Tipos e Aplicações de Transformadores
Existem muitos tipos diferentes de transformadores que são componentes eletrônicos essenciais dentro de uma variedade de projetos de circuitos eletrônicos que fornecem isolação, transformação de tensão, transformação de impedância, etc., cada um com suas próprias características e funções.
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Transformadores Inclui:
Transformadores, tipos, aplicações | Transformadores de pulso | Autotransformadores e Variacs
Veja também: Tipos de indutores | Especificações de indutores
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Os transformadores são componentes eletrônicos usados em um grande número de áreas de projeto de circuitos eletrônicos, desde baixas frequências até radiofrequências.
Os transformadores são usados em projetos de circuitos eletrônicos para uma variedade de propósitos, incluindo circuitos de entrada e saída de isolamento resistivo, bem como transformação de impedância e para fornecer seletividade de frequência.
Consequentemente, existem muitos tipos diferentes de transformadores que podem ser feitos, com uma variedade de tamanhos, fatores de forma e parâmetros de desempenho.
Ao olhar para os transformadores, é essencial entender não apenas como eles funcionam e a teoria básica de sua operação, mas também a função que eles devem fornecer dentro do circuito.
Teoria básica do transformador
Um transformador básico normalmente consiste em duas bobinas acopladas por um campo magnético induzido que as interliga. Essencialmente, um transformador é feito colocando duas bobinas de fio próximas o suficiente uma da outra – em teoria, dois fios podem ser usados, mas o campo magnético entre eles é tão pequeno que os efeitos podem ser ignorados.
Normalmente, as bobinas são montadas como um único componente eletrônico e um núcleo ferromagnético é frequentemente usado para aumentar a ligação ou indutância mútua entre os colisões.
Usando as fórmulas ou equações padrão para transformadores, é possível calcular valores incluindo a tensão de saída, taxa de transformação de impedância, taxa de espiras necessária para uma dada transformação, etc.
Nota sobre os conceitos do transformador:
Os transformadores são amplamente utilizados no projeto de circuitos eletrônicos e os conceitos básicos e fórmulas para eles permitem que o desempenho e os parâmetros sejam calculados e compreendidos.
Símbolo do circuito do transformador
existem muitos tipos diferentes de transformadores disponíveis e, como resultado, muitos desses tipos diferentes precisam ter símbolos de circuito diferentes.
Embora todos tenham os mesmos elementos básicos do símbolo do circuito do transformador, eles diferem quanto ao núcleo utilizado, eventuais derivações que possam estar presentes e também a indicação das diferentes relações de espiras.
| SÍMBOLOS DO CIRCUITO DO TRANSFORMADOR | |
|---|---|
| transformador com núcleo de ar |  |
| O transformador com núcleo de ar com relação de espiras desigual com menos espiras pode ser qualquer um dos lados do símbolo do transformador de acordo com a relação de espiras. |  |
| Os transformadores com núcleo de ar com conexões de derivação são usados para fornecer uma relação de voltas diferente para uma saída ou entrada específica e geralmente fornecem impedância ou transformação de tensão |  |
| Transformador com núcleo de ferrite |  |
| Transformador com núcleo de ferro ou laminado |  |
Embora esses sejam os principais tipos de símbolo de circuito de transformador que serão vistos, outros tipos podem ser usados em diagramas de circuitos para projetos de circuitos eletrônicos para fornecer funções diferentes. Um exemplo comum é onde múltiplos enrolamentos podem ser usados, ou onde telas eletrostáticas são colocadas entre os enrolamentos, etc.
Usos do transformador
Os transformadores são usados de várias maneiras em uma variedade de diferentes projetos de circuitos eletrônicos. Embora a teoria básica seja a mesma, esses componentes eletrônicos podem ser usados para fornecer várias funções diferentes em um circuito.
Uma das aplicações mais comuns para esses componentes eletrônicos são amplamente utilizados em circuitos de potência, mas também são usados em projetos de RF e também em uma variedade de aplicações de isolamento.
