成闭合电路，L2就有交流电流I2输出并流过电阻器R，R两端的电压为U2。
变压器的一次绕组进行电-磁转换，而二次绕组进行磁-电转换。
5.2.3 变压器的“变压”和“变流”功能说明
变压器可以改变交流电压大小，也可以改变交流电流大小。
1.改变交流电压
变压器既可以升高交流电压，也可以降低交流电压。在忽略电能损耗的情况下，变压器一次电压U1、二次电压U2与一次绕组匝数N1、二次绕组匝数N2的关系有
U1/U2=N1/N2=n
n称作匝数比或电压比，由上式可知：
1）当二次绕组匝数N2多于一次绕组匝数N1时，二次电压U2就会高于一次电压U1。即n=N1/N2<1时，变压器可以提升交流电压，故电压比n<1的变压器称为升压变压器。
2）当二次绕组匝数N2少于一次绕组匝数N1时，变压器能降低交流电压，故n>1的变压器称为降压变压器。
3）当二次绕组匝数N2与一次绕组匝数N1相等时，变压器不会改变交流电压的大小，即一次电压U1与二次电压U2相等。这种变压器虽然不能改变电压大小，但能对一次、二次电路进行电气隔离，故n=1的变压器常用作隔离变压器。
2.改变交流电流
变压器不但能改变交流电压的大小，还能改变交流电流的大小。由于变压器对电能损耗很少，可忽略不计，故变压器的输入功率P1与输出功率P2相等，即
P1=P2
U1·I1=U2·I2
U1 /U2=I2/I1
从上式可知，变压器的一、二次电压与一、二次电流成反比，若提升了二次电压，就会使二次电流减小，降低二次电压，二次电流会增大。
综上所述，对于变压器来说，匝数越多的线圈两端电压越高，流过的电流越小。例如某个电源变压器上标注“输入电压220V，输出电压6V”，那么该变压器的一、二次绕组匝数比n=220/6=110/3≈37，当将该变压器接在电路中时，二次绕组流出的电流是一次绕组流入的电流的37倍。
5.2.4 特殊绕组变压器
前面介绍的变压器一、二次绕组分别只有一组绕组，实际应用中经常会遇到其他一些形式绕组的变压器，如图5-18所示。
图5-18 特殊绕组变压器
5.2.5 种类
变压器种类较多，可以根据铁心种类、用途及工作频率等进行分类。
1.按铁心种类分类
变压器按铁心种类不同，可分为空心变压器、磁心变压器和铁心变压器，它们的电路符号如图5-19所示。
图5-19 三种变压器的电路符号
空心变压器是指一、二次绕组没有绕制支架的变压器。磁心变压器是指一、二次绕组绕在磁心（如铁氧体材料）上构成的变压器。铁心变压器是指一、二次绕组绕在铁心（如硅钢片）上构成的变压器。
2.按用途分类
变压器按用途不同，可分为电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、恒压变压器、自耦变压器和隔离变压器等。
3.按工作频率分类
变压器按工作频率不同，可分为低频变压器、中频变压器和高频变压器。
（1）低频变压器
低频变压器是指用在低频电路中的变压器。低频变压器铁心一般采用硅钢片，常见的铁心形状有E形、C形和环形，如图5-20所示。
图5-20 常见的变压器铁心
常见的低频变压器有电源变压器和音频变压器，如图5-21所示。
图5-21 常见的低频变压器
电源变压器的功能是提升或降低电源电压。其中降低电压的降压变压器最为常见，一些手机充电器、小型录音机的外置电源内部都采用降压电源变压器，这种变压器一次绕组匝数多，接220V交流电压，而二次绕组匝数少，输出较低的交流电压。在一些优质的功放机中，常采用环形电源变压器。
音频变压器用在音频信号电路中起阻抗变换作用，可让前级电路的音频信号能最大程度传送到后级电路。
（2）中频变压器
中频变压器是指用在中频电路中的变压器。无线电设备采用的中频变压器又称中周，中周是将一、二次绕组绕在尼龙支架（内部装有磁心）上，并用金属屏蔽罩封装起来而构成的。中周的外形、结构与电路符号如图5-22所示。
