一种宽频带输出变压器的设计与实现

Ｄ 成反 比 ，即：
（６）
（７）
因此 ，电流流 经 的高压线 圈所 分得 的线 圈匝数 应 依次 比低压 线包所分 得 的线 圈 匝数 少 。从式 （６）、
（７）可看 出 ，漏感受 线圈 匝数 的影 响 比受 线圈高度 的影 响要大 ，因此 ，各 个线 圈 的高度可 以相 同 。高 压线 圈匝数 少 ，在线 圈高度 相 同的情况 下 ，线 圈层 数 就少 ；相 反 ，低 压线 圈 匝数多 ，线 圈层数 就多 。 层 数和 线 圈高度 的取值 与 串联 的线 圈数 设计 和该设 定频率 下 的趋 肤深度及 临近 效应有直 接 的关 系 。
２宽 频 带输 出变 压 器 模 型
２．１ 宽频带输出变压器特点 由法拉 第定 律 可 导 出变 压 器 的匝 数关 系式 为 ［ ］：
为 了使发 射系 统 的 电功 率 到声功 率转 换效 率 高 ，不 仅 需要 发 射机 性 能 良好 ， 同时 需要换 能器和 发 射机 之 间阻抗 匹配 良好 ，从 而获 得大 的输 出功率 和 高 的 能量 转换 效率 ，因此发射 机 中输 出变 压器 是必 不可 少 的，输 出变压 器 可将 换 能器 的阻抗 变换 至合 适 的 值 ，实 现与 水声发 射机 的输 出级变 阻匹配 。
关键词 水声发射机；宽频带匹配 ；输 出变压器；绕 组串并联
水 声发射 换 能器 是一种 将 电信 号转换 成 水声 信 号 的装置 ，在 频 带范 围 内，水 声换 能器 的阻抗 变化 非常大 ，一般 从几 十 Ｑ 到 几千 Ｑ 甚至 更大 。当使用 水声 发射 机驱 动水 声换 能器 进行 声功 率信 号发射 时 ，
Ｒ，： ＿ＲＬ Ｎ
（ １）
长 为 ｄ的正方形 导体 Ｌ４Ｊ：
兀 ：ｄ ＝＝＞ｄ： √
来自百度文库
（３）
宽频 带输 出变压器 设计 要求 不少于 ８个 步阶 的 变 化 ，实现 几 百 Ｑ 至几千 Ｑ 范 围 内负载 变 阻匹配 ， 因此 变压 器采 用 多个抽 头 的形式 扩展 系统 负载 变换 范 围，变 压器 的 次级 引 出多个抽 头 ，根据 不 同 的负 载 阻抗 由转换 开关 控制 连接 到不 同的抽头 ， 实现输 出变 阻匹配 。
图 １为六 根导 线并排 在环形 磁 芯上绕制 示意 图 ， 多根 导 线相 互绝 缘 ，每 个 导线 可看 成一个 变 压器抽 头 ，最 终 导线 终 端连接 在 一起 。这 种情 况下 ，可 以 等 效成 多个变 压 器并 联 ，只是这 些 变压 器共 用一个 磁 芯 。并 联变压 器 的模 型如 图 ２所示 。并联 变压器 需满 足 ：
２０１８年第 ３期
声 学与 电子 工程
总第 １３１期
一 种 宽频带输 出变压器 的设计 与实现
杨 讦 又
（昆明船舶设备研 究试验 中心 ，昆明，６５００５１）
摘要 介绍 了一种宽频带匹配输 出变压器 的设计方法 。分析 宽频带变压器 的特点 ，提 出了宽带多绕组变压 器 的串联和并联模型，并对该模型的绕层设计及绕制方式进行研 究，最后给出了一个具体设计实例，结合发射 机 对 其 使 用 效 果 进 行 了测 试 和 分 析 ， 结 果 良好 。该 设 计 方 法 具 有 一定 的工 程 应 用 参 考价 值 。
与 普通 变压 器相 比， 宽频 带 的输 出变压 器 有着 自身一 些特 点 ：如 匝 比较 大 ，高阻抗 应用 时匝数 多 ， 初 、次 级错 开绕 制 ，分段 绕制 等 。这些 特 点决 定 了 其漏 感 较大 ，寄生 电容 、寄生 电阻等 寄生参 数难 以 忽 略 。本文 针对 宽频 带输 出对 变压 器 的要求 ，设 计 并 实现 了一种应 用 于通用 水 声发射 机 的宽频 带输 出 变压 器 ，经试 验测试 验证 ，表 明该方 案实 际可行 。
在 同一个变 压器 中实现 宽频 带 匹配 的应 用 ，需 兼顾低 频 和高频 的要求 ，对 其设计 和 绕制 工艺等 提 出很 高要求 。本文 在不 同 的频 带上采 取不 同的模 型 ： 高频 时采 用并联 模 式 ，低 频 时采用 串联模 式 ，从而
１宽 频 带输 出变 压 器
宽频 带 发射机 的输 出匹配 一般 分为 调谐 匹配 和 变 阻匹配 ［１－２］，本文 主要介 绍变 阻匹配 的一种 现实 方 法 。宽频 带输 出变压器 匹 配法 中变 压器 的作 用是将 高 阻值 的负载 转 换成低 阻值 ，接 入 系统 的输 出端 。 变压 器 的变 比为 Ⅳ，负 载阻抗 为 吼 ，变 换到 电路 端 的等 效 阻抗 满 足 ：
在 同一个变 压器 中兼顾 了高 频及低 频对 变压 器 不 同 要 求 。 ２．２变压器 并联 模型
高 频 时 ，变 压器 匝数 不 多 ，绕 制简 单 ， 以铜 箔 作 为绕 制 导线可 降低 趋肤 效应 导致 的损 耗 。低频 时 匝数 多 ，铜 箔 导线绕 制变 得复 杂且 难于 绕制 ，因此 采 用铜 排 圆导线 并 行绕制 方 式代 替铜 箔 ，这 是 一种 很 好 的近 似 。导线 直径 为 的 圆形 导线 可等 效为 边
Ⅳ ：
：
ＡＬＣ ＢＡＬＣ ｆＫ
（２）
式 中 ，Ⅳ 为一 次绕组 匝数 ； 为变 压器 初级供 电电 压 ，Ｖ； ｃ为磁 芯窗 口面积 ，ｃｍ ； ｃ为交 流磁通 密度 ，Ｔ；厂为最低 工作 频率 ，Ｈｚ；Ｋ 为波形 系数 ， 方波 时取 ４．０，正 弦波 时取 ４．４４。从式 （２）可知 ， 变压 器 的匝数 与频 率成 正 比 ，频 率较 高 时，变 压器 匝数 较少 ，可采 取 铜箔 作为 绕制 导线 ；而低 频 时 ， 匝数较 多 ，一般 需要采 取多绕 组层 绕制 的方式 。
２５
杨 许 文 ：一 种 宽频 带输 出变压 器 的设 计 与 实现
ｌ： ２… ： ：
（４）
在 频 率较高 时 ，初 、次级均 可使 用并联 模 型 ， 将 多根导 线并 联使 用 ；而 低频 时 ，一般要 求输 出 电 压较 高 ，初级线 圈 电压低 ，承载 电流 较大 ，初 级采 用 多线并 联使 用可 降低铜 损 。为 了保 证 多个变 压器 抽 头并联 时端 口网络参数 的一 致性 ，设计 采取 多线 并行 绕制 的方式 。