Autotransformator ma pojedyncze uzwojenie z dwoma zaciskami końcowymi i jednym lub więcej zacisków w pośrednich punktach zaczepienia. Jest to transformator, w którym uzwojenia pierwotne i wtórne mają część wspólnych zwojów. Część uzwojenia wspólna dla uzwojenia pierwotnego i wtórnego może być, i często jest, określana jako „część wspólna”. Część uzwojenia, która nie jest wspólna dla uzwojenia pierwotnego i wtórnego może być, i często jest, nazywana „częścią szeregową”. Napięcie pierwotne jest przyłożone do dwóch zacisków. Napięcie wtórne jest pobierane z dwóch zacisków, z których jeden jest zwykle wspólny z zaciskiem napięcia pierwotnego.
Ponieważ napięcie na obrót jest takie samo w obu uzwojeniach, każde z nich wytwarza napięcie proporcjonalne do liczby zwojów. W autotransformatorze część prądu wyjściowego przepływa bezpośrednio z wejścia do wyjścia (przez część szeregową), a tylko część jest przenoszona indukcyjnie (przez część wspólną), co pozwala na zastosowanie mniejszego, lżejszego i tańszego rdzenia, a także wymaga tylko jednego uzwojenia. Jednakże stosunek napięć i prądów autotransformatorów można sformułować tak samo jak innych transformatorów dwuuzwojeniowych:
V 1 V 2 = N 1 N 2 = a {frac {V_{1}}{V_{2}}}={frac {N_{1}}{N_{2}}}}=a}.
(0<V2<V1)
Amperozwrotność dostarczana przez sekcję szeregową uzwojenia:
F S = ( N 1 – N 2 )I 1 = ( 1 – 1 a ) N 1 I 1 {styl F_{S}=(N_{1}-N_{2})I_{1}}=lewa(1-{frac {1}{a}}}prawa)N_{1}I_{1}}}
Amperozwrotność dostarczana przez wspólny przekrój uzwojenia:
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})}
Dla równowagi amperozwojowej, FS = FC:
( 1 – 1 a ) N 1 I 1 = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {{displaystyle \left(1-{frac {1}{a}}}}prawo)N_{1}I_{1}={{frac {N_{1}}{a}}}(I_{2}-I_{1})}
Therefore:
I 1 I 2 = 1 a {{displaystyle {{frac {I_{1}}{I_{2}}}}={{frac {1}{a}}}}.
Jeden koniec uzwojenia jest zwykle połączony wspólnym końcem zarówno ze źródłem napięcia, jak i z obciążeniem elektrycznym. Pozostałe końce źródła i obciążenia są podłączone do odczepów wzdłuż uzwojenia. Różne odczepy na uzwojeniu odpowiadają różnym napięciom, mierzonym od wspólnego końca. W transformatorze step-down źródło jest zwykle podłączone przez całe uzwojenie, podczas gdy obciążenie jest podłączone przez odczep tylko przez część uzwojenia. W transformatorze step-up, odwrotnie, obciążenie jest podłączone przez całe uzwojenie, podczas gdy źródło jest podłączone do zaczepu przez część uzwojenia. W przypadku transformatora skokowego indeksy w powyższych równaniach są odwrócone, gdzie w tej sytuacji N2 i V2 są większe niż N1 i V1, odpowiednio.
Jak w transformatorze dwuuzwojeniowym, stosunek napięć wtórnych do pierwotnych jest równy stosunkowi liczby zwojów uzwojenia, z którym są połączone. Na przykład, podłączenie obciążenia pomiędzy środkiem uzwojenia i wspólnym końcem uzwojenia autotransformatora spowoduje, że wyjściowe napięcie obciążenia będzie wynosiło 50% napięcia pierwotnego. W zależności od zastosowania, część uzwojenia używana wyłącznie w części o wyższym napięciu (niższym prądzie) może być nawinięta drutem o mniejszym przekroju, chociaż całe uzwojenie jest bezpośrednio połączone.
Jeśli jeden z odczepów środkowych jest używany do uziemienia, to autotransformator może być używany jako balun do przekształcania linii zbalansowanej (podłączonej do dwóch odczepów końcowych) na linię niezbalansowaną (strona z uziemieniem).