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Dernière mise à jour : 29/04/2024
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Présentation
Dans ce cours, nous allons aborder les points suivants :
- Description d'un transformateur
- Rapport de transformation
- Rapport d'impédances
- Types de transformateurs : torique, "E/I", "R" et "C"
- Différences fondamentales entre alimentation linéaire et alimentation à découpage
- Transformateur audio (pour microphone, cellule phono, ligne, sortie ampli à lampes)
- Avantages et inconvénients d'un transformateur audio
- Application pratique #1 : DI passive avec transformateur audio
- Application pratique #2 : résolution d'un problème de ronflement par suppression d'une boucle de masse
- Application pratique #3 : splitter passif 1 entrée / 3 sorties (dont 2 isolées)
- ...
Qu'est-ce qu'un transformateur ?
Un transformateur électrique est un composant (ou appareil) essentiellement doté des éléments suivants :
- une carcasse en métal magnétique également appelé noyau
- un enroulement primaire comportant un nombre de spires N1
- un enroulement secondaire comportant un nombre de spires N2
Les deux enroulements primaire et secondaire (faits de fil conducteur) sont situés à proximité l'un de l'autre ou sont superposés.
L'enroulement primaire reçoit une tension alternative d'entrée Uin qui crée un champ magnétique autour de lui. L'enroulement secondaire est alors soumis au champ magnétique créé par l'enroulement primaire (grâce à la carcasse magnétique qui forme un circuit magnétique fermé et qui conduit le flux magnétique) et en conséquence délivre une tension de sortie Uout.
L'amplitude de la tension alternative délivrée par l'enroulement secondaire est d'une part proportionnelle à la tension alternative appliquée sur l'enroulement primaire, et d'autre part elle dépend du rapport de transformation k.
A retenir :
L'amplitude de la tension alternative délivrée par l'enroulement secondaire est proportionnelle à la tension alternative appliquée sur l'enroulement primaire, ainsi que du rapport de transformation k du transformateur.
Rapport de transformation (k, m ou n)
Dans la littérature technique et chez les fabricants de transformateurs, la lettre qui désigne le rapport de transformation peut être k, m ou n. Dans le texte qui suit, j'ai adopté la notation k, ce qui bien sûr ne change rien au principe.
Le rapport de transformation k correspond au rapport entre la tension Uout délivrée par l'enroulement secondaire et la tension Uin appliquée à l'enroulement primaire. Si par exemple la tension Uin appliquée au primaire est de 240 Vac et que la tension Uout récoltée au secondaire est de 24 Vac, cela signifie que le rapport de transformation k est de 1:10 (24 / 240). Ce rapport de transformation k est directement lié au rapport du nombre de spires N2 du secondaire sur le nombre de spires N1 du primaire (k = N2 / N1). En reprenant l'exemple précédent du rapport 240 V / 24 V, cela signifie que l'enroulement secondaire possède 10 fois moins de spires (N2) que n'en possède l'enroulement primaire (N1).k = Uout / Uin = N2 / N1 =rapport de transformation
(Uout = tension au secondaire, Uin = tension au primaire, N2 = nombre de spires du secondaire, N1 = nombre de spires du primaire)
Pour résumer :
- Si nombre de spires N2 (secondaire) = nombre de spires N1 (primaire), alors k = 1 et tension secondaire = tension primaire
- Si nombre de spires N2 (secondaire) < nombre de spires N1 (primaire), alors k < 1 et tension secondaire < tension primaire
- Si nombre de spires N2 (secondaire) > nombre de spires N1 (primaire), alors k > 1 et tension secondaire > tension primaire
Le rapport de transformation k du transformateur est égale à N2 / N1
A retenir :
Le rapport de transformation k d'un
transformateur correspond au rapport du nombre de spires entre
enroulements primaire et secondaire.
Si k = 1,
alors la tension délivrée par l'enroulement secondaire est égale à la tension
appliquée sur l'enroulement primaire.
Si k < 1,
alors la tension délivrée par l'enroulement secondaire est inférieure à la
tension appliquée sur l'enroulement primaire.
