Autotransformátor má jedno vinutí se dvěma koncovými svorkami a jednou nebo více svorkami na mezilehlých odbočkách. Je to transformátor, u kterého mají primární a sekundární cívky část svých závitů společnou. Část vinutí, která je společná pro primární i sekundární vinutí, může být a často se označuje jako „společná část“. Část vinutí, která není společná pro primární a sekundární vinutí, může být a často se označuje jako „sériová sekce“. Primární napětí se přivádí přes dvě svorky. Sekundární napětí se odebírá ze dvou svorek, z nichž jedna svorka je obvykle společná se svorkou primárního napětí.
Protože volty na závit jsou v obou vinutích stejné, každé z nich vyvíjí napětí úměrné počtu svých závitů. V autotransformátoru teče část výstupního proudu přímo ze vstupu na výstup (přes sériovou část) a pouze část se přenáší induktivně (přes společnou část), což umožňuje použít menší, lehčí a levnější jádro a také vyžaduje pouze jedno vinutí. Nicméně poměr napětí a proudu autotransformátorů lze formulovat stejně jako u jiných dvouvinutých transformátorů:
V 1 V 2 = N 1 N 2 = a {\displaystyle {\frac {V_{1}}{V_{2}}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}}=a}
(0<V2<V1)
Ampérzávity, které poskytuje sériová část vinutí:
F S = ( N 1 – N 2 ) I 1 = ( 1 – 1 a ) N 1 I 1 {\displaystyle F_{S}=(N_{1}-N_{2})I_{1}=\left(1-{\frac {1}{a}}}\right)N_{1}I_{1}}}.
Ampérzávity poskytované společnou částí vinutí:
F C = N 2 ( I 2 – I 1 ) = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\displaystyle F_{C}=N_{2}(I_{2}-I_{1})={\frac {N_{1}}{a}}(I_{2}-I_{1})}
Pro ampérovou bilanci FS = FC:
( 1 – 1 a ) N 1 I 1 = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\displaystyle \left(1-{\frac {1}{a}}}\right)N_{1}I_{1}={\frac {N_{1}}{a}}(I_{2}-I_{1})}
Takže:
I 1 I 2 = 1 a {\displaystyle {\frac {I_{1}}}{I_{2}}}={\frac {1}{a}}}}}
Jeden konec vinutí je obvykle připojen společně ke zdroji napětí i k elektrické zátěži. Druhý konec zdroje a zátěže je připojen k odbočkám podél vinutí. Různé odbočky na vinutí odpovídají různým napětím, měřeným od společného konce. U snižovacího transformátoru je zdroj obvykle připojen přes celé vinutí, zatímco zátěž je připojena odbočkou pouze přes část vinutí. U zvyšovacího transformátoru je naopak zátěž připojena přes celé vinutí, zatímco zdroj je připojen k odbočce přes část vinutí. U stupňovitého transformátoru se ve výše uvedených rovnicích přehodí indexy, kde jsou v této situaci N2 a V2 větší než N1 a V1.
Stejně jako u dvouvinutého transformátoru je poměr sekundárních a primárních napětí roven poměru počtu závitů vinutí, ke kterému se připojují. Například při připojení zátěže mezi střed vinutí a společný konec svorky vinutí autotransformátoru bude výstupní napětí zátěže odpovídat 50 % primárního napětí. V závislosti na aplikaci může být ta část vinutí, která se používá výhradně v části s vyšším napětím (nižším proudem), navinuta drátem menšího průřezu, i když je celé vinutí přímo připojeno.
Použije-li se jedna ze středových odboček pro zem, pak lze autotransformátor použít jako balun k převodu vyváženého vedení (připojeného ke dvěma koncovým odbočkám) na nesymetrické vedení (strana se zemí).
.