목차
트랜스포머
트랜스포머(Transformer)는 전자기 유도 원리를 이용하여 전압을 변환하는 전기 기기입니다. 주로 교류 전력을 전송하는 데 사용되며, 입력 전압을 다른 전압으로 변환하여 출력합니다. 트랜스포머는 2개의 코일(1차 및 2차 코일)로 구성되어 있으며, 이 코일은 공통의 자기 코어에 감겨 있습니다. 전압 비율은 코일의 감김 수에 따라 결정되며, 이를 통해 전압을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다. 트랜스포머는 전력 시스템, 오디오 장비 및 다양한 전자 기기에서 광범위하게 사용됩니다.
트랜스포머의 작동
권선비에 의한 전압 변경
트랜스포머는 입력측과 출력측의 권선비에 따라 전압을 바꿀 수 있다.
권선비 = 2차 권선수 : 1차 권선수 = 2차 전압 : 1차 전압
1차 권선 400회, 2차 권선 1200회, 120V의 교류 전압을 1차 양단에 인가하면 2차 권선에 유도되는 전압의 크기는
1200 : 400 = X : 120V
1200 / 400 = X / 120V,
X=360V 로 승압.
임피던스 변환
위의 공식에 따르면, 정해진 권선비를 가진 트랜스포머로 감압 또는 승압을 했을 때, 입력과 출력의 힘(Watt)은 같아야 하므로1), 결론적으로 출력되는 전압이 승압, 감압 됨에 따라 임피던스도 변화하게 되며, 그 비율은 권선비에 따른다.
권선비가 100:200인 트랜스포머의 예시를 들면, 입력 교류 전압이 100V, 임피던스 1000Ω2)일 때,
로 승압되며,
즉 이 경우에는 승압과, 출력 임피던스의 상승4)이 같이 일어난다.5)
이러한 트랜스포머의 임피던스 변환 성질을 이용하여, DI와 같이 하이 임피던스 신호를 로우 임피던스 신호로 변환해주는 기기를 만들 수 있다.
어떤 프리앰프의 경우에는 입력단에 임피던스 변환 스위치가 달려있어서, 입력 임피던스를 높히면, 신호의 출력 임피던스를 줄이는 효과를 가져오는데, 이것은 사실 입력단에 장착된 트랜스포머 부품에 의한 감압 및 임피던스 저하에 해당한다.6)
신호의 복제
신호의 서밍
트랜스포머의 Frequency Response
트랜스포머의 THD
트랜스포머의 1차 코일과 2차 코일은 전자기 유도 현상으로 신호가 전달되는데, 이때, 2차 코일에서 유도된 전류가 다시 한번 자기장을 만들어내서 1차 코일로 역유입 되게 되고, 그 전류는 다시 2차 코일로 유입된다. 그래서 신호에 하모닉스 성분이 생기게 되고, THD가 발생한다. 이러한 현상을 역기전력 이라고 한다.
즉 1차 코일에 의해 자기장이 만들어지고, 그 자기장이 2차 코일에 영향을 주어서 2차 코일이 전류를 만들어내지만, 2차 코일의 그 전류가 다시 2차 코일의 자기장을 만들고, 그 2차 코일의 자기장이 다시 1차 코일로 역유입된다. 그 역유입 된 전기가 다시 자기장을 만들고, 그 만들어진 자기장이 2차 코일에 영향을 주어서 2차코일이 전류를 만들어내지만, 2차 코일의 그 전류가 다시 2차 코일의 자기장을 만들고, 그 2차 코일의 자기장이 다시 1차 코일로 역유입 →무한 반복
따라서 THD는 정수배의 하모닉스로 만들어지게 된다.
유도된 자기장이 다시 전기를 만들어내지 않기 위해서는 플레밍의 오른손 법칙에 의해, 자기장의 방향과 전류의 방향을 좀 틀면, 이러한 현상들이 좀 덜해질 수 있기 때문에, 트랜스포머를 도넛 모양으로 만드는 트로이달 트랜스포머의 경우, 더 좋은 특성을 가지게 된다.
트랜스포머의 품질이 좋을수록, 1차 코일의 입력 전압에 비해 2차 코일의 출력 전압이 낮을 수록 THD가 낮게 발생한다. 그래서 대부분의 진공관 앰프들은 트랜스포머 이전에 높은 전압으로 증폭하고 나서 권선비가 높은 트랜스포머를 사용하여 낮은 출력 전압으로 “강하”하여 사용하는데, 권선비가 높을수록, 즉 출력 측 전압에 비해 입력 전압이 높으면 높을 수록 THD가 낮게 발생한다.7)
