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与广大初学者谈电感和变压器
曾经有朋友问过我这样的问题，做无线话筒，原来要求用一根0.4mm漆包线在圆珠笔芯上绕5圈脱胎和用电话电缆芯绕同样的圈数，得到的效果一样吗？说实在的，我至今也不敢断言，因为这种东西毕竟电感量太小了，没有电感表，无法做出正确的判断，凭制作成功过的几个无线话筒的经验，可以初步的做出一个论断：电感量似乎跟线的直径，线圈的直径无关，而跟匝数，以及线圈的磁心介质有关，不过在高频线路里，哪怕很短的一段导线都可以作为电感线圈使用，这个时候不知道我前面的论点和论据是否还能够成立。我不能肯定的事，可不敢妄言，权且留给专门玩高频电路的前辈来解答吧。下面，我将以一个普通无线电爱好者的身份，就我已经掌握的知识，给大家讲解一下电感。
前面我们提到，电容其实就是两个相邻的金属板拉开，它们之间就会形成电容，而两根金属线彼此平行的时候其实它也相当于电容，但是如果选择两根导线的其中一根接在电路里，那它就是个电感，如果在其中一根上通上交流高频电压的话，那它就是个变压器。一根导线，如果是直线的话，它的电感量很小的，，但是如果把它以一定直径盘成圈，那它的电感量会显著增加，如果在线圈里增加一根导磁物质做的磁棒，那电感量将再次显著增加。这说明，电感量跟导体（导线）饶的匝数有关，跟磁心的介质有关，大家如果有条件，买块电感表，可以重复一下这个实验，这不是我杜撰的，这是变压器的发明家亨利先生总结出来的，今天工地上的电话线断了，无法上网，无法查找相关佐证，我只能凭经验和自己掌握的知识来写这篇文章，难免有错漏之处，欢迎大家斧正。
电感的符号是L，其容量是H（就是前边说的亨利先生的缩写）一般H就象电容的容量F一样，比较大，所以在电子电路里很少用到这么大的单位（除非是绕变压器，电抗线圈，那多是数H甚至数十H的，一般做电子电路的线圈都是以它的千分之一mH(念毫亨)和百万分之一μH，（念微亨），作为单位，再说白点，就是电感量大的往往是用在低频电路上，电感量越小，工作频率越高（这点，跟电容相似，但二者在电路中的作用可以说正好相反，前边说电容的时候没提，在此补上）换算关系是以K（千）进位1H=1000mH，1mH=1000μH，下面我将通过几个实验来说明电感的特性，如果有条件的话，可以模仿一下：实验一：自感效应，如果条件允许，能找到一个大电感的话：例如一个老日光灯的电磁镇流器或者一个老电子管设备的滤波电感线圈，这个东西要求线圈尽量粗，圈数尽量多，再准备一个电池，或者用万用表（越次的表越好，只要RX1Ω档能输出足够的电流）双手拿着电感的两个线头，然后将其在电池两端上瞬间接触一下，迅速放开，这个时候在刚断开的瞬间，会跳一下火，不知道你考虑过为什么会跳火吗？也许有人说，电灯泡断开瞬间也有火花、电弧的。那好，请问刚才你做实验的时候手是否接触到了两根线的金属部分？通断的瞬间有没有电震的感觉？没有？那你就是木头了，正常人应该是可以感觉到电震的。如果确实没有感觉，可以找一个氖泡，拆不到？电笔、老日光灯的启辉器、电饭锅、电水壶里都有这玩意老配电盘的指示灯，如果不是带变压器的那种指示灯也是用氖泡的。将这个氖泡并联在电感线圈的两端，再试试看？在电池接通后再断开的瞬间，氖泡是不是瞬间闪亮一下呢？如果频繁的通断，则氖泡的亮将接近持续点燃。
关于上面的自感现象试验的解释，我不大会咬文嚼字的讲解，我只按自己的想法作为解释：因为电是见不到摸不着的，所以我们不可能钻进电感里去看个究竟。我个人认为：电池接到电感上，电流流过电感线圈，对铁心进行充磁，就如同力学上的动能和势能的转换，当铁心饱和后，电流趋于稳定，断开瞬间，磁能转化成与充电极性相反的电压（书上好象叫反电动势），这个电压可以在自身逐渐损耗掉，也可以通过其上面所并联的负载（如氖泡）释放掉。我的理解就是这样，至于我的导师说的，我有“毁人不倦”的天分的话，欢迎朋友们指正，毕竟“抬杠长学问”也是好事。
