Il trasformatore è uno dei dispositivi elettrici più basilari che ci siano e ha applicazioni in tutte le industrie elettriche ed elettroniche. Un trasformatore "trasforma" la tensione in un circuito aumentandola o diminuendola. Praticamente ogni dispositivo elettronico che usi ogni giorno ha bisogno di un trasformatore per abbassare la tensione di uscita a uno più utile per i circuiti delicati.
Un toro è una forma che si forma quando un corpo solido si curva su se stesso e forma un anello chiuso con un foro nel mezzo. Per definire toroidale, pensa a ciambella: un trasformatore toroidale è un trasformatore a forma di ciambella. Questa non è l'unica forma che può assumere un trasformatore, ma è quella preferita dalla maggior parte delle industrie elettroniche e dai produttori di apparecchiature audio. Un trasformatore toroidale può essere molto piccolo senza perdere efficienza e crea meno interferenze magnetiche rispetto all'altro tipo comune di trasformatore, l'E-I o il trasformatore laminato.
I trasformatori si affidano all'induzione elettromagnetica
Il fisico Michael Faraday scoprì l'induzione nel 1831 quando notò che muovere un magnete attraverso un filo conduttore avvolto attorno a un solenoide induceva una corrente elettrica nel conduttore. Scoprì che la forza della corrente era proporzionale alla velocità di movimento del magnete e al numero di spire della bobina.
Un trasformatore sfrutta questa proporzionalità. Avvolgi una bobina, la bobina primaria, attorno a un nucleo ferromagnetico e avvolgi un secondo filo, la bobina secondaria, attorno allo stesso nucleo o a un nucleo diverso. Quando la corrente attraverso la bobina primaria cambia continuamente direzione, come avviene con la corrente alternata, induce un campo magnetico nel nucleo, e che a sua volta induce una corrente elettrica nel secondo bobina.
Finché il valore di picco della corrente rimane lo stesso, anche il valore di picco del campo magnetico indotto non cambia. Ciò significa che la corrente indotta nella bobina secondaria aumenta con il numero di spire. Pertanto, un trasformatore fornisce un modo per amplificare un segnale elettrico, che è vitale nell'industria audio. È inoltre possibile utilizzare un trasformatore per ridurre la tensione rendendo il numero di spire nella bobina secondaria inferiore al numero nella bobina primaria. Questo è il principio alla base dei trasformatori che inserisci nel muro per alimentare le tue apparecchiature elettroniche.
Un trasformatore toroidale produce meno rumore
Un trasformatore E-I, o laminato, è costituito da una coppia di bobine avvolte attorno a singoli nuclei, posizionati vicini e sigillati all'interno di un involucro. Un trasformatore toroidale, invece, ha un unico nucleo toroidale ferromagnetico attorno al quale sono avvolte sia le bobine primarie che quelle secondarie. Non importa se i fili si toccano e sono spesso sovrapposti l'uno sull'altro.
La corrente alternata che passa attraverso la bobina primaria eccita il nucleo, che a sua volta eccita la bobina secondaria. I campi toroidali sono più compatti dei campi in un trasformatore laminato, quindi c'è meno energia magnetica per interferire con i componenti del circuito sensibili. Se utilizzati in apparecchiature audio, i trasformatori toroidali producono meno ronzio e distorsione rispetto a quelli laminati e sono preferiti dai produttori.
Altri vantaggi del trasformatore toroidale
Poiché un induttore toroidale è più efficiente, i produttori possono realizzare trasformatori toroidali più piccoli e leggeri di quelli E-I. Questo è importante per i produttori di apparecchiature elettroniche e audio, poiché il trasformatore è solitamente il componente più grande nella maggior parte dei circuiti. La sua maggiore efficienza crea un altro vantaggio per il trasformatore toroidale. Funziona a temperature più basse rispetto a un trasformatore E-I, riducendo la necessità di ventole e altre strategie di raffreddamento in apparecchiature sensibili.