Si k > 1,
alors la tension délivrée par l'enroulement secondaire est supérieure à la
tension appliquée sur l'enroulement primaire.
A retenir :
Les
enroulements primaire et secondaire sont isolés l'un de
l'autre (isolation galvanique)
Un transformateur ne
laisse pas passer le courant continu,
il ne laisse passer que le courant alternatif
Un transformateur est
réversible : son primaire peut
devenir
secondaire et inversement. Dans la pratique, il faut faire attention...
Transformateur électrique idéal
Dans l'idéal, un transformateur électrique ne présente aucune perte, ni d'ordre électrique ni d'ordre magnétique. Il convertit intégralement en champ magnétique le signal électrique qu'on soumet à son enroulement primaire et la totalité du flux magnétique engendré est capté par l'enroulement secondaire qui restitue alors une tension électrique "intégrale". En d'autres termes, un transformateur idéal dont les enroulements primaire et secondaire possèdent le même nombre de spire (N2 = N1 et donc k = 1) fournit au secondaire une tension parfaitement identique à celle appliquée au primaire.
De même, la puissance Pout tirée du secondaire est la même que celle Pin tirée au primaire.
Un tel transformateur idéal n'existe pas dans la réalité. TOUS les transformateurs présentent des pertes électriques et magnétiques plus ou moins élevées. En débitant du courant au secondaire du transformateur, la tension réellement disponible chute inévitablement.
Pour compenser ces pertes, on s'arrange pour que le transformateur délivre la tension nominale attendue quand il est chargé et débite le courant maximal pour lequel il a été conçu (en augmentant un peu le nombre de spires au secondaire). Cette "astuce" implique obligatoirement une remontée de la tension de sortie en fonctionnement à vide, quand le secondaire du transformateur n'est pas chargé. Le surplus de tension à vide est compris entre 5% et 20% en fonction du type et de la puissance du transformateur. Ce point est très important et doit être pris en considération quand on conçoit un système.
Remarques :
- Les pertes sont plus élevées avec un transformateur de petite puissance qu'avec un transformateur de forte puissance. Avec ceux de petite puissance (quelques volt-ampères), les pertes sont comprises entre 20% et 30% (soit un rendement compris entre 70% et 80%) ! En comparaison, les transformateurs de forte puissance (quelques centaines de volt-ampères) présentent des pertes comprises entre 5 et 10% (soit un rendement compris entre 90% et 95%).
- Certains vieux blocs d'alimentation secteur donnés pour une tension de sortie de 9 V pouvaient délivrer jusqu'à +15 V à vide ! La mesure de la tension à vide était un moyen facile de savoir si le bloc d'alimentation était ou non régulé (avec un système régulé, la tension de sortie réelle à vide correspondait à celle attendue). Une alimentation secteur non régulée (facile à fabriquer et moins chère) est toujours proscrite à cause des mauvaises surprises qu'elle peut engendrer !
Pertes électriques (pertes cuivre)
Causées par la résistance ohmique des bobines en cuivre qui ne peut pas être nulle, elles dépendent des dimensions des fils et du courant qui y circule. Elles contribuent à la chute du rendement énergétique global du transformateur et provoquent son échauffement par effet Joule. Cet échauffement est "négligeable" pour les transformateurs de petite puissance, mais ne peut être négligé pour les transformateurs de forte puissance.
Pertes magnétiques (pertes fer)
Causées par un "conducteur magnétique" imparfait (hystérésis et courants de Foucault), elles ont deux conséquences principales : d'une part elles participent à la chute du rendement énergétique global, d'autre part elles peuvent perturber des composants sensibles placés à proximité. Les fuites (pertes) magnétiques dépendent du type de transformateur. C'est pour diminuer les pertes liées aux courants de Foucault qu'on utilise des toles feuilletées (plusieurs couches de métal isolées, plutôt qu'un bloc d'une pièce).
Deux enroulements (1 primaire + 1 secondaire)... ou plus !
Un transformateur possède au minimum un enroulement primaire P et un enroulement secondaire S, c'est le moins qu'on attend de lui. Il peut aussi comporter plusieurs enroulements primaires Px et secondaires Sx.
