电子管扩音机低频电感元件的简易设计（1）

电感元件又称电感器，它包括电子设备中的各种高、低频线圈，变压器，阻流圈等。本文主要讨论电子管扩音机中各种低频变压器（电源变压器、输出变压器、推动变压器等）和阻流圈的简易设计方法。这些电感元件的共同特点是：线圈中都带有铁心，而且都是在较低的频率下工作。

电子管扩音机所使用的电源变压器，从用途上大致可分为两类：一类变压器的次级绕组只供点燃各电子管的灯丝，称为灯丝电源变压器，简称灯丝变压器；另一类变压器的次级绕组担负供给整流管所需的屏压，称为高压电源变压器，简称高压变压器。这类变压器的次级绕组中，不但有交流成分通过，而且还有直流成分通过。反映到变压器初级，有些变压器内（如半波整流）将产生非正弦电流，从而使变压器效率降低。在设计时，要考虑到这一特点。

通常情况下，50瓦以下的小型电子管扩音机，不单独设置灯丝变压器和高压变压器，而是把两者合并在一个电源变压器中。

一、设计方法

电源变压器的设计，大致可分为六个步骤：

1．确定变压器的容量

电子管扩音机中的电源变压器，就其功率而言，最大不超过几个千伏安，基本上都使用单相交流电。因此，我们只介绍单相电源变压器的设计。

我们知道，变压器的效率为：

式中P\(_{Ⅱ}\)为次级输出功率；PⅠ为初级输入功率。当次级不只一个绕组时，输出功率为：

这时初级输入功率为：

变压器的总容量（设计功率）为：

变压器效率与许多因素有关，现将效率与容量的大致关系列于表1.1，供设计时参考。

①灯丝变压器容量的计算：

若所设计的灯丝变压器各绕组电压分别为U\(_{2}\)、U3、U\(_{4}\)、……Un，电流分别为I\(_{2}\)、I3、I\(_{4}\)……In，则：

所以，总容量为：

②高压变压器容量的计算：

根据选定的整流电路和滤波电路(或负载）的型式，就可以从表1.2中查出高压变压器的容量（设计功率）。

表1.2中U\(_{0}\)代表整流器输出端电压，它等于设备所需直流电压U′0和阻流圈（或滤波电阻）上电压降U″\(_{0}\)之和。一般情况下，可以认为阻流圈上电压降为U′0的（5一10）％。所以，在计算时可取

同样，考虑到泄放电阻上通过的电流I\(_{0}\)″，设计电流（即整流器输出电流）I0与设备所需直流电流I\(_{0}\)′的关系也可写成

由于半波整流和倍压整流（尤其是串联式倍压整流）脉动系数大，一般不采用阻流圈输入（即Γ型）滤波电路。而且，在大多数情况下，倍压整流输入端直接接至市电，不使用专用的高压变压器。

③同时具有高压绕组和灯丝绕组的电源变压器的容量，在设计时只需从表1.2中查出高压绕组的设计功率，然后再加上各灯丝绕组的设计功率即可。

2．确定铁心的型号和规格

电子管扩音机中常用的铁心型号有KEI、GEI、UI、CD型等几种。用KEI、GEI型铁心绕制的变压器称为壳式变压器（见图2）；用UI、CD型铁心绕制的变压器称为心式变压器。其中KEI型铁心为宽窗口式，具有重量最轻的特点。当绕组圈数较多或电压较高（相应的绝缘材料层也较厚）时，应选用这种铁心；GEI型为窄窗口式，具有最低价格的特点。一般情况下可采用这种铁心。当功率大于1千伏安时，可采用UI型铁心；有时为了减小体积，小型变压器也可采用UI和CD型铁心。

用S′\(_{C}\)表示所需铁心最小截面积，S0表示窗口面积。则在我们所讨论的范围内可以认为

式中B\(_{M}\)为铁心中最大磁通密度，单位为高斯（Gs）。如果假设S′\(_{c}\)=S0，

式中系数K可由表1.3选择。

铁心最大磁通密度值B\(_{M}\)的选取与铁心材料、变压器的容量等有关。表1.4可做计算时的参考。

旧铁心片可视其质量，适当选择B\(_{M}\)值。如果铁心片为黑色，弯曲数次不断裂，说明质量较次，BM值可取6000～8000高斯；质量好一些的铁心B\(_{M}\)值可取8000～10000高斯。

根据计算出的铁心最小截面积S\(_{c}\)′值和以上各方面的考虑，可从变压器常用标准铁心片规格表中，找到相应型号、规格的铁心，并可从表中查出实际铁心截面积Sc。当然，S\(_{c}\)应大于或等于Sc′。

如果铁心是旧有的，或叠厚不是标准系列，那么S\(_{c}\)可通过下式进行计算。

式中K\(_{c}\)称为铁心片占空系数，它与铁心片的材料、厚度、表面状态有关；l0代表铁心中心宽度；B代表铁心叠厚。当铁心片厚度为0.35毫米，表面没有涂覆绝缘漆时，热轧硅钢板D\(_{42}\)～D44制成的铁心片，K\(_{c}\)值为0.91；冷轧硅钢板D310～D\(_{34}\)0制成的铁心片，Kc值为0.95。当表面涂有绝缘漆时，K\(_{c}\)值应相应地降低0.03～0.05。如果不知道铁心片的材料，Kc值可选0.85～0.9。当铁心片的厚度为0.5毫米时，K\(_{c}\)值可相应增加0.03左右。