Os parâmetros reais dos transformadores usados nessas diferentes aplicações variam consideravelmente e, como resultado, sua construção, seus tamanhos e suas propriedades são muito diferentes.
Como resultado, é útil ver onde os transformadores podem ser usados em projetos de circuitos eletrônicos e os diferentes parâmetros necessários em cada um deles.
• Isolamento da linha de alimentação / rede elétrica:
Uma das principais funções dos transformadores em muitos circuitos é fornecer isolação resistiva ou galvânica entre os circuitos de entrada e saída.Uma das áreas mais comuns onde o isolamento de transformadores é bem utilizado é dentro de unidades de fonte de alimentação onde o transformador de entrada é usado para permitir que as fontes de alimentação do equipamento sejam isoladas da linha de alimentação ou entrada da rede elétrica.
Por ter um isolamento resistivo da linha de alimentação de entrada, a tensão de saída e a potência da fonte de alimentação são muito mais seguras. Se a fonte de alimentação não tiver o isolamento instalado, pode haver o perigo de a saída da fonte de alimentação ficar energizada, o que, por sua vez, pode fazer com que qualquer unidade que esteja sendo alimentada fique energizada.
Esta é uma função importante de um transformador e que terá salvado muitas vidas ao longo dos anos.
• Transformadores de pulso:
O isolamento resistivo ou galvânico fornecido pelos transformadores também é usado em muitas outras áreas e projetos de circuitos eletrônicos.
Eles podem ser usados como transformadores de pulso – uma forma de transformador otimizada para pulsos. Os transformadores de pulso são uma ampla família de transformadores projetados e otimizados para a transferência de um sinal de controle digital de um circuito de controle para uma carga.
Os transformadores de pulso fornecem isolamento galvânico a um circuito, enquanto ainda permitem que os sinais de controle rápidos sejam transmitidos. Um requisito chave é que a forma do sinal de pulso não seja distorcida.
O sinal transportado por um transformador de pulso é tipicamente uma onda retangular de alguns volts com uma frequência acima de 100KHz. O sinal transportado por um transformador de pulso difere dos transformadores normais porque é retangular e não senoidal.
Leia mais sobre . . . . Transformadores de pulso.
• Transformadores para fornecer isolamento para teste:
Existem muitas situações em que o isolamento galvânico ou resistivo é necessário em uma situação em que um sinal de teste é necessário. Pode ser que um sinal em uma linha de alta tensão exija testes. Se um transformador não fosse incluído, as tensões presentes no equipamento de teste poderiam apresentar um risco de segurança significativo.
Ao colocar um transformador na linha onde o sinal precisa ser amostrado, o isolamento pode ser alcançado e o problema de segurança pode ser superado.
Embora a área óbvia onde esses transformadores são usados possa ser em situações de teste de alta tensão, eles também são amplamente usados em equipamentos médicos para garantir que qualquer risco para os pacientes que estão frequentemente conectados a instrumentos médicos seja completamente removido. Mesmo níveis relativamente baixos de vazamento podem ser fatais em algumas circunstâncias.
• Transformação de tensão:
Outro aspecto importante desses componentes eletrônicos é atuar como um transformador de tensão. Dada uma tensão de entrada fixa, como uma linha de alimentação ou entrada de rede elétrica, é possível enrolar o transformador para obter uma tensão de saída diferente.
Aliás essa é outra das finalidades do uso de um transformador – aliás o nome até dá a entender que ele transforma a tensão.
Usando um transformador é possível transformar uma tensão em outra com pouca perda de potência – os transformadores são normalmente muito eficientes.
Um transformador típico pode ser usado para converter a linha de alimentação de entrada ou a entrada principal de 110 V ou 240 V para um nível mais adequado para alimentar o equipamento – geralmente 10, 15 ou qualquer voltagem necessária.
A saída do transformador é normalmente alimentada em um retificador para converter a energia de CA para CC e, em seguida, será suavizada.