Les points marqués sur les symboles précédents indiquent le début de chaque enroulement et donc leur "polarité" ou phase. Il est important de connaître et respecter cette "polarité" ou phase des enroulements quand la relation de phase entrée / sortie doit être respectée ou quand on associe entre eux plusieurs enroulements (ce point sera vu plus loin).
Association d'enroulements primaires
Deux enroulements primaires prévus dans un transformateur d'alimentation secteur permet par exemple de s'adapter au réseau secteur européen (230-240 Vac 50 Hz) ou américain (115-120 Vac 60 Hz). Dans l'exemple suivant, le transformateur B comporte deux enroulements primaires prévus pour fonctionner sous une tension de 115 Vac chacun. En câblant ces enroulements primaires en série ou en parallèle, on peut faire fonctionner le transformateur respectivement avec une tension secteur de 230 V ou avec une tension secteur de 115 V.
Grâce à cette possibilité, de nombreux appareils (platines disques ou amplificateurs audio par exemple) peuvent être exportés dans le monde entier. Si l'envie vous prend de commander un appareil aux USA (parce qu'il coûte moins cher, même avec les taxes de douane), pensez à vérifier le câblage avant de mettre l'appareil sous tension !
Association d'enroulements secondaires
Deux enroulements secondaires prévus dans un transformateur d'alimentation secteur permet de disposer de plusieurs tensions de sorties identiques ou différentes qu'on peut utiliser de différentes façons :
- secondaires isolés => tensions de sortie totalement isolées entre elles
- secondaires câblés en série => augmentation de la tension, courant maximal inchangé
- secondaires câblés en parallèle => augmentation du courant disponible, tension inchangée
Dans l'exemple suivant, le transformateur C comporte deux enroulements secondaires identiques délivrant chacun une tension de 12 V sous un courant maximal de 1 A. En câblant ces enroulements secondaires en série ou en parallèle, on peut disposer d'une tension de 24 V / 1 A (augmentation de la tension de sortie) ou d'une tension de 12 V / 2 A (augmentation du courant maximal disponible).
Association d'enroulements : quelques précautions à prendre
Pour câbler des enroulements en série ou en parallèle, il est impératif de respecter la phase des tensions : le début du premier enroulement doit être relié au début du second enroulement.
- Si des enroulements câblés en parallèle se retrouvent en opposition de polarité, la tension de sortie s'annule et le transformateur chauffe énormément !
- Si des enroulements câblés en série le sont en opposition de polarité, la tension de sortie s'annule mais aucun échauffement excessif n'est à craindre. Une bonne manière de trouver le sens des enroulements quand il n'est pas indiqué sur le transformateur...
Important : le câblage en série ou en parallèle de plusieurs secondaires réclame une grande prudence.
A retenir :
Quand on veut associer des enroulements primaires ou secondaires (câblage en série ou en parallèle) on doit impérativement faire attention au sens des enroulements (phase).
Pour des questions de normes et homologations, la mise en série ou en parallèle des enroulements secondaires est parfois interdite. Pour exemple, cet extrait de la fiche produit d'un transformateur moulé à souder sur un circuit imprimé :
Transformateur audio avec plusieurs secondaires
Un transformateur audio qui possède 1 enroulement primaire et 2 enroulements secondaires peut servir pour "splitter" (séparer, dupliquer) un signal audio provenant d'un microphone ou d'une sortie ligne :
Les deux secondaires délivrent le même signal (même amplitude) si leurs enroulements sont identiques (même nombre de spires).
Un tel circuit ne permet pas de laisser passer une alimentation Phantom, puisqu'un transformateur ne laisse pas passer le courant continu ! Si la source sonore (par exemple un microphone à condensateur) réclame une alimentation phantom, il faut dans ce cas ajouter une prise de sortie directe (qui ne passe pas par le transformateur), comme le montre le schéma suivant :
Bien entendu, il faudra câbler la sortie directe Out 1 sur la prise d'entrée qui fournit l'alimentation phantom...
