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Noções básicas do transformador

Noções básicas do transformador

Os transformadores são amplamente utilizados em todos os ramos da eletrônica. Um de seus usos mais conhecidos é em aplicações de energia, onde são usados ​​para transformar a tensão de operação de um valor para outro. Eles também servem para isolar o circuito na saída de uma conexão direta com o circuito primário. Desta forma, eles transferem energia de um circuito para outro sem conexão direta.

Transformadores muito grandes são usados ​​na rede nacional para alterar as tensões de linha entre os diferentes valores exigidos. No entanto, para o amador de rádio ou para os entusiastas de casa, os transformadores são comumente vistos em fontes de alimentação. Os transformadores também são amplamente utilizados em outros circuitos, desde áudio até radiofrequências, onde suas propriedades são amplamente utilizadas para acoplar diferentes estágios dentro do equipamento.

O que é um transformador?

Um transformador básico consiste em dois enrolamentos. São conhecidos como primários e secundários. Em essência, o poder entra no primário e sai no secundário. Alguns transformadores têm mais enrolamentos, mas a base de operação ainda é a mesma.

Existem dois efeitos principais usados ​​em um transformador e ambos se relacionam aos campos de corrente e magnéticos. No primeiro, verifica-se que uma corrente fluindo em um fio cria um campo magnético ao seu redor. A magnitude deste campo é proporcional à corrente que flui no fio. Também foi descoberto que se o fio for enrolado em uma bobina, o campo magnético é aumentado. Se este campo magnético gerado eletricamente for colocado em um campo existente, então uma força será exercida sobre o fio que transporta a corrente, da mesma forma que dois ímãs fixos colocados próximos um do outro irão se atrair ou se repelir. É esse fenômeno que é usado em motores elétricos, medidores e uma série de outras unidades elétricas.

O segundo efeito é que se um campo magnético ao redor de um condutor muda, uma corrente elétrica será induzida no condutor. Um exemplo disso pode ocorrer se um ímã for movido próximo a um fio ou bobina. Nessas circunstâncias, uma corrente elétrica será induzida, mas apenas quando o ímã estiver se movendo.

A combinação dos dois efeitos ocorre quando dois fios ou duas bobinas são colocadas juntas. Quando uma corrente muda sua magnitude no primeiro, isso resultará em uma mudança no fluxo magnético e isso por sua vez resultará em uma corrente sendo induzida no segundo. Este é o conceito básico por trás de um transformador, e pode-se ver que ele só funcionará quando uma corrente alternada ou variável estiver passando pela entrada ou pelo circuito primário.

Relação de giro do transformador

Para que uma corrente flua, um EMF (força eletro-motriz) deve estar presente. Essa diferença de potencial ou tensão na saída depende da relação de espiras no transformador. Verifica-se que se houver mais espiras no primário do que no secundário, a tensão na entrada será maior do que na saída e vice-versa. Na verdade, a tensão pode ser facilmente calculada a partir do conhecimento da relação de espiras:

Es = ns
Ep np

Onde
Ep é o EMF primário
Es é o EMF secundário
np é o número de voltas no primário
ns é o número de voltas no secundário

Se a relação de espiras ns / np for maior do que um, o transformador emitirá uma tensão mais alta na saída do que na entrada e é considerado um transformador elevador. Da mesma forma, um com uma relação de espiras inferior a um é um transformador redutor.

Razões de tensão e corrente no transformador

Existem vários outros fatores que podem ser facilmente calculados. O primeiro é a relação entre as correntes e tensões de entrada e saída. Como a potência de entrada é igual à potência de saída é possível calcular uma tensão ou corrente dos outros três valores usando a fórmula simples mostrada abaixo. Este fato não leva em consideração quaisquer perdas no transformador que podem felizmente ser ignoradas para a maioria dos cálculos.

Vp x Ip = Vs x Is

Por exemplo, considere o caso de um transformador de rede que libera 25 volts em um amp. Com uma tensão de entrada de 250 volts, isso significa que a corrente de entrada é apenas um décimo de um ampere.

