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Misura delle caratteristiche e della qualità di un trasformatore.

Indice Argomento Corrente
1) I valori misurabili che caratterizzano un trasformatore reale
2) Circuito di misura utilizzato con Arta LIMP
3) Conclusioni

I valori misurabili che caratterizzano un trasformatore reale

Trasformatore con secondario con presa centrale

Trasformatore toroidale economico di alimentazione. Si possono vedere gli avvolgimenti in filo di rame sotto il materiale isolante che li ricopre.

I trasformatori toroidali sono costruiti attorno a un nucleo anulare il quale (per i trasformatori operanti a bassa frequenza) è fatto di una lunga piattina di acciaio al silicio o di permalloy (lega di nichel ferro) avvolta a forma di bobina.
Una costruzione a piattina assicura che l'interfaccia tra grani sia allineata nel modo migliore, ed è possibile anche isolare meglio fra di loro le varie spire della piattina, migliorando l'efficienza del trasformatore riducendo la riluttanza del nucleo.
La forma ad anello chiuso elimina i traferri intrinseci alla produzione di un nucleo E-I (nella giunzione fre le "E" e le "I").
La sezione trasversa dell'anello è normalmente quadrata o rettangolare, ma sono pure disponibili nuclei più costosi a sezione circolare.
Le bobine primarie e secondarie sono spesso avvolte concentricamente per ridurre al minimo la generazione di interferenze elettromagnetiche da parte del campo magnetico del nucleo e occupano tutto il nucleo.
I trasformatori toroidali sono più efficienti dei tipi laminati E-I.
Altri vantaggi se è comparato ai tipi E-I comprendono una dimensione minore (circa metà), peso minore (circa metà), meno ronzio meccanico, campo magnetico esterno più basso (circa un decimo), perdite a vuoto basse, montaggio a un solo bullone.
I maggiori svantaggi sono un costo più elevato e una potenza limitata.

Trasformatore con secondario con presa centrale

Misure eseguite su un trasformatore toroidale da 100 VA con secondario doppio (secondario con presa centrale) costruito come trasformatore di alimentazione:

Misura effettuata
Valore misurato
Strumento utilizzato
Resistenza primario
33,89 ohm
Multimetro
Resistenza secondario 1
1 ohm
Multimetro
Resistenza secondario 2
0,52 ohm
Multimetro
Resistenza totale
1,5 ohm
Multimetro
Impedenza Primario
1,7434 Henry
Impedenzimetro digitale
Capacità primario-secondario
0,58 nF
Capacimetro digitale
Tensione primario
230 Volt
Multimetro
Tensione secondario 1 a vuoto
13,6 Volt
Multimetro
Tensione secondario 2 a vuoto
13,6 Volt
Multimetro
Corrente primario a vuoto. Questa corrente che nel trasformatore ideale è zero è dovuta alla corrente di magnetizzazione unita alle perdite per isteresi e correnti parassite.
10 mA
Multimetro
Impedenza primario nel dominio delle frequenze e induttanza dispersa (approssimata) vedi la figura sotto ricavata con il software Arta limp.
2,69 mHenry
Computer + scheda audio + arta limp

La prima cosa che si nota è un differente valore di resistenza dei due avvolgimenti secondari, chiaro indizio che sono stati avvolti uno sopra l'altro, in quello più esterno la lunghezza del filo, avendo un diametro di spira maggiore è più grande e ha una maggiore resistenza.
Invece le spire dei due secondari sono esattamente le stesse come si nota dal valore uguale di tensione a vuoto.
Per ovviare all'inconveniente si poteva ricorrere ad un avvolgimento bifilare, in questo modo le spire di ogni secondario avrebbero avuto uno sviluppo lineare uguale e una uguale resistenza.
Un'altra cosa che si nota è la bassa induttanza del primario che limita la minima frequenza applicabile al trasformatore.
A questo punto si procede con il rilevamento della induttanza dispersa (Leakage inductance) attraverso la misura dell'induttanza mettendo il secondario in corto circuito, utilizzando il software Arta limp e l'ausilio di un computer e relativa scheda audio, enfatizzando l'effetto dell'induttanza dispersa eseguendo la misura a frequenza sufficientemente alta.
Con lo stesso metodo possiamo rilevare la banda passante del trasformatore e le frequenze di risonanza dovute all'induttanza dispersa e alla capacità parassita fra le spire.

Circuito di misura utilizzato con Arta LIMP

Circuito utilizzato per la misura con arta limp

Sopra il circuito utilizzato per la misura dell'impedenza in funzione della frequenza. Al primo ingresso linea (canale sinistro) viene mandato il segnale di riferimento (quello all'uscita cuffia della scheda audio), il segnale da misurare viene mandato all'altro ingresso linea (canale destro).
La scheda audio che abbiamo utilizzato campiona a 96Khz 24bit.
E' importante che abbia l'ingresso linea.
L'ingresso microfonico non va bene in quanto, in genere è mono.
Una scheda audio migliore ci avrebbe permesso di poter analizzare il trasformatore fino a frequenze più alte.
In genere si utilizza una scheda usb (quindi esterna al computer) per motivi di sicurezza.
Se in una misura la scheda dovesse subire dei danni potremmo cambiarla senza sostituire il computer (nei computer portatili è impossibile cambiarla se non mandandolo in assistenza con spreco di tempo e danaro).

Rilevamento della induttanza dispersa utilizzando il software arta limp e l'ausilio di un computer e relativa scheda audio Rilevamento della induttanza dispersa utilizzando il software arta limp e l'ausilio di un computer e relativa scheda audio
Iimpedenza del trasformatore nel dominio delle frequenze con il secondario in cortocircuito.

Nelle immagini sopra la curva dell'impedenza del trasformatore nel dominio delle frequenze con il secondario in cortocircuito.
Sulle prime due immagini è stata calcolata l'impedenza del trasformatore in due punti in cui la frequenza è abbastanza alta per misurare gli effetti induttivi senza grande errore.
Nella figura più in basso l'andamento dell'impedenza e la frequenza di risonanza (21KHz circa) del trasformatore.
In questo caso si tratta della risonanza del circuito LC dovuto alla induttanza dispersa e alla capacità parassita fra le spire.

Esecuzione della misura

Esecuzione della misura.
Computer portatile, scheda audio USB esterna, piccolo box con resistenza serie di misura e resistenze di taratura (prodotto da Dino Giulianelli).
Basta poco per fare misure anche molto complesse con l'ausilio di un software adatto.

Conclusioni

Questo trasformatore potrebbe essere utilizzato, qualora avesse due primari, in un amplificatore valvolare per chitarra o basso push-pull come adattatore di impedenza senza problemi, la sua banda passante lo consente, specie a fronte di una corposa controreazione.
Come amplificatore valvolare single-ended non avendo traferro potrebbe saturare, questo particolare verrà analizzato in seguito appena avrò modo di fare un circuito di prova.

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