A retenir :
Comme un transformateur ne laisse pas passer le courant continu, l'utilisation d'un splitter pour un microphone électrostatique peut poser problème. Si présence d'une alimentation phantom, prendre les précautions d'usage pour éviter les plops disgracieux et dangereux.
Puissance nominale
C'est la puissance que l'on peut utiliser au secondaire de manière permanente et sans echauffement excessif (élévation de température maximale de 55°C, soit un maximum de 80°C dans le transformateur pour une température ambiante de 25°C). Elle s'exprime en volt-ampères (VA) et correspond simplement au produit de la tension nominale du secondaire par le courant maximal qu'il peut délivrer en régime permanent.
P (VA) = Uout (V) * Iout (A)
Si par exemple un transformateur délivre une tension de 12 V sous un courant nominal de 2 A, alors sa puissance est de
P (VA) = 12 (V) * 2 (A) = 24 VA
Remarque : la notion de puissance est plus appropriée pour les transformateurs d'alimentation et pour les transformateurs audio de sortie équipant les amplificteurs de puissance. Pour les "petits" transformateurs audio, la puissance est une donnée "secondaire".
Conservation de puissance (aux pertes près)
Si on fait abstraction des pertes, la puissance consommée au primaire d'un transformateur est la même que celle consommée au secondaire. Les courants circulant dans les enroulements primaire et secondaire sont en effet eux aussi liés au rapport de transformation k, mais à l'inverse de ce qui se passe pour les tensions Uin et Uout :
k = Iin / Iout ( = N2 / N1 )
(notez bien que k = Iin / Iout et non Iout / Iin)
Si la puissance est conservée entre l'entrée du transformateur (son primaire) et sa sortie (son secondaire), alors on peut prévoir que l'enroulement secondaire sera fait d'un fil plus gros que celui utilisé pour le primaire si le transformateur est de type abaisseur de tension, puisque le courant sera inversement proportionnel à la tension (courant plus élevé si tension plus faible et pour une puissance donnée). Selon la même logique et à l'inverse, le fil constituant le secondaire d'un transformateur élévateur de tension sera plus fin que celui constituant le primaire.
Impédance d'entrée et de sortie d'un transformateur (domaine audio)
Nous avons vu qu'un transformateur pouvait jouer le rôle d'adaptateur de tension, en délivrant sur son secondaire une tension plus élevée ou plus basse que celle présentée au primaire.
Un transformateur peut aussi jouer le rôle d'adaptateur d'impédance, aussi bien en faible puissance (en entrée d'un préamplificateur pour microphone ou d'une boîte de direct) qu'en forte puissance (en sortie d'un amplificateur à lampes / tubes électroniques).
Impédance
Quand on veut acheter un transformateur audio, on repère vite, dans la liste des caractéristiques techniques fournies par le fabricant, celles qui concernent son impédance d'entrée (primaire) et son impédance de sortie (secondaire). Parfois, les deux valeurs sont "collées l'une à l'autre" et simplement séparées par le caractère ":" (2 points). Par exemple, "600:600" signifie "entrée 600 ohms et sortie 600 ohms".
Transformateurs de marque Jensen pour des entrées "microphone"
La première ligne du tableau ci-devant semble indiquer que le transformateur JT-MB-CA possède une impédance d'entrée de 150 ohms et une impédance de sortie de 150 ohms (information "150:150" dans la colonne "Impedance Ratio" surlignée en vert) et que son rapport de transformation est de 1:1 (information "1:1" dans la colonne "Turns Ratio" surlignée en violet). La deuxième ligne semble indiquer que le transformateur JT-115K-E possède une impédance d'entrée de 150 ohms et une impédance de sortie de 15 kO (150:15k) et que son rapport de transformation est de 1:10. La cinquième ligne quant à elle semble indiquer que le transformateur JT-13K7-A possède une impédance d'entrée de 150 ohms et une impédance de sortie de 1,8 kO (150:3k8) et que son rapport de transformation est de 1:5.
