电源—Ⅱ

滤波器 我们已明白整流器输出的是一种脉动电流，因此还必须通过“滤波器”把整流器输出的脉动电流中的纹波（交流成份）滤掉，使它达到我们所要求的直流纯粹度后，才能供给收音机应用。滤波器一般由电感（扼流圈）和电容器组成，电感量和电容量愈大，滤波作用愈好，可是从经济和实用观点上看并不是一个好办法。

滤波电路的设计 滤波器分电容器输入式和扼流圈输入式两种。收音机和小型扩音机里常常采用电容器输入式的，它的理论计算和性能分析比较深奥，这里只能谈谈它的具体设计原则，掌握了这些原则以后，对于装整流器很有帮助。

电容器输入式滤波器每一单节由两个并联的电容器和一个串联的扼流圈组成，它的连接形状很像一个希腊字母“π”，所以也叫π式单节（图6），靠近整流管输出端的那只电容器C\(_{1}\)叫输入电容器，L1是低频扼流圈，C\(_{2}\)是输出滤波电容器。对整流器输出的脉冲电流里的交流成份说，C1、C\(_{2}\)的作用可以看成是通路，让交流电通过，L1的作用恰好相反，它允许直流成份通过而阻止交流成份通过，这两种元件的作用配合起来后，通过负荷Rr的电流几乎达到完全纯粹的直流电了。在设计时，这些元件数值的大小决定于下面的条件：1、整流器输出脉冲电流的纹波频率（在50周电源上全波整流为100，半波整流为50），2、输出的直流电压和电流比的大小（这个比值叫整流器的负荷电阻），3、输出电流的大小，4、电源变压器和整流管内阻的大小。一般地说，纹波频率愈低，电压电流比愈大；输出的电流愈大，C\(_{1}\)、C2的电容量也应愈大。L\(_{1}\)和C2的乘积在负荷电阻一定时是一个常数，也就是说如果C\(_{2}\)大一倍，L1可以减小一半。由于电容器特别是电解式的价钱比扼流圈便宜得多，多用一些电容量少用一些电感量，不但经济而且还可减轻设备的重量。C\(_{1}\)的作用非常重要，它不但减低了电源的纹波，同时保证了一定强度的输出电压；如果电源变压器和整流器的内阻和负荷电阻的比值很小（例如0.01），C1愈大输出的电压愈高。不过C\(_{1}\)在一定的电源内阻下，有一个最大值，超过此数，充电电流太大，会影响整流管的使用寿命。各种型式的整流管在采用不同的C1时，它的输出电压可以在电子管手册中查到，图7是几种常用整流管的输出电压曲线，可供设计时参考。

电容器输入式滤波器的输出纹波值可由下面的经验公式求得：

滤波器输出电压中纹波值=\(\frac{45Idc}{PL}\)\(_{1}\)C1C\(_{2}\)Edc,式中Idc为滤波器输出端负荷电流（毫安），Edc为输出的直流电压（伏），L1为扼流圈的电感量（亨）C\(_{1}\)、C2为滤波电容器的电容量（微法），P为常数，在电源频率为50周时半波整流P＝1，全波整流P=2，倍压整流P=1.4。

举例：有一如图6的整流器，C\(_{1}\)、C2各为10微法，L\(_{1}\)为10亨，要求负荷端的直流电压为250伏，电流为50亳安，试求电源变压器T次级每边的电压和输出直流中的纹波成份。

第一步：由图7查得5У3管在输出为250伏，50毫安时每屏的电压应为240伏，这就是电源变压器T次级高压每边的电压值（实际上考虑到变压器的内部和扼流圈上的电压降，须酌量增加一些）。

第二步：已知Idc=50毫安， Edc=250伏，L\(_{1}\)=1O亨，C1=C\(_{2}\)=10微法，利用上面的公式，求得

中小型收音机电源中纹波频率在0.5%左右时，用165公厘的喇叭，一尺外就觉察不到哼声。

由图7可以看出电容器输入式的整流器，它的输出电压随着负荷而变动，很不稳定，好在收音机的负荷变动极小，关系不大。对于负荷变动很大的甲乙类或乙类放大器就不合适了，要改用拆流圈输入式滤波器。

单节的扼流圈输入式滤波器等于把电容器输入式滤波器中的C\(_{1}\)（图6）取掉，由于一般收音机不采用这种滤波器，这里就不多谈了。

有时候在收音机里，我们还会看到用电阻来代替扼流圈，它的优点是电阻占地小，价格便宜，又不受交流磁场的影响，缺点是在电阻上的降压要比扼流圈大，滤波效率（输出直流中纹波电压和输入纹波电压的比）约为1/（1＋0.3RC），式中R为滤波电阻（千欧），C为滤波电容器（微法）。