Para alguns transformadores, o número de voltas no primário será o mesmo que no secundário, e a corrente e a tensão na entrada serão as mesmas que na saída. No entanto, onde a relação de espiras não é 1: 1, a relação de tensão e corrente será diferente na entrada e na saída. A partir da relação simples mostrada acima, será visto que a relação entre a tensão e a corrente muda entre a entrada e a saída. Por exemplo, um transformador com uma relação de espiras de 2: 1 pode ter uma entrada de 20 volts com uma corrente de 1 ampere, enquanto na saída a tensão será de 10 volts a 2 amperes. Como a relação entre tensão e corrente determina a impedância, pode-se observar que o transformador pode ser usado para alterar a impedância entre a entrada e a saída. Na verdade, a impedância varia conforme o quadrado da relação de espiras, visto por:

Zp = np2
Zs ns2

Em uso

Os transformadores são amplamente usados ​​em muitas aplicações em rádio e eletrônica. Uma de suas principais aplicações é em fontes de alimentação. Aqui, o transformador é usado para alterar a tensão da rede de entrada (cerca de 240 V em muitos países e 110 V em muitos outros) para a tensão necessária para fornecer o equipamento. Com a maioria dos equipamentos atuais usando tecnologia de semicondutores, as tensões necessárias são muito mais baixas do que as da rede de entrada. Além disso, o transformador isola a alimentação do secundário da rede elétrica, tornando assim a alimentação do secundário muito mais segura. Se a alimentação fosse retirada diretamente da rede elétrica, haveria um risco muito maior de choque elétrico.

Um transformador de energia como o usado em uma fonte de alimentação é geralmente enrolado em um núcleo de ferro. Isso é usado para concentrar o campo magnético e garantir que o acoplamento entre o primário e o secundário seja muito firme. Desta forma, a eficiência é mantida tão alta quanto possível. No entanto, é muito importante garantir que esse núcleo não atue como um enrolamento de uma volta. Para evitar que isso aconteça, as seções do núcleo são isoladas umas das outras. Na verdade, o núcleo é feito de várias placas, cada uma intercalada, mas isolada uma da outra, conforme mostrado.

Os dois enrolamentos de um transformador de potência são bem isolados um do outro. Isso evita qualquer probabilidade de o enrolamento secundário ficar ativo.

Embora um dos principais usos dos transformadores que o aquarista encontrará seja para transformar a alimentação ou as tensões da rede elétrica para um novo nível, eles também têm uma variedade de outras aplicações para as quais podem ser usados. Quando as válvulas eram usadas, elas eram amplamente utilizadas em aplicações de áudio para permitir que os alto-falantes de baixa impedância fossem acionados por circuitos de válvula que tinham uma impedância de saída relativamente alta. Eles também são usados ​​para aplicações de radiofrequência. O fato de poderem isolar os componentes de corrente contínua do sinal, atuar como transformadores de impedância e como circuitos sintonizados em um significa que são um elemento vital em muitos circuitos. Em muitos receptores portáteis, esses transformadores IF fornecem a seletividade para o receptor. No exemplo mostrado, pode-se ver que o primário do transformador é sintonizado usando um capacitor para trazê-lo à ressonância. O ajuste da frequência ressonante é normalmente feito usando um núcleo que pode ser aparafusado e retirado para variar a quantidade de indutância da bobina. O transformador também combina a impedância mais alta do estágio coletor do estágio anterior com a impedância mais baixa do estágio seguinte. Também serve para isolar as diferentes tensões de regime permanente no coletor do estágio anterior da base do estágio seguinte. Se os dois circuitos não estivessem isolados um do outro, as condições de polarização CC para ambos os transistores seriam afetadas e nenhum dos estágios operaria corretamente. Com o uso de um transformador, os estágios podem ser conectados para sinais CA, mantendo as condições de polarização CC.

Resumo

O transformador é um componente inestimável no cenário eletrônico de hoje. Apesar do fato de que circuitos integrados e outros dispositivos semicondutores parecem ser usados ​​em quantidades cada vez maiores, não há substituto para o transformador. O fato de ser capaz de isolar e transferir energia de um circuito para outro ao mesmo tempo em que altera a impedância, garante que ele seja colocado de forma única como uma ferramenta para projetistas eletrônicos.


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