4.2 变压器
4.2.1 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4-9所示。
图4-9 变压器
4.2.2 结构、原理和功能
（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4-10所示，从图中可以看出，变压器主要是由绕组和铁芯组成。绕组通常是由漆包线（在表面涂有绝缘层的导线）或纱包线绕制而成，与输入信号连接的绕组称为一次绕组（或称为初级线圈），输出信号的绕组称为二次绕组（或称为次级线圈）。
图4-10 变压器的结构示意
（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4-11所示电路来说明变压器的工作原理。
图4-11 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，磁场的磁感线沿着导磁良好的铁芯穿过二次绕组L2（其匝数为N2），有磁感线穿过L2，L2上马上产生感应电动势，此时L2相当于一个电源，由于L2与电阻R连接成闭合电路，L2就有交流电流I2输出并流过电阻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。
（3）功能
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，也能降低交流电压。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：
n称作匝数比或电压比，由上面的式子可知以下几点。
a. 当二次绕组匝数N2多于一次绕组的匝数N1时，二次电压U2就会高于一次电压U1。即
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。
b. 当二次绕组匝数N2少于一次绕组的匝数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。
c. 当二次绕组匝数N2与一次绕组的匝数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
从上面式子可知，变压器的一次、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电流的37倍。
4.2.3 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。图4-12列出了一些特殊绕组变压器。
图4-12 特殊绕组变压器
特殊绕组变压器说明
•多绕组变压器
多绕组变压器的一、二次绕组由多个绕组组成，图4-12（a）是一种典型的多个绕组的变压器，如果将L1作为一次绕组，那么L2、L3、L4都是二次绕组，L1绕组上的电压与其他绕组的电压关系都满足
。
例如N1=1000、N2=200、N3=50、N4=10，当U1=220V时，U2、U3、U4电压分别是44V、11V和2.2V。
对于多绕组变压器，各绕组的电流不能按
来计算，而遵循P1=P2+P3+P4，即U1I1=U2I2+U3I3+U4I4，当某个二次绕组接的负载电阻很小时，该绕组流出的电流会很大，其输出功率就增大，其他二次绕组输出电流就会减小，功率也相应减小。
•多抽头变压器
多抽头变压器的一、二次绕组由两个绕组构成，除了本身具有四个引出线外，还在绕组内部接出抽头，将一个绕组分成多个绕组。图4-12（b）是一种多抽头变压器。从图中可以看出，多抽头变压器由抽头分出的各绕组之间电气上是连通的，并且两个绕组之间共用一个引出线，而多绕组变压器各个绕组之间电气上是隔离的。如果将输入电压加到匝数为N1的绕组两端，该绕组称为一次绕组，其他绕组就都是二次绕组，各绕组之间的电压关系都满足。
•单绕组变压器
单绕组变压器又称自耦变压器，它只有一个绕组，通过在绕组中引出抽头而产生一、二次绕组。单绕组变压器如图4-12（c）所示。如果将输入电压U1加到整个绕组上，那么整个绕组就为一次绕组，其匝数为N1+N2，匝数为N2的绕组为二次绕组，U1、U2电压关系满足
。
4.2.4 种类
变压器种类较多，可以根据铁芯、用途及工作频率等进行分类。
（1）按铁芯种类分类
变压器按铁芯种类不同，可分为空心变压器、磁芯变压器和铁芯变压器，它们的电路符号如图4-13所示。
图4-13 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。磁芯变压器是指一、二次绕组绕在磁芯（如铁氧体材料）上构成的变压器。铁芯变压器是指一、二次绕组绕在铁芯（如硅钢片）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。低频变压器铁芯一般采用硅钢片，常见的铁芯形状有E形、C形和环形，如图4-14所示。
图4-14 常见的变压器铁芯
E形铁芯优点是成本低，缺点是磁路中的气隙较大，效率较低，工作时电噪声较大。C形铁芯是由两块形状相同的C形铁芯组合而成，与E形铁芯相比，其磁路中气隙较小，性能有所提高。环形铁芯由冷轧硅钢带卷绕而成，磁路中无气隙，漏磁极小，工作时电噪声较小。
常见的低频变压器有电源变压器和音频变压器，如图4-15所示。
