Zaloguj się
Wszystkie
27 maja 2025
60
Zasada działania transformatora wywodzi się bezpośrednio z prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya z 1831 roku, które mówi, że napięcie jest proporcjonalne do szybkości zmian strumienia magnetycznego
U=d∅/dt
gdzie ∅ jest strumieniem magnetycznym. Faraday zbudował potem pierwszy transformator – z dwoma zwojami drutu izolowanego bawełną, nawiniętymi na żelazny pierścień. Używał go jednak wyłącznie do demonstrowania skoków igły magnetycznej w kompasie. Typowe działanie transformatora, wykorzystujące indukcję wzajemną, zostało przedstawione dopiero około 1836 roku. Wciąż nie mogę wyjść z podziwu, gdy w nowoczesnym wzmacniaczu Hi-Fi widzę transformator toroidalny. To jeden z najstarszych i najmniej podlegających zmianom podzespołów elektronicznych. Nadal jest produkowany i stosowany, choć minęły niemal dwa wieki od jego wynalezienia. Do zasilania urządzeń elektroakustycznych stosuje się transformatory toroidalne ze względu na niski poziom emitowanych przez nie zakłóceń. Co prawda znacznie tańsze i mniejsze są (na ogół) zasilacze impulsowe powszechnego zastosowania, ale mają krótką żywotność i oprócz przydźwięku sieciowego „sieją” zakłóceniami o wielkiej częstotliwości.
Pamiętajmy, że określenie „transformator audio” może oznaczać jeden z dwóch podstawowych rodzajów tych elementów. W zasilaczach znajdują się „transformatory sieciowe”, ale istnieją też „transformatory sygnałowe” i mogą to być zarówno małe transformatory wejściowe, jak i duże transformatory wyjściowe wzmacniaczy mocy. Omówimy oba typy.
Nie ma alternatywy
Nowoczesne transformatory audio (niskiej częstotliwości) są nadal wykonywane z miedzi, żelaza i niklu, a ich koszt produkcji generalnie odzwierciedla wzrosty i spadki cen tych surowców. Transformatory są duże i ciężkie. Szefowie firm elektronicznych uważają je za anachronizm, który należy wyeliminować, i preferują elementy półprzewodnikowe, wytwarzane masowo, podlegające niewielkim wahaniom cen. Inżynierowie elektroakustycy cenią sobie jednak zaletę całkowitej izolacji elektrycznej, jaką transformatory zapewniają między obwodem pierwotnym a wtórnym. Izolacja eliminuje ryzyko powstawania zakłóceń, pętli mas, a także lawinowych uszkodzeń bloków urządzenia (efekt domina). Byłem na wielu spotkaniach projektowych, podczas których na dźwięk słowa „transformator” padało zaraz pytanie „czy nie można tego zrobić na wzmacniaczach operacyjnych? Transoptorach? A może zasymulować charakterystykę software’owo?”. Odpowiedź była zawsze taka sama: „nie bardzo”. W transformatorze możemy przesyłać energię elektryczną i sygnały między blokami urządzenia za pośrednictwem obwodu magnetycznego. Nie ma bezpośredniego połączenia przewodowego. Brytyjski instytut ds. zdrowia i bezpieczeństwa za element zapewniający niezawodną izolację uznaje transformator, a nie jakieś złącze krzemowe spolaryzowane zaporowo. Ponadto dopasowanie impedancji w układzie, a więc zmianę napięć i prądów, najlepiej jest osiągnąć właśnie transformatorem. Zapewnia on optymalny bilans mocy i zminimalizowanie szumów.
Liniowość (choć nie końca)
Transformatory, w przeciwieństwie do transoptorów, mają stosunkowo dobrą liniowość. Niewielkie odchyłki od liniowości – zniekształcenia typowe dla obwodów magnetycznych – tworzą specyficzne „brzmienie transformatora”, charakterystyczne nasycenie, uwielbiane przez producentów muzyki elektronicznej i rozrywkowej. Rozwój cyfrowej techniki nagraniowej wyeliminował ze studia muzycznego magnetofon. Z nagrań zniknęły zniekształcenia wnoszone przez taśmę magnetyczną.
Powstają one jednak nadal w transformatorach. Zjawisko to do pewnego stopnia symulują wtyczki programowe, ale chyba nie zyskały one większej popularności.
Długowieczność
Transformatory to jedne z najtrwalszych podzespołów elektronicznych. Nie ma w nich zbyt wielu rzeczy, które mogłyby się zepsuć – z wyjątkiem przerwania lub zwarcia drutu, ale to można zwykle naprawić przewinięciem uzwojenia. Jest jednak wyjątek w postaci transformatora z wewnętrznym jednorazowym bezpiecznikiem termicznym, ukrytym wewnątrz uzwojenia. Takie transformatory mają krótką żywotność. Przez nie na wysypiska śmieci trafia więcej transformatorów niż czegokolwiek innego. Dobrą cechą jest to, że transformatory są wykonane z metalu i nadają się do recyklingu. Zawsze mnie zaskakuje jak wiele gotówki dostaję co kilka lat od handlarzy złomem za stertę niedziałających urządzeń mojej produkcji.
Całkiem często spotyka się stare wzmacniacze, w których wymieniono wszystkie części – z wyjątkiem transformatorów i elementów metalowych. Każdy transformator ze starego urządzenia – toroidalny sieciowy czy sygnałowy – zawsze staram się użyć ponownie.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