设计图6中的电容器输入式滤波器时，电容器C\(_{1}\)、C2和扼流圈L\(_{1}\)的数值，在电源频率为50周时，要满足下面的条件，即全波整流时

半波整流时

假定C\(_{1}\)、C2都是10微法，在全波整流时，L\(_{1}\)应不小于0.7亨，这样可以避免滤波电路谐振所产生的高电压打坏元件。

如果希望输出的直流纯粹度高，使用单节滤波器还不能满足要求，可以在负荷R\(_{L}\)（图6）和C2之间再插入一个扼流圈和一个电容器组成的第二节滤波器，它的纹波的计算是。

式中L的单位为亨，C为微法，这个式子必须满足C＞＞2.5L＞2.5（适用50周电源的全波整流），但对一般收音机并不需要，可用增大滤波电容器容量的办法来解决，这样不但经济，而且比增加滤波节数的办法电压要稳定些。

整流器用电源变压器 电源变压器是整流器的主要元件，它的优劣决定了设备的耐用程度和输出电压的稳定度。由于通过变压器线圈的脉冲电流很少有正弦式的，因此它的损耗要比通常非整流用的变压器高得多，实际能供给的功率要比它的伏安值低，这个比值——变压器作整流电源时输出的功率和规定伏安值的比，叫做变压器的“利用系数”。利用系数的大小要看整流电路繁简而定。常用的中心抽头式全波整流电路，变压器初次级利用系数平均不到0.8，半波整流就只有0.33左右，桥式全波最高可达0.9，以上是以扼流圈输入式作标准的，如果是电容器输入式的情形还要坏些。

小型变压器的铁心大都是用EI形铁片拼成，普通叫做壳式，也有用L形铁片拼成□形的；前者的线圈装在E形铁心的中心“腿”上，四周有铁心保护不易碰伤，后者没有这个优点，但如将线圈分绕在□形铁心的两边，并注意它们平衡，可以使它对外部交流感应最小，对交流哼声的消除有很大好处。变压器的功率大小和它的铁心断面积的平方根成正比，这个断面积在E形铁心是计算它中心那只腿的面积。标准的E形和□形铁心各部分尺寸的比例见图8，由图可见在同样的断面积下□形的铁片要比E形的重17％左右，比较不经济。变压器也叫硅钢片，因为它含有1%—4%的硅，含硅量愈高质量愈好，电损耗愈小。含硅量高的质地较脆，所以试验硅钢片质量好坏，可以用钳子将硅钢片拗折一些来检查，如很易拗断，从它的断面看去有明显的闪光结晶颗粒，就是含硅量高的优质品。小型40瓦以下的变压器可用含硅量很低的铁片，所谓“电动机铁片”没有多大问题，因这类变压器总功率不大，即使效率低些，发热量也有限。有一种廉价变压器是用黑铁皮做的就不大好，这类铁片使用相当时期要发生“衰老”现象，损耗增加很多，最好避免使用。对于含硅量高的铁片，它的厚薄关系不大，有人认为铁片愈薄愈好，其实含硅量高的硅钢片因很脆不易压薄，反而比较厚些。薄铁片叠起后不易夹紧，有效厚度较小，反而比不上较厚的好。