图4-15 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处理电路中，如收音机、录音机的音频放大电路常用音频变压器来传输信号，当在两个电路之间加接音频变压器后，音频变压器可以将前级电路的信号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（内部装有磁芯）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4-16所示。
图4-16 中周（中频变压器）
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），调节磁芯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芯或空芯，其中采用磁芯的更为多见，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4-17所示。
图4-17 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，接收的无线电波信号越强。
4.2.5 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（N1）与二次绕组（N2）的匝数比，即
。
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芯截面积、漆包线的线径等有关，变压器的铁芯截面积越大、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。变压器效率可用下面的公式计算：
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。
4.2.6 检测
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、绕组与铁芯之间的绝缘电阻。下面以图4-18所示的电源变压器为例来说明变压器的检测方法（注：该变压器输入电压为220V、输出电压为3V-0V-3V、额定功率为3V·A）。
图4-18 一种常见的电源变压器
变压器的检测如图4-19所示。
图4-19 变压器的检测
变压器的检测
变压器的检测步骤如下。
第一步：测量各绕组的电阻。
万用表拨至R×100Ω挡，红、黑表笔分别接变压器的1、2端，测量一次绕组的电阻，如图4-19（a）所示，然后在刻度盘上读出阻值大小。图中显示的是一次绕组的正常阻值，为1.7kΩ。
若测得的阻值为∞，说明一次绕组开路。
若测得的阻值为0，说明一次绕组短路。
若测得的阻值偏小，则可能是一次绕组匝间出现短路。
然后将万用表拨至R×1Ω挡，用同样的方法测量变压器的3、4端和4、5端的电阻，正常约几欧。
一般来说，变压器的额定功率越大，一次绕组的电阻越小，变压器的输出电压越高，其二次绕组电阻越大（因匝数多）。
第二步：测量绕组之间的绝缘电阻。
万用表拨至R×10kΩ挡，红、黑表笔分别接变压器一、二次绕组的一端，如图4-19（b）所示，然后在刻度盘上读出阻值大小。图中显示的是阻值为无穷大，说明一、二次绕组之间绝缘良好。
若测得的阻值小于无穷大，说明一、二次绕组间存在短路或漏电。
第三步：测量绕组与铁芯间的绝缘电阻。
将万用表拨至R×10kΩ挡，红表笔接变压器铁芯或金属外壳、黑表笔接一次绕组的一端，如图4-19（c）所示，然后在刻度盘上读出阻值大小。图中显示的是阻值为无穷大，说明绕组与铁芯间绝缘良好。
若测得的阻值小于无穷大，说明一次绕组与铁芯间存在短路或漏电。
再用同样的方法测量二次绕组与铁芯之间的绝缘电阻。
对于电源变压器，一般还要按图4-19（d）所示方法测量其空载二次电压。先给变压器的一次绕组接220V交流电压，然后用万用表的10V交流挡测量二次绕组某两端的电压，测出的电压值应与变压器标称二次绕组电压相同或相近，允许有5%～20%的误差。若二次绕组所有接线端之间的电压都偏高，则一次绕组局部有短路。若二次绕组某两端电压偏低，则该两端之间的绕组有短路。
4.2.7 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4-20所示，该电路需要6V交流电压供电、最大输入电流为0.4A，为了满足该电路的要求，可选用输入电压为220V、输出电压为6V、功率为3V·A（3V·A>6V×0.4A）的电源变压器。
图4-20 电源变压器选用例图
对于一般电源电路，可选用E形铁芯的电源变压器，若是高保真音频功率放大器的电源电路，则应选用“C”形或环形铁芯的变压器。对于输出电压、输出功率相同且都是铁芯材料的电源变压器，通常可以直接互换。
（2）其他类型的变压器
虽然变压器基本工作原理相同，但由于铁芯材料、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，尽量找到参数相似变压器进行代换。
4.2.8 变压器的型号命名方法
国产变压器型号命名由以下三部分组成。
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4-3。
表4-3 变压器的型号命名及含义
例如，DB-60-2表示60V·A电源变压器。