Isolement AC et blocage CC: comportement du transformateur expliqué

Les transformateurs servent d'outils fondamentaux dans les systèmes électriques modernes, permettant une conversion de tension sûre, une intégrité du signal et une correspondance d'impédance.Au-delà de leur rôle dans l'augmentation de la tension vers le haut ou vers le bas, ils fournissent une isolement essentiel entre les circuits à haute tension et accessibles à l'utilisateur, améliorant considérablement la sécurité pendant le fonctionnement et la maintenance.Cet article explore la fonctionnalité du transformateur à travers des exemples pratiques, en examinant comment l'isolement, le couplage AC et la transformation d'impédance ont un impact sur le comportement du circuit réel, des alimentations aux stades RF et aux systèmes analogiques sensibles.

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Le rôle des transformateurs dans les circuits électriques

Les transformateurs émergent comme des composants essentiels dans les circuits électriques, principalement comme des transformateurs de puissance.Ces dispositifs sont aptes à modifier l'alimentation électrique 220 V à partir du réseau, en la convertissant en tensions inférieures adaptées à diverses demandes de circuits.Une telle transformation aide à protéger l'électronique sensible et facilite la distribution de l'énergie à divers appareils et systèmes.

Nom	Diagramme	Explication
Entrée audio et entrée hors du transformateur circuit		Ceci est une puissance audio couplée par le transformateur amplificateur.TL dans le circuit est le transformateur de couplage d'entrée audio et T2 est le transformateur de couplage de sortie audio
Transformateur de fréquence intermédiaire circuit		T1 dans le circuit est une fragilité intermédiaire Transformateur, qui est utilisé dans la fréquence intermédiaire radio ou télévisée Amplificateur, T1not ne joue qu'un rôle de couplage, mais joue également un rôle de réglage, et la bobine primaire de TL et du condensateur C2 forment un circuit résonnant parallèle LC
Un oscillateur à onde sinusoïdale couplée transformateur circuit		Ceci est une onde sinusoïdale couplée par un transformateur oscillateur.Ti dans le circuit est un transformateur d'oscillation, qui joue le Double rôle du couplage du signal d'oscillation et du circuit de rétroaction positive
Circuit de transformateur de sortie de ligne		C'est le transformateur de sortie en ligne circuit à la télévision.Ti dans le circuit est le transformateur de sortie de ligne, qui est un composant important dans le téléviseur.En raison de l'opération à haut fréquence et haute tension, le taux de défaut du transferteur de sortie de ligne est relativement élevé

Comprendre l'isolement du transformateur à travers une perspicacité pratique

L'isolement du transformateur fait référence à la séparation entre les enroulements primaires et secondaires, empêchant la connexion électrique directe tout en permettant un transfert d'énergie.Cette isolation protège les utilisateurs et l'équipement contre une exposition à la tension dangereuse, en particulier dans les systèmes alimentés par des plats alternatifs à haute tension.

Dans le circuit d'échantillon, le transformateur T1 sert de transformateur de puissance.Il reçoit 220 V CA de l'alimentation des services publics, connecté à l'enroulement primaire aux bornes 1 et 2. Dans la distribution de puissance AC standard, la différence de tension entre les lignes vivantes et neutres est de 220 V.La ligne neutre est généralement mise à la terre, ce qui rend le fil vivant efficacement 220 V au-dessus du potentiel de sol.Debout sur le sol et toucher le fil vivant établit un chemin complet pour le courant à travers le corps - une situation extrêmement dangereuse.

Supposons que T1 soit un transformateur d'isolement 1: 1.Cette configuration sortit le même AC 220V à travers l'enroulement secondaire (bornes 3 et 4) que celle-ci sur le primaire.Cependant, la tension à chaque terminal secondaire n'est pas référencée à la Terre.Au lieu de cela, il n'est référencé qu'au terminal opposé.Ce détail est essentiel pour comprendre le comportement d'isolement.

Lors de la mesure de la tension entre un terminal secondaire (disons le terminal 3) et du sol, la lecture montre 0v - il n'y a pas de référence au sol directe.Tant qu'une personne ne touche qu'un seul terminal secondaire lorsqu'il est mis à la terre, il n'y a pas de boucle fermée pour que le courant s'écoule, et donc aucun choc n'est ressenti.Mais si les deux terminaux secondaires sont touchés immédiatement, la personne complète le circuit, permettant au courant de circuler dans le corps - cela peut entraîner un choc électrique.

Ce principe est largement utilisé dans la conception de la sécurité électrique.Dans les appareils qui fonctionnent sur des plats principaux 220 V, les transformateurs sont souvent ajoutés pour fournir une conversion d'isolement et de tension.Dans le circuit illustré, le transformateur T1 remplit les deux fonctions - faisant tomber la tension et isolant l'utilisateur du côté primaire dangereux.

Dans la maintenance ou le diagnostic du monde réel, les ingénieurs interagissent souvent avec des circuits énergisés.Avec un transformateur d'isolement en place, toucher les parties ancrées du circuit ou une seule borne secondaire ne provoque pas le courant de courant à travers le corps.Cette configuration réduit considérablement le risque de chocs accidentels.

