Трансформаторомназывают статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Импульсные трансформаторывыполняют двух- или многообмоточными и широко применяют в устройствах автоматики, электроники и связи для передачи импульсных сигналов малой длительности. Используют их для изменения амплитуды импульсов и полярности, для согласования сопротивлений и связи между отдельными каналами импульсных устройств, исключения из цепей нагрузки постоянной составляющей тока. Мощность импульсов, передаваемая современными трансформаторами, достигает нескольких ватт, их длительность колеблется от долей микросекунды до нескольких сотен микросекунд.
Основным требованием, предъявляемым к импульсным трансформаторам, является минимальное искажение формы передаваемого сигнала, которое происходит из-за влияния индуктивностей рассеяния, емкостных связей между обмотками и витками обмоток и вихревых токов, индуктируемых в магнитопроводе. В результате этого вместо идеального прямоугольного импульса с напряжением Uид (штриховые линии на рис. 1) получается искаженный импульс (сплошные линии) с передним фронтом уменьшенной крутизны, срезом импульса и послеимпульсной хвостовой частью (стадии восстановления). Чтобы искажение формы передаваемого импульса было минимальным, трансформатор должен обладать линейными характеристиками и иметь постоянную времени, близкую к нулю. Линейность характеристик обеспечивается путем уменьшения индукции в магнитопроводе.
При изготовлении магнитопровода применяют материалы с улучшенными магнитными свойствами при высоких частотах: специальную высоколегированную трансформаторную сталь, железоникелевые сплавы типа пермаллой и д.р. Для уменьшения постоянной времени обмоткитрансформатора размещают таким образом, чтобы индуктивности рассеяния у них были минимальными. Для этой цели часто используют тороидальные сердечники, имеющие весьма малое магнитное сопротивление. Как показывает опыт, желательно, чтобы индуктивные сопротивления первичной и вторичной обмоток x1≈x´2≈(0,05÷0,15)z´н. Для снижения емкостных связей приходится осуществлять специальную укладку проводов, обеспечивающую симметричное распределение емкостей, применять систему металлических экранов и пр.
При рассмотрении искажения формы трансформируемых импульсов обычно исходят из упрощенной схемы замещенияимпульсного трансформатора, выполненной совместно с источником импульсов и нагрузкой (рис 2.а.). В этой схемеrи -сумма активных сопротивлений источника импульсов и первичной обмотки трансформатора;Lσэкв- суммарная индуктивность рассеяния (с учетом тормозящего действия вихревых токов);Сэкв-суммарная емкость обмоток трансформатора, источника импульсов и нагрузки;r'н –сумма приведенных активных сопротивлений нагрузки и вторичной обмотки трансформатора.
При формировании переднего фронта импульса в течении времениtф токи i1, i2 и входное и выходное напряжения(Uвх, Uвых ) изменяются весьма быстро. Но намагничивающий токiμ из-за большой индуктивностиLm намагничивающего контура за относительно малое время0<t<tф не успевает значительно возрасти. Поэтому можно считать, что в рассматриваемом случае намагничивающий контур разомкнут. При этом получим схему замещения (рис. 2.б.). Из рассмотрения переходного процесса в этой схеме при подаче на ее вход прямоугольного импульса следует, что длительность и форма переднего фронта выходного импульса на нагрузкеr'н определяется двумя параметрами: постоянной времени
При δ≥1 переходный процесс в переднем фронте импульса носит апериодический характер, при δ<1 – колебательный. Оптимальное значение δ≈0,7.
Для получения импульсов с крутым фронтом нужно, чтобы произведение LσэквСэкв было незначительным. ВеличинуСэкв можно изменять, варьируя толщину изоляционного слоя между обмотками трансформатора.
Габаритные размеры и масса импульсных трансформаторов обычно невелики. Объясняется это тем, что время импульса tи , как правило, весьма мало по сравнению с временем паузыtп и представляется возможным значительно увеличивать допускаемую плотность тока в обмотках трансформатора без опасности недопустимого повышения температуры.