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Nozioni di base sui trasformatori

Nozioni di base sui trasformatori

I trasformatori sono ampiamente utilizzati in tutti i rami dell'elettronica. Uno dei loro usi più noti è nelle applicazioni di potenza in cui vengono utilizzati per trasformare la tensione di esercizio da un valore all'altro. Servono anche per isolare il circuito in uscita da un collegamento diretto al circuito primario. In questo modo trasferiscono potenza da un circuito all'altro senza collegamento diretto.

Trasformatori molto grandi vengono utilizzati sulla rete nazionale per modificare le tensioni di linea tra i diversi valori richiesti. Tuttavia per i radioamatori o gli appassionati di casa i trasformatori sono comunemente visti negli alimentatori. I trasformatori sono anche ampiamente utilizzati in altri circuiti, dall'audio fino alle frequenze radio, dove le loro proprietà sono ampiamente utilizzate per accoppiare diversi stadi all'interno dell'apparecchiatura.

Cos'è un trasformatore?

Un trasformatore di base è costituito da due avvolgimenti. Questi sono noti come il primario e il secondario. In sostanza, il potere entra nel primario e esce dal secondario. Alcuni trasformatori hanno più avvolgimenti ma la base di funzionamento è sempre la stessa.

Ci sono due effetti principali che vengono utilizzati in un trasformatore ed entrambi si riferiscono a campi di corrente e magnetici. Nella prima si scopre che una corrente che scorre in un filo crea un campo magnetico attorno ad esso. L'ampiezza di questo campo è proporzionale alla corrente che scorre nel filo. Si è anche scoperto che se il filo è avvolto in una bobina, il campo magnetico aumenta. Se questo campo magnetico generato elettricamente viene posto in un campo esistente, verrà esercitata una forza sul filo che trasporta la corrente nello stesso modo in cui due magneti fissi posti l'uno vicino all'altro si attraggono o si respingono l'un l'altro. È questo fenomeno che viene utilizzato nei motori elettrici, nei contatori e in una serie di altre unità elettriche.

Il secondo effetto è che si trova che se un campo magnetico attorno a un conduttore cambia, una corrente elettrica sarà indotta nel conduttore. Un esempio di ciò può verificarsi se un magnete viene spostato vicino a un filo o una bobina. In queste circostanze verrà indotta una corrente elettrica, ma solo quando il magnete è in movimento.

La combinazione dei due effetti si verifica quando due fili o due bobine vengono posizionati insieme. Quando una corrente cambia la sua grandezza nella prima, ciò si tradurrà in un cambiamento nel flusso magnetico e questo a sua volta si tradurrà in una corrente indotta nel secondo. Questo è il concetto di base dietro un trasformatore e si può vedere che funzionerà solo quando una corrente mutevole o alternata passa attraverso l'ingresso o il circuito primario.

Il trasformatore trasforma il rapporto

Affinché una corrente possa fluire, deve essere presente una EMF (forza elettromotrice). Questa differenza di potenziale o tensione all'uscita dipende dal rapporto di spire nel trasformatore. Si è riscontrato che se sono presenti più spire nel primario rispetto al secondario, la tensione in ingresso sarà maggiore dell'uscita e viceversa. Infatti la tensione può essere facilmente calcolata dalla conoscenza del rapporto spire:

Es = ns
Ep np

Dove
Ep è l'EMF primario
Es è l'EMF secondario
np è il numero di spire sul primario
ns è il numero di spire sul secondario

Se il rapporto di spire ns / np è maggiore di uno, il trasformatore emetterà una tensione maggiore in uscita rispetto all'ingresso e si dice che sia un trasformatore elevatore. Allo stesso modo uno con un rapporto di rotazione inferiore a uno è un trasformatore step-down.

Rapporti di tensione e corrente attraverso il trasformatore

Ci sono una serie di altri fattori che possono essere facilmente calcolati. Il primo è il rapporto tra le correnti e le tensioni di ingresso e di uscita. Poiché la potenza in ingresso è uguale alla potenza in uscita è possibile calcolare una tensione o una corrente se gli altri tre valori utilizzano la semplice formula mostrata di seguito. Questo fatto non tiene conto di eventuali perdite nel trasformatore che fortunatamente possono essere ignorate per la maggior parte dei calcoli.

Vp x Ip = Vs x Is

Ad esempio, prendi il caso di un trasformatore di rete che fornisce 25 volt a un ampere. Con una tensione di ingresso di 250 volt ciò significa che la corrente di ingresso è solo un decimo di ampere.