下面我再让大家仿照做个实验：拆个收录机或者拆个可充电的剃须刀，什么都行，只要有个变压器就成。拿万用表测量出其中哪两个端子的电阻小，哪两个端子的电阻大，将电池跨接在电阻小的那边，将手的食指和中指跨在电阻高的那两端，瞬间接通、断开。估计能听到一声惊叫。你的手肯定象触电一样瞬间甩开的。知道为什么吗？这就是所谓互感现象，自感现象是电感的基础，互感现象则是变压器的基本原理。它的道理类似于自感现象。实际上我认为，在电池通断的瞬间，电阻小的这边，发生着自感现象，同时对于电阻高的那边也同样感生着高压，所以由此得出结论：变压器的自感和互感同时存在。
还拿刚才的变压器实验。以下的实验难度稍微大点，没有动手能力的同学，可以在高手的帮助下完成。
当把一个220/6V的变压器的220V端接入市电插口时，在次级便有了6V左右的电压，可以点灯泡也可以供收录机使用。那么如果我们反过来呢？我们找个调压器，将6V接在调压器的输出端，220V端接一个交流电压表。缓慢调整输出电压，我们可以看到当输出电压在1V时，电压表的显示大概是36-37V，当调到2V时，电压表的显示大概是73V，以此类推，当我们调到6V时，电压表的显示也基本上在220V，这说明变压器的变比是线性的，而且是成比例的。我们只要改变变比，就可以制造出需要的变压器，前提是要得出每V匝数，才可以设计出我们需要输出的电压。实际维修中，我们经常要改绕变压器。因为有些电压很特殊，或者我们没有合适的变压器，购买又困难或者昂贵，怎么办？只有自己改绕。这就需要动手能力了。将铁心逐个拆出，剩下一个或两个骨架（两个的是最理想的，想改初级就改初级想改次级就改次级，坏哪个绕哪个。而一个的只能先拆次级，而往往的烧都烧初级）。我们先将次级的粗线倒出，要做好记数工作，要事先知道该组的输出电压。得到这两个参数后，只要进行简单计算，就可以求出V/T数了。我们用我们数的匝数，除以额定输出电压就得到了V/T数。因为这个参数对这个变压器通用，无论初级次级，计算方法都是一样的。例如次级共倒出了120T，而输出电压为6V，那么，120/6=20T也就是1V是20T（圈、匝：用匝估计是跟曹操学的，他不是有个歌行吗“月明星稀，乌雀南非，绕树三匝，无枝可依”嘛，说明曹操就有绕变压器的冲动，才饶了3圈，就因为缺少漆包线而停工了，只可惜漆包线还没买到，这个伟大的计划，就让诸葛和周郎这俩败家子给破坏了，所以这个遗憾直到他的多少代以后的孙子曹公雪芹都为之遗憾，见诸笔端：滴不尽“想丝”血泪抛红豆……咽不下玉粒金莼噎满喉，照不见菱花镜里形容瘦；说明曹雪芹也为他祖先没发明变压器，和自己没能力研究明白变压器的原理，而懊悔得吃不下睡不好，所以瘦了。只好从发明家改行做了文学家。）笑谈，感觉气氛不够热烈。逗大家乐一下。千万别当典故听，谁要是信了谁就真的缺心眼了。
书归正文，比如我们把这个220/6V的变压器改成一个输出为15V的变压器，可以这样计算，15*20=300T，只要绕300T基本上就可以输出15V了，但是变压器的效率不是很高，容量（VA或者叫W）数越小，它的效率越低。效率低的有些甚至才60-70%，而功率或者说容量大的，效率很高，甚至可以达到97-99%，效率主要取决于线损（铜损）和铁损，变压器就是由铁心和铜线组成的，变压器容量越大，铜线越粗，匝数越少，加上铁心材料大了磁通量高，效率自然高些。反之，小容量的变压器综合几样不利因素，效率肯定低。因为有损耗，所以往往在绕变压器时要进行补偿，要增加例如3%左右的线圈数，保证输出电压合适。那么如果我们想改初级呢？例如我们需要一个380V/6V的变压器（比如点6V指示灯的变压器）我们怎么计算呢，还用这个变压器，不动次级直接改初级，我们由刚才的VT数乘以220，得到4400T，这就是原来的初级匝数，我们再用380-220得到160V，这就是我们需要补的电压数，再用160*20=3200T这就是需要增加的匝数，不过，想绕这么多圈，得看骨架能否绕开，实在不行就只有选择更细的线从头开始重新饶制，所以说绕初级不是那么容易的4400+3200=7600T我的天，我看到都头疼，我最多绕过4400圈的2-3W变压器的初级，光在纸上记录百圈的记号就写了44个以上。手工绕，不容易啊。