Após a suavização, a tensão pode então ser aplicada a um regulador linear para fornecer a tensão de saída necessária com pouca ondulação e ruído.
• Transformação e casamento de impedância:
Ao ter um número diferente de voltas nas várias bobinas ou enrolamentos do transformador, é possível alterar a tensão entre a entrada e a saída. Como a potência entre a entrada e a saída é a mesma (desde que as perdas possam ser ignoradas), verifica-se que a relação tensão/corrente mudará. Isso significa que a impedância na entrada e na saída é alterada.
Na verdade, a relação entre tensão e corrente mudou, significa que a impedância deve ter mudado.
É possível calcular a transformação de impedância a partir da relação das espiras conforme a fórmula abaixo.
Onde:
Zp é a impedância do circuito primário
Zs é a impedância do circuito secundário
Np é o número de voltas no enrolamento primário
Ns é o número de voltas no enrolamento secundário
O uso de transformadores para alterar a impedância encontra aplicações em muitos circuitos. Em particular, é usado em muitos elementos de projeto de RF onde a correspondência de impedância é essencial.
Existem muitas instâncias de projeto de RF em que a correspondência de impedância é necessária. Os transformadores de casamento de impedância são amplamente utilizados em receptores e especialmente em transmissores, onde é imperativo obter o casamento ideal para garantir que a potência de RF seja usada de forma eficaz ao transferir de um estágio para o próximo e, especialmente, para o estágio de saída de energia.
Os transformadores de casamento de impedância também são usados em misturadores de RF, onde é importante ter o casamento de impedância correto para garantir a operação correta do misturador e, em particular, a supressão necessária de sinais espúrios.
Os transformadores de correspondência de impedância também são vistos em alguns amplificadores de áudio e rádios mais antigos, onde a impedância mais alta do estágio de saída de áudio, seja válvula / tubo ou às vezes transistor, precisa ser combinada com a baixa impedância do alto-falante.
Também transformadores correspondentes podem ser usados onde o áudio precisa ser combinado com um circuito de linha de 600Ω.
• Transformadores ressonantes:
Existem vários casos em que os transformadores são ressonantes, geralmente adicionando um capacitor ao enrolamento.
Uma das áreas mais comuns onde essa abordagem podia ser vista era em rádios mais antigos, onde os transformadores de frequência intermediária eram sintonizados, tornando-se filtros passa-banda e fornecendo a principal seletividade do canal adjacente para o rádio.
Como esses filtros eram simplesmente filtros LC, eles não ofereciam seletividade suficiente para a maioria dos rádios de alto desempenho que usavam cristal adicional ou outros filtros. No entanto, os transformadores de FI sintonizados forneceram a principal seletividade para a maioria dos rádios transmitidos antes da década de 1980 ou por aí.
Núcleos do transformador
O núcleo dentro de um transformador determina muitas de suas propriedades. Transformadores com núcleos de ar, ou seja, sem núcleo além do ar circundante, têm níveis muito mais baixos de indutância mútua.
Adicionar um núcleo de um material ferromagnético não apenas aumenta a indutância das bobinas ou enrolamentos individuais, mas também aumenta a ligação entre os dois, ou seja, aumenta a indutância mútua ao guiar o fluxo através de ambas as bobinas.
Existem muitos padrões diferentes para núcleos – este é um tópico por si só. Os diferentes padrões de núcleo do transformador, bem como os núcleos toroidais.
Existem também muitos materiais diferentes usados para núcleos de indutores e transformadores. O tipo de núcleo usado dependerá dos níveis de potência, frequência de operação e vários outros parâmetros, todos definidos pelo projeto de circuito eletrônico específico.
Embora os transformadores não sejam tão amplamente utilizados como eram há muitos anos, como resultado do custo do enrolamento e da mudança na maneira como os projetos de circuitos eletrônicos podem ser configurados atualmente.
No entanto, os transformadores ainda são usados em diversas áreas e ainda são um componente eletrônico chave para muitos circuitos, equipamentos e projetos.
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