中周常用在收音机和电视机等无线电设备中，主要用来选频（即从众多频率的信号中选出需要频率的信号），调节磁心在绕组中的位置可以改变一、二次绕组的电感量，就能选取不同频率的信号。
（3）高频变压器
高频变压器是指用在高频电路中的变压器。高频变压器一般采用磁心或空心，其中采用磁心的更为多见，最常见的高频变压器就是收音机的磁性天线，其外形和电路符号如图5-23所示。
图5-22 中周（中频变压器）
图5-23 磁性天线（高频变压器）
磁性天线的一、二次绕组都绕在磁棒上，一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少。磁性天线的功能是从空间接收无线电波，当无线电波穿过磁棒时，一次绕组上会感应出无线电波信号电压，该电压再感应到二次绕组上，二次绕组上的信号电压送到电路进行处理。磁性天线的磁棒越长，截面积越大，接收到的无线电波信号越强。
5.2.6 主要参数
变压器的主要参数有电压比、额定功率、频率特性和效率等。
（1）电压比
变压器的电压比是指一次绕组电压U1与二次绕组电压U2之比，它等于一次绕组匝数N1与二次绕组N2的匝数比，即n=U1/U2=N1/N2。
降压变压器的电压比n>1，升压变压器的电压比n<1，隔离变压器的电压比n=1。
（2）额定功率
额定功率是指在规定工作频率和电压下，变压器能长期正常工作时的输出功率。变压器的额定功率与铁心截面积、漆包线的线径等有关，变压器的铁心截面积越大、漆包线径越粗，其输出功率就越大。
一般只有电源变压器才有额定功率参数，其他变压器由于工作电压低、电流小，通常不考虑额定功率。
（3）频率特性
频率特性是指变压器有一定的工作频率范围。不同工作频率范围的变压器，一般不能互换使用，如不能用低频变压器代替高频变压器。当变压器在其频率范围外工作时，会出现温度升高或不能正常工作等现象。
（4）效率
效率是指在变压器接额定负载时，输出功率P2与输入功率P1的比值。变压器效率可用下式计算：
η=P2/P1×100%
η值越大，表明变压器损耗越小，效率越高，变压器的效率值一般在60%~100%之间。
5.2.7 用指针万用表检测变压器
在检测变压器时，通常要测量各绕组的电阻、绕组间的绝缘电阻、绕组与铁心之间的绝缘电阻。下面检测图5-24所示的电源变压器，检测方法如图5-25所示。注意：该变压器输入电压为220V、输出电压为3V-0V-3V、额定功率为3VA。
图5-24 一种常见的电源变压器
图5-25 变压器的检测
图5-25 变压器的检测（续）
5.2.8 用数字万用表检测变压器
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用数字万用表检测变压器如图5-26所示，测量内容有变压器一、二次绕组的电阻，一、二次绕组间的绝缘电阻，绕组与金属外壳间的绝缘电阻和二次绕组的输出电压。
图5-26 用数字万用表检测变压器
图5-26 用数字万用表检测变压器（续）
图5-26 用数字万用表检测变压器（续）
5.2.9 选用
1.电源变压器的选用
选用电源变压器时，输入、输出电压要符合电路的需要，额定功率应大于电路所需的功率，如图5-27所示。
图5-27 电源变压器选用例图
2.其他类型的变压器
虽然变压器基本工作原理相同，但由于铁心材料、绕组形式和引脚排列等不同，造成变压器种类繁多。在设计制作电路时，选用变压器时要根据电路的需要，从结构、电压比、频率特性、工作电压和额定功率等方面考虑。在检修电路中，最好用同型号的变压器代换已损坏的变压器，若无法找到同型号的变压器，尽量找到参数相似的变压器进行代换。
5.2.10 变压器的型号命名方法
国产变压器型号命名由三部分组成：
第一部分：用字母表示变压器的主称。
第二部分：用数字表示变压器的额定功率。
第三部分：用数字表示序号。
变压器的型号命名及含义见表5-2。
表5-2 变压器的型号命名及含义
例如DB-60-2表示60VA电源变压器。