还记得刚才的实验吗，从6V变成220V，这其实就是逆变的原理，变压器可以把高压变成低压（姑且称为顺变）也可以把低压变成高压（称为逆变，例如电厂的电远程输送就要把电压提高来减少远程传输的损耗）但是，如果使用刚才那个几W的变压器，这个电压虽然有220V，但它却不可能点亮一个哪怕15W的灯泡，为什么？因为涉及到功率这个参数，我们学过《电工学》或初中物理的都知道功率P=电压U×电流I。当功率一定时，电压高则电流小，电流大则电压低，变压器是严格遵循这条定律的。也就是说，这个变压器没有足够点亮15W灯泡的功率，就好比一名最大能举动110KG级杠铃的举重运动员，不大可能举起180KG的杠铃一样。不过，假设换成一个15-20W的变压器，再重复这个实验就会惊喜的发现，灯泡可以亮了。
前一阵，那位很菜的朋友问过我，为什么用计数器里扣的电池点不着灯泡这样的常识性问题一样。其实道理殊途同归。电压够了不行，作功真正需要的是功率，功是什么，功=功率×时间。（我的初中物理还凑合吧，17年了还没忘干净呢）这种无聊的问题估计在现代社会中的80后或90后的“宝贝”里，还是会普遍存在的。他们可以说被所谓的应试教育，剥夺了最基本的联想和判断能力。他们的思维是二维的，甚至是一维的。非常的僵化。一条道跑到黑，真不知道他们成天在想什么。
接下来，再做个实验，还是利用刚才的变压器，我们把次级全部拆除，改用一条粗铜线（带）或者扁铜线，在次级绕1-3圈（注意绝缘），引出两个头，头刮干净并搪锡。然后焊接上一根远小于它直径或者厚度的铜线，重新装配好，接220V试一下，很快（也就1-2秒）那段细铜线就冒烟了，甚至很快就把焊锡化了，直到焊接处脱开才完结。这就是典型的低压大电流实验。我们可以计算一下，如果按3圈算，这个变压器输出的电压应该为3/20=0.15V，根据P=UI反推出I=P/U，5W/0.15V=33A，是不是感觉恐怖？这就是为什么会出现这种情况的原因了，30多A的电流通过细铜线自然会使它冒烟发热了。8X年曾经风行一时的快速烙铁就是用这个原理设计制作的。
到了这个阶段，是不是感觉电感和变压器也是很有意思呢？我们还可以继续做实验，只要你喜欢，如果不喜欢，你可以下课了。下面的讲座更刺激，也更危险。建议在有监护人的陪同下实验以免发生危险：
变压器还是用刚才那个变压器，如果已经改了速热烙铁，建议换一个，免得来回拆装麻烦，耽误我们的讲座继续下去。为了效果明显，建议换个220/15或20V的变压器。如果准备好了就开始了：我们把变压器的初级的其中一根线与次级其中一根线拧在一起，将初级接220V，测量次级电压，是多少？15V对吧？但是从现在开始，无论是测量还是怎么样都好，不许再拿手的任何部分接触变压器的任何线头了，因为上边带的是220V的电压，严禁触摸、一摸就死，违者罚款！电死也要罚！现在，如果我们将两表笔分别接触变压器初级和次级的两个没接在一起的线头会怎么样呢？答案有两个，或者是235V或者是205V。也许有人问了，怎么会有两个答案呢？回答是：变压器有两个绕组，饶制的时候饶向可能不同，而实际接的时候接法各异。所以这所谓的“同名端”就不同了，就拿电池做比较吧？比如3节1号电池，如果顺串可以得到4.5V对吧？但是如果两节顺串而一节与他们头顶头的接呢，我们测量另外两端，这个时候只有1.5V了，这就是同名端的最直白的解释，大家能明白吗？刚才我们这样接其实就是把一个变压器接成“自耦变压器”了，所谓“自耦变压器”就是既有电的联系，又有磁的联系，这种变压器其实比较危险的，因为电不是隔离的，我们只要摸到任何一个电极都可能电到。但它的好处是，同样体积的变压器功率是隔离变压器的5倍以上，前边说的调压器其实就是个带滑动接点的“自耦变压器”。原本也就200-300W的环型变压器，可以当作1000-2000W变压器来用。很神奇吧？区别同名端的方法也很简单就是一个电池和一个电流表，分别接在初级和次级上，当电池碰触的时候表针正偏的话，电池正和表的正极所接的就是同名端。
变压器还有一个作用就是变换阻抗，电子管收音机，现在已经没人玩了，因为太古老了，但是它所用的变压器就是做阻抗变换用的，现在也有很多农村用的扩音机输出阻抗有8Ω/16Ω250Ω等等。如果没有合适的喇叭，可以用合适的输出（线间）变压器来匹配一下阻抗，得到好的音质同时也保护了功放管。这在本文就不探讨了，太深奥了。我自己还迷茫呢。 | 