Ce type d'information est même parfois indiqué sur le transformateur lui-même... de manière plus ou moins complète :
Ze = 200 ohms et Zs = 22 kO (photo de gauche), Zp > 15 kO (photo au centre), Zs < 50 ohms (photo de droite)... Qu'en penser ?
Si on regarde de près les données du tableau précédent fourni par Jensen, on constate un fait extraordinaire : il y a un lien entre le rapport des impédances et le rapport de transformation (rapport entre nombre de spires des enroulements primaire et secondaire). Le rapport des impédances correspond en effet à la valeur du rapport de transformation k élevée au carré (k²).
- JT-MB-CA => Rapport de transformation = 1:1 (= 1,0) et rapport d'impédance = 150:150 (= 1,0) => 1,0² = 1,0
- JT-115K-E => Rapport de transformation = 1:10 (= 0,1) et rapport d'impédance = 150:15k (= 0,01) => 0,1² = 0,01
- JT-13K7-A => Rapport de transformation = 1:5 (= 0,2) et rapport d'impédance = 150:3k8 (= 0,04) => 0,2² = 0,04
Là où les choses deviennent drôles, c'est quand vous apprennez que les valeurs d'impédances spécifiées par le fabricant ne correspondent pas aux impédances d'entrée (primaire) et de sortie (secondaire) du transformateur ! Au lieu de cela, elles font référence aux impédances de sources et de charges pour lesquelles le transformateur a été conçu et pour lesquelles il offrira les meilleures performances. Le choix du "bon" transformateur audio ne se fait donc pas au hasard, il implique de connaître dans le détail les appareils branchés sur son primaire et sur son secondaire.
Une phrase très "mathématique" résume la situation :
Un transformateur reflète vers le primaire la charge qu'il voit au secondaire, au carré du rapport de transformation près.
Z1 / Z2 = (N1 / N2)² = k²N1 / N2 = racine carrée de (Z1 / Z2)
N1 = nombre de spires au primaire et N2 = nombre de spires au secondaire
Z1 = impédance vue du primaire et Z2 = impédance vue du secondaire
Exemple pratique : transformateur pour ampli de puissance à lampes
Supposons que l'impédance de sortie d'un amplificateur à lampe est de 3500 ohms et qu'on veut y raccorder un haut-parleur dont l'impédance est de 8 ohms. Il est impossible (et totalement interdit) de raccorder directement les deux éléments entre eux.
Le transformateur TR1 assure l'adaptation en impédance pour un transfert optimal de l'énergie
Si l'impédance de sortie de l'ampli à lampe Z1 est de 3500 ohms et si l'impédance du haut-parleur Z2 est de 8 ohms, alors :
rapport d'impédance = Z1 / Z2 = 3500 / 8 = 437
Comme le rapport d'impédance est le carré du rapport de transformation, le rapport de transformation est la racine carrée du rapport d'impédance :
Rapport de transformation k = N1 / N2 = Racine carrée de 437 = 20,9
Exemple de transformateur audio pour ampli de puissance à lampe :
Remarque : un transformateur d'alimentation 230 V / 12 V présente un rapport k = 230 / 12 = 19. Un tel transformateur conviendrait donc pour l'exemple ci-devant. Il faudrait toutefois vérifier son comportement sur l'ensemble de la bande passante (20 Hz à 20 kHz).
Exemple pratique : transformateur de sortie pour microphone
Un transformateur audio abaisseur peut être utilisé dans un microphone ou dans une boite de direct (DI) passive, il s'agit dans ce cas d'un transformateur audio de faible puissance. Celui visible sur la photo de droite ci-après (modèle BV107 / 09-107) est utilisé dans le microphone Neumann KM84. C'est nettement moins gros qu'un transformateur de sortie de puissance !
Photo de droite : transformateur audio Neumann BV107
Valeurs d'impédances optimales
On trouve de plus en plus de constructeurs qui spécifient des valeurs d'impédance de source et de charge optimales, par exemple :
- Transfo ligne Monacor LTR-110 : optimisé pour une source comprise entre 50 et 600 ohms et pour une charge supérieure à 5 kO
- Transfo ligne Neutrik NTL1 : clairement identifié pour usage avec source 600 ohms et charge 10 kO
- Transfo ligne Neutrik NTE1 : optimisé pour une source comprise entre 200 et 600 ohms et une charge comprise entre 2 kO et 10 kO
Le transformateur Neutrick NTE1 par exemple peut être utilisé avec une source de 200 ohms et une charge de 2 kO, ou encore avec une source de 600 ohms et une charge de 10 kO.
