半导体收音机输入输出变压器的简易设计

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在半导体收音机的低频放大部分,采用变压器作为级间耦合,使前后级的阻抗能得到适当的匹配,可以做到功率增益大、效率高,而且工作点容易调整。因此,在低放电路中,采用变压器耦合,容易达到预期的效果。小型变压器业余自制也很简便。现将小型输入、输出变压器的简易设计方法介绍于下。

一、小型变压器的特点

半导体收音机用的输入变压器和输出变压器,由于它所传输的功率较小,体积就可以做到小型化,有时还受到它在整机内所占空间的限制,须按预先选定的铁心尺寸计算变压器的各项数据。为使制作方便,一般输入、输出变压器均采用相同的铁心尺寸。这样绕线骨架、铁心片和固定夹等均可通用。

由于工作电压很低,只有3~9伏,所以绕线时层间不必垫绝缘纸。输入变压器的次级线圈和输出变压器的初级线圈(见图1中的B\(_{1}\)2),都有二组相同的线圈。为了使得上、下半边的直流电阻对称,都采取双线并绕的工艺。现在半导体收音机的功率放大级都采用了乙类推挽输出电路。由于耗电省、效率高,所以已成为普遍采用的电路。

图1
图1 🔍原图 (669×384)

二、铁心尺寸系列

半导体收音机中的输入、输出变压器常用XE型小型铁心片,其尺寸系列见表1所示,材料为D42号0.35毫米厚的硅钢片,导磁率μ约为1000。

图2
图2 🔍原图 (478×356)
图3
图3 🔍原图 (745×1386)

三、推挽输出变压器设计方法

确定有关参数:

1.额定输出功率P\(_{o}\);

2.初级阻抗Z\(_{cc}\):根据电源电压及额定输出功率在图3曲线上求得。绘制图3曲线时,由于考虑到晶体管集电极饱和压降VCES和电池使用时间一长内阻增加,电压降低等因素,所以采用下列两个公式绘制:

图4
图4 🔍原图 (682×570)

初级电流

I\(_{1}\)=1.1Po(U\(_{c}\)-VCES)η\(_{T}\)η

初级阻抗

Z\(_{cc}\)=2(Uc-V\(_{CES}\))I1

式中:U\(_{c}\)——电源电压;VCES——晶体管集电极饱和压降;P\(_{o}\)——收音机额定输出功率;ηT——变压器效率,0.7~0.8;η——晶体管乙类放大效率,0.65~0.75;

在绘制图3曲线时,V\(_{CES}\)取0.5;ηT取0.7;η取0.71。

次级阻抗R\(_{y}\):即扬声器的音圈阻抗。

3.初级线圈电流I\(_{1}\):可按下列简式计算I1=P\(_{o}\)/0.5Uc

4.最低工作频率f:台式机为200赫;便携式机为300赫;袖珍式机为500赫。

设计举例:设计一个额定输出功率P\(_{o}\)为200毫瓦的推挽输出变压器。已知电源电压Uc为6伏;次级阻抗R\(_{y}\)为8欧;最低工作频率f为300赫。

设计步序:

1.初、次级线圈电流:

I\(_{1}\)=Po/0.5U\(_{c}\)=0.2/0.5×6=0.067安;

I\(_{2}\)=\(\sqrt{P}\)o/P\(_{y}\)=0.2/8=0.158安。

2.按图3曲线求得初级阻抗Z\(_{cc}\)为140欧。

3.圈数比为

n=\(\sqrt{Z}\)\(_{ccηT}\)/Ry=140×0.7/8=3.5

输出功率小于1瓦的变压器,效率ηT均可按0.7计算。

4.初级线圈电感量

L\(_{1}\)=Zcc/4f=140/4×300=0.11亨。

5.选择铁心尺寸

心柱截面积S\(_{c}\)=\(\sqrt{P}\)o=0.2=0.45平方厘米。按表1选择XE6×8型小型铁心。

6.初、次级线圈匝数

N\(_{1}\)=300\(\sqrt{L}\)1I\(_{c}\)/Sc=3000.11×5.34/0.437=350圈。初级用双线并绕2×175圈,然后串联连接并引出中心头及两端线头。式中I\(_{c}\)为磁路长度。

N\(_{2}\)=N1/n=350/3.5=100圈。

7.导线直径

d\(_{1}\)=0.8\(\sqrt{I}\)1=0.80.067=0.21毫米;

d\(_{2}\)=0.8\(\sqrt{I}\)2=0.80.158=0.31毫米。

四、输入变压器设计方法

确定有关参数:

1.初级阻抗Z\(_{c}\):根据电源电压Uc和集电极电流I\(_{c}\)确定变压器的初级阻抗

Z\(_{c}\)=Uc/I\(_{c}\)

2.初、次级线圈的电流

因推动级的电流非常小,只有几毫安,所以选择导线可用φ0.07~φ0.1毫米漆包线,如导线太细容易断,绕制比较困难。

3.初、次级圈数比

考虑到前后级阻抗匹配和失真度要小,一般初级比一半次级的圈数比n=2∶1~3∶1。

设计举例:设计一个如图1电路中的输入变压器,已知电源电压为6伏,初级线圈电流I\(_{1}\)为2毫安,初级和一半次级的圈数比n=2.5∶1,最低工作频率为300赫。

设计步序:

1.初级线圈阻抗

Z\(_{c}\)=Uc/I\(_{c}\)=6/0.002=3000欧。

2.初级线圈电感量

L\(_{1}\)=Zc/4f=3000/4×300=2.5亨

3.选择铁心尺寸

为了制作方便,一般都选择与输出变压器相同的铁心,即XE6×8,D42—0.35铁心片。

4.初、次级线圈匝数

N\(_{1}\)=300\(\sqrt{L}\)1I\(_{c}\)/Sc=3002.5×5.34/0.437=1650圈

N\(_{2}\)/2=N1/n=1650/2.5=660圈

次级用双线并绕2×660圈,然后串联连接,引出中心头和两端线头。

5.导线可用φ0.1毫米漆包线绕制。

上述输入、输出变压器的铁心片都应一片交插。装配时应将铁片插紧,E片与横条的接缝要敲平,这样可使电感量较大,从而改善低频频率响应。(徐士佐)