Cependant, une prudence est toujours requise.Si une personne touche les deux terminaux secondaires d'un transformateur 1: 1, le corps subit la différence de potentiel de 220 V, même si le transformateur est isolé.Ce scénario peut être tout aussi dangereux que de toucher un fil vivant du côté primaire.

Heureusement, dans la plupart des applications électroniques, la tension secondaire du transformateur est passé à des niveaux beaucoup plus sûrs, souvent 12 V, 9V ou même plus bas.À ces niveaux, même un contact accidentel ne présente pas de danger grave, ce qui rend beaucoup plus sûr pour effectuer des circuits de dépannage ou de sonde pratiques pendant le fonctionnement.

Comprendre l'isolement de transformateur AC et le comportement de blocage CC

Les transformateurs sont non seulement utilisés pour la conversion de tension, mais jouent également un rôle crucial dans l'isolement des signaux AC et le blocage des composants CC, un peu comme les condensateurs.Cette propriété est fondamentale dans les circuits de transmission du signal et de conditionnement de puissance.

Lors de l'examen du comportement du transformateur, il est essentiel de comprendre que seul le courant alternatif (AC) peut passer de l'enroulement primaire à l'enroulement secondaire.Le courant direct (DC) est intrinsèquement bloqué en raison de l'absence d'un champ magnétique changeant.Cela signifie que si une tension CC est appliquée à l'enroulement primaire, aucune sortie n'apparaît du côté secondaire.

Nom	Explication
Caractéristiques de blocage CC	Lors de l'ajout de tension CC, la bobine primaire du transformateur, un courant CC traverse la bobine primaire et le Champ magnétique généré par le collèle primaire ne change pas de taille et Direction, donc la bobine secondaire ne peut pas générer une force électromotive induite, et il n'y a pas de tension de sortie aux deux extrémités de la bobine secondaire.Ça peut être vu que le transformateur ne peut pas coupler le courant direct dans la bobine primaire à la bobine secondaire, donc le transformateur a les caractéristiques de DC isolement
Passer les caractéristiques AC	Lorsque le courant alternatif traverse le primaire bobine du transformateur, il y a une sortie de tension alternative aux deux extrémités du bobine secondaire, afin que le transformateur puisse laisser passer la puissance AC et a le Effet du passage AC, en utilisant les caractéristiques de blocage AC et CC du transformateur.Un circuit de couplage peut être formé, c'est-à-dire un transformateur circuit de couplage

En usage réel, cette propriété devient très visible lors des tests avec des générateurs de fonction ou des signaux audio:

L'application d'une onde sinusoïdale à 50 Hz ou 60 Hz sur la bobine primaire entraîne une onde sinusoïdale de fréquence identique à la sortie.

Aucun décalage de fréquence ne se produit.Le transformateur maintient la fréquence d'origine de la forme d'onde, qui est essentielle pour les circuits audio et de communication où l'intégrité de la phase et la synchronisation du signal sont vitales.

La raison de cette préservation de fréquence réside dans le mécanisme de couplage:

Le champ magnétique généré par l'enroulement primaire imite la forme du signal AC appliqué.

Ce champ magnétique est lié à la bobine secondaire, où il induit une tension avec le même profil de fréquence et de forme d'onde que le signal d'origine.

Cependant, bien que la fréquence reste inchangée, l'amplitude de la tension de sortie peut être mise à l'échelle vers le haut ou vers le bas en fonction du rapport de virage du transformateur:

Un transformateur en arrière augmente la tension du côté secondaire.

Un transformateur basculé réduit la tension de sortie.

Ce comportement permet aux concepteurs de faire correspondre les niveaux de signal aux exigences du système sans déformer la forme d'onde.

Dans les tests de banc pratiques, on peut l'observer clairement en:

Connexion d'un oscilloscope aux côtés primaires et secondaires.

Surveillance comment une forme d'onde sinusoïdale est transmise à travers le transformateur sans décalage CC mais avec une amplitude altérée, particulièrement utile lorsque le bruit CC doit être éliminé des systèmes analogiques sensibles.

Dynamique de la tension et du courant dans les bobines de transformateur

Comprendre les mécanismes du transformateur

Les transformateurs jouent un rôle nuancé dans la gestion de l'énergie, leur fonctionnement ancré dans l'induction électromagnétique.La relation complexe entre la tension d'entrée et de sortie et le courant dans les transformateurs est essentielle pour atteindre des performances optimales du système électrique.Grâce à la manipulation des virages dans les bobines primaires et secondaires, les transformateurs peuvent être ajustés sur mesure pour divers besoins électriques.

Les transformateurs en bas de bas se concentrent sur la conversion de tension d'entrée plus élevée en tension de sortie plus faible, tout en amplifiant proportionnellement le courant.Cela nécessite l'intégration d'un câblage épais dans la bobine secondaire pour gérer efficacement les flux de courant substantiels, atténuant efficacement la perte d'énergie.Ce choix en configuration aide à réduire la résistance électrique, améliorant la prestation d'énergie du système, en particulier en milieu résidentiel, qui exige des tensions plus faibles pour un fonctionnement en toute sécurité.

