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网络变压器的工作原理
发布时间：
2025-07-11 14:27
来源：
网络变压器（又称以太网变压器、RJ45 变压器）是以太网接口中的核心组件，主要用于保障差分信号的稳定传输和设备安全，其工作原理基于电磁感应，并集成了多项针对高频信号传输的优化设计。
核心结构
网络变压器由铁氧体磁芯（高频信号传输的磁路载体）和差分绕组（初级、次级线圈）组成。绕组采用对称绕制（匝数相同、绕向相反），以适配以太网的差分信号（如 10BASE-T、100BASE-TX 等协议中，信号通过两根线以相反相位传输）。
工作原理与核心功能
网络变压器的核心是通过电磁感应实现信号传递，同时附加多项关键功能，具体如下：
1. 差分信号耦合
以太网采用差分信号（两根线传输幅度相等、相位相反的信号），其有效信息为两根线的信号差值（差模信号）。
- 当初级绕组通入差分电流时，两根线的电流产生方向相反的磁场，在磁芯中叠加形成交变磁通量；
- 次级绕组切割磁通量，感应出与初级同频的差分信号，实现信号从 PHY 芯片到网线（或反之）的传递。
- 同时，变压器可隔离直流成分（仅传输交流信号），避免直流电平干扰差分信号的提取。
2. 电气隔离
初级与次级绕组通过磁芯耦合，但电气上完全绝缘（绕组间有绝缘层），可实现：
- 地电位隔离：当设备两端接地电位不同时（如不同电源系统），会产生共模电流（干扰），隔离后可阻断该电流，避免干扰信号传输；
- 高压防护：隔离雷击、静电等高压脉冲（通过绝缘层承受高压），防止损坏 PHY 芯片等敏感电路。
3. 共模干扰抑制
网线传输中易引入共模干扰（两根线同时出现的同向干扰信号，如电磁辐射、地噪声等），网络变压器通过绕组设计抑制共模信号：
- 共模信号流过初级绕组时，两根线的电流方向相同，产生的磁场在磁芯中相互抵消，磁通量几乎为零，因此次级绕组几乎无共模信号感应；
- 而差模信号的磁场可有效叠加，保证正常传输。
这一特性类似 “共模扼流圈”，是抑制干扰的关键。
4. 阻抗匹配
以太网传输线（如双绞线）的特征阻抗固定（通常为 100Ω），网络变压器通过设计绕组的匝数比、线径及磁芯参数，使自身阻抗与传输线、PHY 芯片的输出 / 输入阻抗匹配（如 100Ω），从而减少信号反射，保证高频信号的完整性（尤其对 1000BASE-T 等高速协议至关重要）。
5. 电平适配（辅助功能）
部分场景下，不同设备的差分信号电平可能存在差异，变压器通过电磁感应的 “隔离传递” 特性，可间接实现电平适配，避免直接电气连接导致的冲突。
总结
网络变压器基于电磁感应原理，核心作用是耦合差分信号，同时通过绕组设计和磁芯特性，实现电气隔离、共模抑制、阻抗匹配等关键功能，是保障以太网信号稳定传输、保护设备安全的核心组件。其设计需适配不同速率协议（10M/100M/1000M）的高频特性，确保信号损耗、延迟等指标符合标准。
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