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Diskrete Bauelemente Transformatoren: Sie sind nicht alle Schiffsanker

Autor Kristin Rinortner

Für unzählige AC-Analog-Applikationen ist ein Transformator die am besten geeignete Komponente. Sei es bei der AC-Gleichtaktunterdrückung oder als Phasensplitter.

Trafo (Bild: Bild: Zátonyi Sándor, Wikipedia )
Trafo (Bild: Bild: Zátonyi Sándor, Wikipedia )
(Trafo (Bild: Bild: Zátonyi Sándor, Wikipedia ))
Frage: Was ist das am meisten unterschätzte analoge Bauteil? Antwort: Möglicherweise der Transformator. Aus der Hochschule kennen viele Ingenieure Transformatoren als die großen Bauteile in Stromversorgungen, die eine Menge Eisen und Kupfer enthalten und so schwer sind, um Verletzungen zu verursachen, wenn sie einem auf den Fuß fallen.

Dies trifft sicherlich für die großen Niederfrequenz-Leistungstransformatoren (50 oder 60 Hz) zu, die manchmal abschätzig als Schiffsanker bezeichnet werden (die Transformatoren in Kraftwerken würden katastrophale Schäden verursachen, wenn sie auf ein Kriegsschiff fallen würden). Heute jedoch sind viele preiswerte Transformatoren so klein wie eine Aspirin-Tablette.

Obwohl sie eingangsseitig mit 50/60 Hz arbeiten, arbeiten Schaltnetzteile intern mit wesentlich höheren Frequenzen. Schaltnetzteile ermöglichen gegenüber herkömmlichen Netzteilen gleicher Leistung den Einsatz wesentlich kleinerer, leichterer und preiswerterer Transformatoren. Somit sind heute selbst die Transformatoren in Stromversorgungen leichter. Analog Devices fertigt Controller für solche Schaltnetzteile. Doch diese sind nicht Gegenstand dieses Beitrags.

Für unzählige AC-Analog-Applikationen ist ein Transformator die am besten geeignete Komponente. Dies war vor 60 bis 80 Jahren allgemein bekannt, als in Verstärkern oft Transformatoren zur Entkopplung und als Phasensplitter zwischen massebezogenen und Push/Pull-Schaltungen eingesetzt wurden. Vor etwa 40 oder 50 Jahren jedoch begannen Transistoren — und kurze Zeit später integrierte Schaltungen — mit DC-Kopplung zu arbeiten. Der Einsatz von Signaltransformatoren gerät in Vergessenheit.

In vielen Anwendungen sind DC-Kopplungstechniken in der Tat die optimale Lösung. Wenn jedoch AC-Signale eine Isolationsstrecke überwinden müssen (wo es zum Beispiel große Potenzialunterschiede zwischen der Signalschaltung in unterschiedlichen Bereichen des Systems geben kann) oder wenn starkes Masserauschen vorhanden ist, kann der Einsatz eines Transformators gleichzeitig die Entwicklung vereinfachen und die Leistungsfähigkeit erhöhen. Es ist normal, dass für Transformatoren absolute Maximalspannungen zwischen den Wicklungen von hunderten oder gar tausenden Volt spezifiziert sind. Darüber hinaus ist die Kapazität zwischen Primär- und Sekundärseite selten größer als einige pF – für einen ausgewählten Transformator kann sie sogar noch geringer sein.

Wo ein Wechselspannungssignal in einer Umgebung mit Masserauschen über eine bestimmte Entfernung übertragen werden muss, kann ein Transformator eine weitaus bessere AC-Gleichtaktunterdrückung (CMR) als ein differenzieller Verstärker aufweisen. Und wo ein differenzieller AC-Verstärker mit einem massebezogenen Signal gespeist wird, ist ein Transformator möglicherweise der bestmögliche Phasensplitter.

Und dann gibt es noch Stromtransformatoren für AC-Strommessungen….

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

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