Per alcuni trasformatori il numero di spire sul primario sarà lo stesso di quello sul secondario e la corrente e la tensione in ingresso saranno le stesse di quelle in uscita. Tuttavia, se il rapporto di rotazione non è 1: 1, il rapporto di tensione e corrente sarà diverso in ingresso e in uscita. Dalla semplice relazione mostrata sopra si vedrà che il rapporto tra tensione e corrente cambia tra l'ingresso e l'uscita. Ad esempio un trasformatore con un rapporto spire di 2: 1 può avere un ingresso di 20 volt con una corrente di 1 amp, mentre in uscita la tensione sarà di 10 volt a 2 amp. Poiché il rapporto tra tensione e corrente determina l'impedenza, si può vedere che il trasformatore può essere utilizzato per modificare l'impedenza tra l'ingresso e l'uscita. Infatti l'impedenza varia come il quadrato del rapporto spire visto da:

Zp = np2
Zs ns2

In uso

I trasformatori sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni in radio ed elettronica. Una delle loro principali applicazioni è negli alimentatori di rete. Qui il trasformatore viene utilizzato per modificare la tensione di rete in ingresso (circa 240 V in molti paesi e 110 V in molti altri) con la tensione richiesta per alimentare l'apparecchiatura. Con la maggior parte delle apparecchiature odierne che utilizzano la tecnologia dei semiconduttori, le tensioni richieste sono molto inferiori rispetto alla rete in ingresso. Inoltre il trasformatore isola l'alimentazione sul secondario dalla rete, rendendo così molto più sicura l'alimentazione secondaria. Se l'alimentazione venisse presa direttamente dalla rete elettrica, il rischio di scosse elettriche sarebbe molto maggiore.

Un trasformatore di potenza come quello utilizzato in un alimentatore è generalmente avvolto su un nucleo di ferro. Questo viene utilizzato per concentrare il campo magnetico e garantire che l'accoppiamento tra primario e secondario sia molto stretto. In questo modo l'efficienza viene mantenuta la più alta possibile. Tuttavia è molto importante assicurarsi che questo nucleo non agisca come un avvolgimento a un giro. Per evitare che ciò accada, le sezioni del nucleo sono isolate l'una dall'altra. Infatti il ​​nucleo è costituito da più piastre, ciascuna interfogliata ma isolata l'una dall'altra come mostrato.

I due avvolgimenti di un trasformatore di potenza sono ben isolati l'uno dall'altro. Ciò impedisce qualsiasi probabilità che l'avvolgimento secondario diventi attivo.

Sebbene uno degli usi principali dei trasformatori che l'hobbista incontrerà è quello di trasformare la tensione di alimentazione o di rete a un nuovo livello, hanno anche una varietà di altre applicazioni per le quali possono essere utilizzati. Quando venivano utilizzate le valvole, venivano ampiamente utilizzate nelle applicazioni audio per consentire agli altoparlanti a bassa impedenza di essere pilotati da circuiti a valvole che avevano un'impedenza di uscita relativamente alta. Sono utilizzati anche per applicazioni in radiofrequenza. Il fatto che possano isolare i componenti in corrente continua del segnale, agire come trasformatori di impedenza e come circuiti sintonizzati tutto in uno significa che sono un elemento vitale in molti circuiti. In molti ricevitori portatili questi trasformatori IF forniscono la selettività per il ricevitore. Nell'esempio mostrato si può vedere che il primario del trasformatore è sintonizzato utilizzando un condensatore per portarlo in risonanza. La regolazione della frequenza di risonanza viene normalmente effettuata utilizzando un nucleo che può essere avvitato e svitato per variare la quantità di induttanza della bobina. Il trasformatore abbina anche l'impedenza più alta dello stadio collettore dello stadio precedente all'impedenza più bassa dello stadio successivo. Serve anche per isolare le diverse tensioni stazionarie sul collettore dello stadio precedente dalla base dello stadio successivo. Se i due circuiti non fossero isolati l'uno dall'altro, le condizioni di polarizzazione CC per entrambi i transistor sarebbero disturbate e nessuno dei due stadi funzionerebbe correttamente. Utilizzando un trasformatore, gli stadi possono essere collegati per segnali AC pur mantenendo le condizioni di polarizzazione DC.

Sommario

Il trasformatore è un componente inestimabile nella scena elettronica odierna. Nonostante il fatto che i circuiti integrati e altri dispositivi a semiconduttore sembrano essere utilizzati in quantità sempre maggiori, non vi è alcun sostituto per il trasformatore. Il fatto che sia in grado di isolare e trasferire potenza da un circuito all'altro modificando l'impedenza, garantisce che sia posizionato in modo univoco come strumento per i progettisti di elettronica.


Guarda il video: Il Trasformatore (Gennaio 2022).