Impédance (en alternatif) et résistance (en continu)
D'une manière très approximative, l'impédance d'entrée (primaire) ou de sortie (secondaire) vaut environ 10 fois la résistance en continu qu'on peut mesurer avec un ohmmètre. Mais cela n'est pas une vérité absolue : le transformateur Haufe RK283 par exemple qui est de type 300+300 ohms / 600 ohms (0;5+0,5:1) possède des enroulements de 12+12 / 21 ohms.
Une chose est certaine toutefois : la résistance en continu mesurée avec un ohmmètre est toujours très inférieure à l'impédance des enroulements.
Avertissement
: si en courant alternatif l'impédance des bobines peut être
assez élevée, la résistance en continu est faible. Le risque
est
donc élevé de griller un enroulement en lui appliquant un courant
continu ! Même si l'enroulement ne grille pas, la présence d'une
tension continue peut "magnétiser" le transformateur et causer une
dégradation sonore.
Caractéristiques principales d'un transformateur
-Tension d'entrée (en V)
Pour un transformateur d'alimentation secteur, la tension d'entrée nominale correpond à l'amplitude du signal (exprimé en volts efficaces RMS) pour laquelle le transformateur a été dimensionné. Une tension d'entrée plus faible ne pose pas de problème. Une tension d'entrée plus élevée que la valeur nominale est déconseillée, mais le plus souvent un dépassement allant jusqu'à +10% est toléré.
Pour un transformateur audio, il s'agit de l'amplitude maximale du signal (exprimé en volts efficaces RMS ou en dBu voire en dBm) à partir de laquelle le transformateur commence à saturer.
Tension de sortie (en V)
Pour un transformateur d'alimentation secteur, la tension de sortie correspond à la tension délivrée par le secondaire quand la tension d'entrée est égale à la tension nominale, et que le courant de sortie est au maximum de ce que le transformateur est autorisé à fournir. Avec un courant débité au secondaire inférieur au courant maximal autorisé, la tension de sortie est plus élevée que celle spécifiée (le surplus peut aller de +5% à +20% selon le type et la puissance du transformateur).
Pour un transformateur audio, on spécifie rarement la tension de sortie, car il n'existe pas de tension d'entrée nominale (la tension d'entrée n'est pas "figée" comme dans le cas d'un transformateur d'alimentation).
Puissance (en W ou en VA)
Pour un transformateur d'alimentation secteur, la puissance qu'il peut fournir dépend de la tension qu'il délivre au secondaire et du courant qu'il peut débiter sur ce même secondaire. Pour les transformateurs d'alimentation, l'unité de puissance est plus souvent le VA (Volt-Ampère) que le W (watt), du fait de son utilisation en alternatif et avec des charges qui ne sont pas forcement uniquement résistives (quand la charge est purement résistive, le VA est équivalent au W). Puisque le transformateur présente des pertes (plus ou moins importantes selon son type), mieux vaut ne pas choisir un transformateur de puissance calculée au plus juste, il risquerait de trop chauffer.
Pour un transformateur audio, la notion de puissance n'a de sens que s'il s'agit d'un transformateur de sortie pour amplificateur à lampes et dans ce cas, la puissance est exprimée en watts. Dans le cas d'un petit transformateur BF, on ne cherche pas à transmettre de la puissance, mais une tension.
Fréquence de fonctionnement (bande passante)
Pour un transformateur d'alimentation, la fréquence de fonctionnement optimale est de 50 Hz (Europe), 60 Hz (Etats-Unis) ou 400 Hz (aviation). La bande passante est très étroite, le but de ce type de transformateur étant de travailler avec une fréquence fixe.