电源变压器的设计 无线电爱好者大都欢喜自已绕制变压器，小型电源变压器由于总功率不大，效率方面不是主要考虑对象，例如一只效率为70%50伏安变压器，它的损耗只有15瓦，装在散热面较大的铁底盘上，十几瓦的损耗温度不很高，因此在设计这类小型变压器时可根据下面的几项原则：1、铁心断面最好是正方形，如果办不到，那么它的叠厚应该设法保持在宽度的2.5倍以下。2、铁心断面积可由公式A=1.25\(\sqrt{P}\)求得，A是需要的断面积（平方公分），P是变压器功率（瓦），由这个公式所计算得到的铁心断面积是最佳尺寸，实际上可以根据能够得到的铁片和铜线的多少，适当伸缩，对于制成后变压器的性能影响不大。因为铁心的损耗和通过它的磁通密度B成一定关系，B和变压器每伏所绕的圈数成反比，只要铁片的窗口（图8）足够大，断面积小了可以增加每伏电压的圈数来弥补。反之，如铜线不够也可以用增加铁心的办法来补救。3、变压器的线圈应当绕得刚刚将窗口塞满，太小了变压器的效率不高，太大了铁片装不进去。4、每伏电压应该绕的最低圈数可根据下面标准：高硅钢片每平方公分断面积绕50圈，功率较小的50伏安以下的变压器可以少绕些，有40圈也就够了。铁片的断面积是根据它被压紧后的尺寸计算的，例如一只100伏安的变压器，根据上面公式应有的断面积是12.5平方公分，每伏电压应绕50／12.5=4圈，这个数值是根据磁通密度标准为10千高斯，适用于一般用途的变压器。5、线圈所用铜线的粗细，一般是以每安培电流需要多少“圆密耳”来计算（圆密耳是计算导线断面积的一种单位，它等于导线直径以千分之一英寸计算的平方，例如SWG16号导线直径是64／1000英寸或64“密耳”，它的断面积为642=4096圆密耳），通用的导线截流量可以照每1000圆密耳一安计算，对于小型变压器显得太大，可改用下面的公式计算：每安的圆密耳值=290logP＋150，式中logP为变压器功率的对数，例如100伏安的变压器log100=2，每安圆密耳=290×2＋150=730。各种线规号数的断面积圆密耳值可以由有关的手册上查到。6、变压器的高压线圈中通过的电流不是正弦形的，因此损耗较大，计算时必须乘上一个系数，例如电容器输入式滤波电路，变压器高压线圈的载流量，在全波整流时应为输出直流的1.1倍，半波时为2.2倍。扼流圈输入式全波整流按直流值0.75倍计算。7、小型变压器用普通绝缘材料的，允许满负荷时的温度约在90℃左右，这个温度用手摸时是很烫的，一般使用收音机的人当摸到变压器发烫时，往往怕它烧坏，其实摸到它有些烫手时的温度不过60-70度，离开最高工作温度还有20-30度呢！

变压器绕制方面的工艺问题比较普通，此处限于篇幅不加详述，须要提请注意的是绝缘问题。电源变压器由于工作温度较高，可以将凡立水用松香水等溶剂稀释得很薄，然后把线圈预先加热烘透后浸入已稀释的凡立水中，俟浸透（没有气泡发出时）取出烘干，干后再浸，一连数次就可以浸透。线圈绕制的顺序是1初级，2高压，3整流灯丝，4放大管灯丝。在初级和高压线圈间最好能加一层静电隔离，它是用纸一样薄的铜皮或铝箔（可以拆用坏的电解电容器里的铝箔）夹在初级和次级之间做成，头尾不能连接，成为一个开路线圈，用导线和铁心连接（可夹在铁心上）如图9的形状。静电隔离层对于防止从电源线进入的干扰噪音有一些作用，不过实际试验结果，效用并不显著，因此在小型灵敏度不高的收音机里可以不用。

扼流圈的设计 扼流圈是绕在铁心上的电感线圈，它的电感量常用的约5—30亨。扼流圈绕制方法和电源变压器相同。扼流圈的大小决定于电感量和通过它的直流强度，由于它有相当大的直流通过，为了防止铁心的饱和，必须在铁心磁路中留出一些空气间隙（空气的磁阻比硅钢片大几千倍），通过的直流成份愈大，需要的空气隙也就愈大。扼流圈的计算，由于有直流通过是非常繁复的，实用的设计可以利用图10的曲线表比较简易，图中L是扼流圈需要的电感量（亨），I是扼流圈通过的直流电流（安），V是扼流圈铁心的体积（立方公分），等于硅钢片每片的面积平方公分乘上铁心的厚度，N为线圈的圈数，lc为磁路长度（公分），lg是空气隙长度（公分），有关的定义可参阅图8。例如有一付图8标准尺寸的EI形硅钢片，叠厚3公分，中间腿宽3公分，如以这付铁心绕制一只10亨100毫安的扼流圈，计算方法为：首先算出铁片的体积，即

（由图8知标准EI铁片的面积是24a，铁片中心腿宽为2a=3公分，因为铁片每面涂有绝缘漆，叠厚时要打九折），扼流圈通过的电流是0.1安，得LI\(^{2}\)／V=10×0.12／97.2≈0.001，由图10查得相应的NI/l\(_{c}\)值为25/25.4≈10，lg/l\(_{c}\)≈0.001。已知lc＝18a＝18×3／2=27公分，得空气隙l\(_{g}\)的大小为0.001×27公分或0.27公厘。扼流圈的绕线圈数N=10×27／0.1=2700圈，铜线的载流量可以按照500圆密耳1安计算。（梧）