Введение в электронику

Ток течет только по первичной обмотке, так как трансформатор подсоединен к источнику тока. Величина тока в первичной обмотке зависит от числа витков в ней. Первичная обмотка действует подобно катушке индуктивности. Небольшой ток, который течет по ней, называется током намагничивания (или током холостого хода). Ток намагничивания компенсирует активное сопротивление первичной обмотки переменному току и поддерживает магнитное поле сердечника. Так как первичная обмотка имеет индуктивное реактивное сопротивление, ток намагничивания отстает по фазе от приложенного напряжения. Эти условия меняются при подключении нагрузки ко вторичной обмотке.

Когда ко вторичной обмотке подсоединяется нагрузка (рис. 18-4), в ней индуцируется ток. Обычно на трансформаторах вторичная обмотка намотана поверх первичной.

Рис. 18-4. Трансформатор с нагрузкой во вторичной обмотке.

Магнитное поле, созданное первичной обмоткой, пересекает витки вторичной обмотки. Ток во вторичной обмотке создает свое магнитное поле. Магнитное поле вторичной обмотки пересекает витки первичной обмотки, индуцируя в ней напряжение, направленное противоположно приложенному. Это магнитное поле помогает увеличению тока в первичной обмотке с помощью эффекта, называемого взаимоиндукцией. Первичная обмотка индуцирует напряжение во вторичной обмотке, а вторичная обмотка индуцирует направленное противоположно напряжение в первичной.

18-2. Вопросы

Коэффициент трансформации определяет, является ли трансформатор повышающим, понижающим или пропускает напряжение неизменным. Коэффициент трансформации — это отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки:

Коэффициент трансформации = N_S/N_P

где N_S — число витков во вторичной обмотке, a N_p — в первичной.

Трансформатор, у которого напряжение во вторичной обмотке больше, чем в первичной, называется повышающим трансформатором. Степень повышения напряжения зависит от коэффициента трансформации. Отношение напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки равно отношению чисел витков этих обмоток:

E_S/E_{P =} N_S/N_P

Следовательно, коэффициент трансформации повышающего трансформатора всегда больше единицы.

_{ПРИМЕР: Трансформатор имеет 400 витков первичной обмотки и 1200 витков вторичной. Если к первичной обмотке приложить переменное напряжение 120 вольт, то какое напряжение индуцируется во вторичной?}

_Дано:

_{Ер = 120 Вольт; Ns = 1200 витков; Np = 400 витков.}

_{Еs =?} 

_{Решение:}

_{Es/EP = Ns/Np}

_{Es/120 = 1200/400}

_{Es = 360 В}

Трансформатор, у которого напряжение во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, называется понижающим трансформатором. Степень понижения напряжения определяется коэффициентом трансформации. Коэффициент трансформации понижающего трансформатора всегда меньше единицы.

_{ПРИМЕР: Трансформатор имеет 500 витков первичной обмотки и 100 витков вторичной. Если к первичной обмотке приложить переменное напряжение 120 вольт, то какое напряжение индуцируется во вторичной?}

_Дано:

_{Ер = 120 Вольт; Ns = 100 витков; Np = 500 витков.}

_{Еs =?} 

_{Решение:}

_{Es/EP = Ns/Np}

_{Es/120 = 100/500}

_{Es = 24 В}

Если предположить, что трансформатор не имеет потерь, то мощность во вторичной обмотке должна равняться мощности в первичной. Хотя трансформатор может повышать напряжение, он не может увеличивать мощность. Мощность, снимаемая со вторичной обмотки никогда не может быть больше мощности, потребляемой первичной обмоткой. Следовательно, когда трансформатор повышает напряжение, он понижает ток, и выходная мощность остается равной входной. Это может быть выражено следующим образом:

P_P = P_S

(I_P)(E_P) = (I_S)(E_S).

Следовательно, ток обратно пропорционален коэффициенту трансформации:

I_P/I_{S =} N_S/N_P

_{ПРИМЕР: Трансформатор имеет коэффициент трансформации 10:1. Если по первичной обмотке течет ток 100 миллиампер, то какой ток течет по вторичной обмотке?}

_{(Замечание: первая цифра в коэффициенте трансформации относится к первичной обмотке, а вторая цифра — ко вторичной).}

_Дано:

_{Np= 10; Ns = 1; Ip = 100 мA = 0,1 A.}

_{Is =?}

_{Решение:} 

_{Ip/Is = Ns/Np}

_{0,1/Is = 1/10}

_{Is = 1 A}

Важным применением трансформаторов является согласование импедансов. Максимальная мощность передается только тогда, когда импеданс нагрузки равен импедансу источника сигнала. Когда импедансы не согласованы, мощность передается не полностью.

Например, если транзисторный усилитель может эффективно возбуждать 100-омный усилитель, то он не сможет эффективно раскачать 4-омный громкоговоритель. Использование трансформатора между транзисторным усилителем и громкоговорителем поможет согласовать импедансы. Это достигается выбором соответствующего коэффициента трансформации.

Отношение импедансов равно квадрату коэффициента трансформации:

Zp/Zs = (Np/Ns)²

_{ПРИМЕР: Какой должен быть коэффициент трансформации трансформатора для согласования 4-омного громкоговорителя с 100-омным источником сигнала?}

_Дано:

_{Zp = 100; Zs = 4.}

_{Np =?; Ns =?} 

_{Решение:}

_{Zp/Zs = (Np/Ns)²}

_{100/4 = (Np/Ns)²}

_{√(25) = Np/Ns}

_{5/1 = Np/Ns}

_{Коэффициент трансформации равен 5:1.}

18-3. Вопросы