Pour un transformateur audio, la bande passante est une des caractéristiques qui conditionne la qualité du transformateur. Un transformateur de haute qualité peut sans problème passer la totalité de la bande audio 20 Hz à 20 kHz.
Isolement entre primaire et secondaire
Il s'agit de la tension maximale au-delà de laquelle il y a risque d'amorçage entre les deux enroulements. La tension d'isolement va généralement de quelques kV (milliers de volts) à quelques dizaines de kV.
Types de transformateurs
Il existe quatre grands types de transformateurs :
- transformateur "EI"
- transformateur toriques
- transformateur "C" (C-core)
- transformateur "R" (R-core)
Transformateur de type "EI"
Ces transformateurs sont composés de toles en forme de "E" et de "I"
Exemples de transformateurs à souder sur circuit imprimé :
Exemples de transformateurs à étrier (à fixer sur panneau) :
Un transformateur "E-I" est moins perméable qu'un torique à une pollution électrique venant du 230 V. Mais ce type de transformateur ne possède pas toujours un écran entre primaire et secondaire (quand il en possède un, le prix s'envole).
Transformateurs toriques
Les transformateurs d'alimentation toriques présentent de faibles fuites magnétiques et sont très souvent utilisés dans le domaine audio, notamment quand ils doivent être placés à proximité de circuits très sensibles aux champs magnétiques (transformateur d'entrée audio dans un préamplificateur pour microphone, par exemple).
Transformateur "double C" (C-core)
Ce type de transformateur a été conçu pour occuper moins de place en hauteur.
Il présente un bon rendement, un échauffement réduit, des dimensions réduites, un poids réduit, des bruits parasites inexistants et moins de rayonnement électromagnétique que des bobinages classiques "EI" de même puissance.
Transformateur de type "R" (R-core)
Les transformateurs de type "R" présentent eux aussi de faibles fuites magnétiques.
Leur coût est moindre pour les petites puissances (ils sont plus simple à produire) et ils présentent un très bon taux de régulation (écart entre tension à vide et tension à charge nominale < à 4% au lieu de > à 10% pour un torique). Les pertes de flux très faibles n'imposent pas de blindage. Capacité parasite primaire / secondaire très faible, consommation à vide faible, échauffement faible et circuit silencieux...
Transformateur pour disjoncteur ou interrupteur différentiel
Bien que ce type de transformateur n'est pas du tout prévu pour un usage en audio, il est intéressant d'en connaître le principe.
Un disjoncteur ou interrupteur différentiel inclus dans une installation électrique permet de couper l'arrivée secteur en cas de détection d'une fuite de courant (qui pourrait par exemple avoir lieu dans un corps humain, donc danger). Le rôle de ce type d'équipement est la protection des personnes, pas la protection des matériels.
Dans les exemples de transformateurs vus ci-devant, le principe repose sur un bobinage primaire qui quand il est parcouru par un courant, transmet son flux magnétique à un bobinage secondaire. Dans un disjoncteur ou interrupteur différentiel, il y a deux bobinages primaires montés en sens inverse. L'un des deux est parcouru par le courant de phase et l'autre par le courant de neutre. En absence de défaut (pas de fuite de courant et donc courant identique dans la phase et le neutre), les champs magnétiques développés par les deux bobinages primaires s'annulent et le bobinage secondaire ne délivre aucune tension. En revanche en cas de défaut (fuite de courant vers la terre, quelque part dans l'installation) les champs magnétiques des deux bobinages primaires ne sont plus identiques et leur soustraction engendre une valeur non nulle. Il existe donc dès lors un champ magnétique suffisant capté par le bobinage secondaire pour déclencher le système de protection.
Source image : Chani tth, CC BY-SA 3.0 - https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7929380
Elèves :
Un transformateur de ce type (différentiel) pourrait-il trouver une utilisation dans le domaine audio pro ?
Quel est le meilleur type de transformateur d'alimentation pour l'audio ?
La question arrive forcément un jour ou l'autre et la réponse
est... ça
dépend de la qualité de fabrication du transformateur !