Attributs des transformateurs Step-Up

À l'inverse, les transformateurs en hauteur sont aptes à augmenter la tension tout en diminuant le courant, soutenant la transmission de puissance longue distance avec des pertes réduites.Des fils plus minces sont utilisés dans des bobines secondaires en raison de la diminution du courant, facilitant une conception plus rationalisée et économiquement possible.Cet aspect est particulièrement significatif pour les applications de transmission du réseau électrique où l'efficacité des infrastructures est primordiale.

Comprendre la transformation de l'impédance entre les enroulements primaires et secondaires dans les transformateurs

Les transformateurs modifient non seulement les niveaux de tension mais transforment également l'impédance.Cette capacité devient particulièrement utile lors de la conception de circuits qui nécessitent une correspondance d'impédance entre différentes étapes.

Pour clarifier ce concept, considérez la relation d'impédance entre les enroulements primaires et secondaires.Lorsqu'un transformateur a un rapport de virage de N, l'impédance d'entrée observée du côté primaire (Z1) est liée à l'impédance de charge du côté secondaire (Z2) par le carré du rapport de virage (z1 = z2 × n²).

Cette relation devient essentielle lorsqu'il s'agit de circuits sensibles à l'impédance, tels que ceux des récepteurs RF ou des circuits d'oscillateur.Une référence simple de la façon dont l'impédance change avec différents ratios de virages est résumé dans le tableau ci-dessous.

Ratio de tension variable	Nom du transformateur	Interprétation des relations d'impédance
n = 1	Transformateur 1: 1	Z1 = z2, indiquant que l'entrée L'impédance de la bobine primaire est égale à l'impédance de sortie du bobine secondaire, et le transformateur n'a pas de transformation d'impédance
n ＞ 1	Transformateur interfère	Z1> z2, l'impédance d'entrée du COL primaire du transformateur est supérieur à l'impédance de sortie bobine secondaire, et plus le rapport de transformation de tension est grand n, le plus grand l'impédance d'entrée de la bobine est supérieure à l'impédance de sortie du bobine secondaire
n ＜ 1	Transformateur à pas	Z1

Ce tableau présente trois valeurs représentatives de N et comment chacune affecte la transformation d'impédance.

Correspondance d'impédance aux étapes des oscillateurs en utilisant des robinets de transformateur

Cette image illustre comment la correspondance d'impédance est réalisée à l'aide d'une bobine à relief et d'un condensateur pour interfacer un circuit résonnant avec une étape de transistor à faible impédance d'entrée.

Dans un circuit récepteur pratique, considérons le cas d'un stade d'oscillateur où le signal d'un circuit résonnant à haute impédance doit être introduit dans une entrée de transistor à faible impédance.S'il est directement connecté, l'inadéquation pourrait gravement atténuer le comportement résonnant, entraînant une réduction du gain et une bande passante.

Pour éviter cela, une méthode TAP de transformateur est utilisée.Voici comment il est mis en œuvre dans la pratique:

La bobine L2 est conçue avec un point de prise, placé à une position appropriée le long de son enroulement.

Ce robinet est connecté à l'émetteur du transistor VT1 via un condensateur (C3).

La fonction de C3 est de fournir un couplage CA, empêchant la perturbation du biais CC tout en permettant le transfert de signal.

Le TAP agit effectivement comme un diviseur d'impédance.Étant donné que VT1 est configuré dans une topologie de base commune, son impédance d'entrée est intrinsèquement faible - typiquement juste quelques ohms.D'un autre côté, le circuit de résonance L2 fonctionne souvent dans la plage de kilohm.Sans intermédiaire, cette différence chargerait excessivement le réservoir résonnant.

La section taraudée de L2 (sous le point de prise) se comporte comme un enroulement à faible impédance.Lorsqu'il est connecté à l'émetteur de VT1, il facilite un transfert d'énergie efficace sans compromettre le facteur de qualité du circuit résonnant.

Interprétation de la transformation d'impédance équivalente

L'image présente un modèle équivalent où une inductance à coffre est visualisée comme un transformateur bas pour mettre en évidence le mécanisme de transformation d'impédance.

Dans ce modèle équivalent:

La partie inférieure de L2 (sous le robinet) est traitée comme l'enroulement principal (L1).

La bobine complète agit comme le secondaire (L2), présentant une plus grande impédance.

Du point de vue du côté primaire, cette plus grande impédance se reflète comme une fois beaucoup plus petite, réduite par le carré du rapport de virage effectif entre la section taraudiée et la bobine complète.

Ce modèle conceptuel simplifie la compréhension: l'impédance élevée du réservoir résonnant est transformée en une impédance inférieure qui correspond à l'entrée de VT1.En conséquence, le transfert de puissance devient plus efficace et l'intégrité du signal est maintenue sans compromettre la sélectivité de la résonance.