3．确定初、次级各绕组圈数

当磁通密度以高斯为单位，铁心截面积以平方厘米为单位时，感应电动势为

式中N／E为线圈每伏圈数。

我国电源频率f，绝大多数都是50赫，代入上式，并令N\(_{0}\)=N／E，则

由于线圈本身具有一定的直流电阻，有电流通过时，会产生电压降。因此在计算各绕组圈数时，都附加一定的修正值。即

式中△U的选择可参照表1.5。N\(_{1}\)代表初级线圈圈数，N2～N\(_{n}\)代表次级线圈圈数。

4．确定各绕组导线直径和型号

当电流密度为j时，通过截面积为S的导线的电流强度为

当知道电流密度和通过导线的电流时，就可以求出所需导线的直径

电流密度的选择和变压器容量有关，有关数据可参考表1.6。

根据表1.6数据。公式（1.15）可分别写成：

灯丝变压器的次级电流，可从电子管特性手册中查出；高压变压器次级电流可从表1.2中查出。而初级电流可通过下面近似公式来计算：

式中系数的选取是考虑到变压器空载激磁电流的存在而附加的。

使用公式（1.15）和（1.16）求出的导线直径，不包括绝缘层在内。利用求得的结果，便可从线规表中（见本刊1975年第3、4期）查出导线的标称直径d和带有绝缘层的漆包线外径d′。

在电子管扩音机中，电源变压器所使用的导线，基本上都是漆包线，电流较大的灯丝绕组有时也使用纤维包绝缘线。当绕组工作时对“地”电压（不是指绕组本身的电压）不大于500伏时，可使用Q型普通油性漆包线；当电压大于500伏时，应选用QQ型高强度聚乙烯醇缩醛漆包线，或采用QZ型高强度聚脂漆包线。

5．进行初步验算

根据各绕组所选定的导线标称直径，从线规表中查出单根导线的截面积S，然后乘以圈数N，就可计算出导线所占的总截面积

计算结果必须满足下式要求

式中S\(_{o}\)＝l1·h为窗口面积，K\(_{M}\)称为导线（窗口）占空系数，它可以从铁心片规格表中查出（本文表1.11中只列出了部分数据）。

计算结果如不满足公式（1.19）的要求，则需加大铁心截面积，重新计算各项数据，直到满足为止。

须注意的是，当设计绝缘材料较多的高压变压器时，S\(_{M}\)与So的比值必须要小于K\(_{M}\)值的10％以上。否则，当线包绕好后，可能装不上铁心。

6.列出变压器绕制规格表，作最后验算。变压器绕制规格表包括的主要内容有：各线圈电压、圈数（总圈数及每层圈数）、层数、导线规格、绝缘材料的选择等项内容。另外，应附有电原理图、绕组排列图。必要时，还应绘出引出线位置图、装配图等。填写时应注意：

①线包的长度并不等于窗口长度h，而是在线圈筒两端各留出h的5％左右不绕线。因此，线包长度应为

某一线圈每层可绕圈数

该线圈总层数为

当计算结果带有分数时，不论其是否大于\(\frac{1}{2}\)，都在个位进一，而略去分数。

②各线圈层间绝缘一般使用电容器纸、电话纸、电缆纸、卷绕纸、浸渍纸等。有时也使用玻璃纸、描图纸、蜡纸、牛皮纸、道林纸等。绝缘材料厚度的选择，可参照表1.7。

当层间电压超过100伏时，应适当加厚层间绝缘，或选择击穿电压高的绝缘材料。

各绕组间的绝缘需根据各绕组工作时对“地”电压（注意：不是绕组本身的电压）来选择。一般使用电缆纸、浸渍纸、牛皮纸、道林纸等，中间夹入黄漆绸（布）、聚脂薄膜、云母纸等。最后计算出线包总厚度D，必须满足：

否则，需调整绝缘材料的厚度、品种，使得公式（1.23）成立。公式中系数的选择是考虑到线包在绕制过程中往往鼓起来，致使厚度增加。

二、设计举例

现在以150瓦、250瓦两种类型扩音机高压变压器为例，进行设计。

1.150瓦高压电源变压器

从常见的飞跃R—150型扩音机的结构设计可知：末级功率输出使用四只FU—7作甲乙\(_{2}\)类并联推挽放大；一只6P6P作推动级。前级使用一只6N1、两只6N2作电压放大（兼检波）；收音部分使用一只6A2作变频，一只6K4作中放。另外，用一只6E2作音量输出指示。电源部分使用两只EG1—0.3／8.5整流，供末级功放管屏压。用一只5Z2P作次高压整流，供给功放管帘栅压及其它各管屏压、帘栅压；另一只5Z2P做负压整流，供给功放管所需的栅负压。

从电子管特性手册中可查出各电子管在额定工作状态下所需的各项工作数据，列于表1.8。

高压电源变压器次级应供给两只高压整流管和一只次高压整流管工作所需的电压和电流。

因为高压整流和次高压整流都采用全波整流电路，中心端都直接接地，因此两个次级绕组可合成一个，采用抽头的方法供出不同电压（如表1.9所示）。（待续）（李龙）