Un bon transformateur "EI" est
préférable à un mauvais transformateur torique et un bon
torique est mieux
qu'un
mauvais "EI". D'une
manière générale, on peut tout de même retenir les points suivants :
- un transformateur tolé "EI" rayonne un peu autour de lui, mais bride moins les appels de courant. La problématique du rayonnement peut être résolue en inclinant le transformateur dans le sens vertical (en surélevant un de ses cotés)
- un transformateur torique présente un bon rendement et rayonne peu autour de lui, mais il s'oppose un peu plus aux appels de courant et provoque un appel de courant plus élevé au démarrage. On le préfère pour les fortes puissances.
- pour les faibles puissances, les "EI" et "C" sont très biens, surtout si les enroulements primaire et secondaire sont bien séparés et non superposés (capacité parasite moindre entre les deux).
Exemples pratiques (systèmes commerciaux)
Les portions de schémas ci-après montrent quelques exemples d'utilisation de transformateurs audio dans des applications commerciales (égaliseur, microphone, table de mixage, etc)
Microphone électrostatique à condensateur Neuman U47
-
Egaliseur TAB EQ-T-40-EK-1 (étage d'entrée ligne)
Le signal audio à traiter (niveau ligne) est appliqué en symétrique sur le primaire du transformateur Tr1 (entrée Eing.+6dBm). Le secondaire de Tr1 fournit un signal désymétrisé, car une de ses broches de sortie (broche "inférieure sur le schéma) est reliée à la masse (0 V). Le signal asymétrique parvient à l'AOP "5534" qui est monté en suiveur de tension (pas besoin de gain ici, on est déjà en niveau ligne). Notez la présence du condensateur de liaison C1 inséré entre la sortie du transformateur et l'entrée non-inverseuse (broche 3) de l'AOP... Ce condensateur évite que la tension continue présente à l'entrée non-inverseuse (broche 3) de l'AOP (apportée par R3) ne retourne en arrière, sur l'enroulement secondaire du transformateur Tr1.
Microphone électrostatique (à condensateur) Neumann KM84
L'extrait de schéma qui suit représente le circuit d'adaptation mis en oeuvre dans le microphone Neumann KM84. Un transformateur audio BV107 est utilisé en sortie, le signal audio sort en symétrique flottant.
Préamplificateur à tube pour microphone
Un transformateur d'entrée de rapport 1:10 et un transformateur de sortie de rapport 4:1.
Source : https://tapeop.com/interviews/30/build-tube-mic-pre/
Préamplificateur microphone API312
Un transformateur audio en entrée et un transformateur audio en sortie.
Préamplificateur microphone Telefunken V373 (1969)
Extrait de schéma montrant l'étage de sortie du préamplificateur avec un transformateur à 1 primaire et 2 secondaires identiques.
Microphones à ruban
Le ruban d'un microphone à ruban présente une impédance de sortie très faible, comprise entre 1 et 10 ohms, généralement 3 ou 4 ohms. Un transformateur est généralement ajouté au ruban, directement dans le corps du microphone, pour porter l'impédance de sortie à une valeur plus normalisée, de l'ordre de 200 ohms. Voici quelques références de transformateurs audio spécialement conçus et optimisés pour les microphones à ruban :
- Edcor RMX1 - rapport 1:37 (30 euros environ)
- Lundahl LL2912 - rapport 1:37 (80 euros environ)
- Cinemag 9887/9888 - rapport 1:35 ou 1:28 (65 euros environ)
- AMI TR42 - rapport 1:40 (90 euros environ)
Edcor RMX1
Lundahl LL2912
Cinemag 9887
AMI TR42
Curieusement, et pour montrer que la loi du rapport 10 pour Ze / Zs n'est pas immuable, un microphone à ruban sans transformateur adaptateur d'impédance (et donc avec une impédance de sortie de seulement quelques ohms) peut sonner mieux avec un préampli dont l'impédance d'entrée est de 10 kO !
Averissement
:
Attention
aux microphones à ruban "pas chers" qui parfois ne comportent pas le
transformateur adaptateur d'impédance.
Obtenir de bons résultats avec ce type de microphone impose l'emploi
d'un très bon
préamplificateur !