Что такое аудио трансформатор

В данной статье мы подробно разберем что такое аудио трансформатор, принцип его работы и многое другое.

Описание и принцип работы

Помимо повышения (увеличения) или снижения (уменьшения) напряжения сигнала, трансформаторы также имеют еще одно очень полезное свойство — изоляцию. Поскольку нет прямой электрической связи между их первичной и вторичной обмотками, трансформаторы обеспечивают полную электрическую изоляцию между их входными и выходными цепями, и это свойство изоляции также может использоваться между усилителями и громкоговорителями.

Мы видели в этом разделе о трансформаторах, что трансформатор — это электрическое устройство, которое позволяет синусоидальному входному сигналу (такому как аудиосигнал или напряжение) генерировать выходной сигнал или напряжение без того, чтобы входная сторона и выходная сторона были физически подключены к каждому из них. Эта связь достигается благодаря наличию двух (или более) катушек с проволокой (называемых обмотками) из изолированного медного провода, намотанных вокруг магнитно-мягкого железного сердечника.

аудио трансформатор

Когда сигнал переменного тока подается на первичную входную обмотку, соответствующий выходной сигнал переменного тока появляется на выходной вторичной обмотке благодаря индуктивной связи сердечника из мягкого железа. Соотношение витков между входной и выходной катушками обеспечивает увеличение или уменьшение приложенного сигнала при его прохождении через трансформатор.

Тогда аудиопреобразователи могут рассматриваться как повышающие или понижающие, но вместо того, чтобы наматывать их для получения определенного выходного напряжения, аудиопреобразователи в основном предназначены для согласования импедансов. Кроме того, трансформатор с отношением витков 1: 1 не изменяет уровни напряжения или тока, а вместо этого изолирует первичную цепь от вторичной стороны. Этот тип трансформатора обычно известен как изолирующий трансформатор.

Трансформаторы не являются интеллектуальными устройствами, но могут использоваться в качестве двунаправленных устройств, так что нормальная первичная входная обмотка может стать выходной обмоткой, а нормальная вторичная выходная обмотка может стать входной, и благодаря этой двунаправленной природе трансформаторы могут обеспечивать усиление сигнала при использовании в одном направлении или потеря сигнала при использовании в обратном направлении, чтобы помочь согласовать уровни сигнала или напряжения между различными устройствами.

Отметим также, что один трансформатор может иметь несколько первичных или вторичных обмоток, и эти обмотки также могут иметь несколько электрических соединений или «отводов» по ​​своей длине. Преимущество многоотводных аудиопреобразователей заключается в том, что они предлагают разные электрические импедансы, а также разные коэффициенты усиления или потерь, что делает их полезными для согласования импедансов усилителей и нагрузок динамиков.

Как следует из их названия, аудиопреобразователи предназначены для работы в звуковом диапазоне частот и, как таковые, могут применяться на входном каскаде (микрофоны), выходном каскаде (громкоговорители), межкаскадном соединении, а также согласовании импедансов усилителей. Во всех случаях необходимо учитывать частотную характеристику, первичное и вторичное сопротивление и возможности мощности.

Аудио и согласующие трансформаторы сопротивления похожи по конструкции на низкочастотные трансформаторы напряжения и мощности, но они работают в гораздо более широком частотном диапазоне частот. Например, голосовой диапазон от 20 Гц до 20 кГц. Аудио трансформаторы также могут проводить постоянный ток в одной или нескольких своих обмотках для использования в приложениях цифрового аудио, а также для преобразования уровней напряжения и тока на высокой частоте.

Сопротивление аудио трансформатора

Одним из основных применений для преобразователей частоты звука является согласование импеданса. Аудио трансформаторы идеально подходят для балансировки усилителей и нагрузок вместе, которые имеют разные входные / выходные сопротивления для достижения максимальной передачи мощности.

Например, типичный импеданс громкоговорителя находится в диапазоне от 4 до 16 Ом, тогда как полное сопротивление выходного каскада транзисторных усилителей может составлять несколько сотен Ом. Классическим примером этого является аудиопреобразователь LT700, который можно использовать на выходном каскаде усилителя для управления громкоговорителем.

Мы знаем, что для трансформатора соотношение между числом витков катушки на первичной обмотке (N P ) и числом витков катушки на вторичной обмотке (N S ) называется «отношением витков». Поскольку в каждом отдельном витке обеих обмоток индуцируется одинаковое количество напряжения, отношение первичного и вторичного напряжений (V P / V S ) будет таким же, как и отношение витков.

Аудиопреобразователи с согласованием импедансов всегда дают свое значение коэффициента импеданса от одной обмотки к другой на квадрат отношения их витков. Таким образом, их отношение полного сопротивления равно квадрату отношения витков, а также квадрату первичного и вторичного напряжения, как показано.

Аудио трансформатор соотношение импеданса

Аудио Трансформатор Импеданс Соотношение

Где Z P — сопротивление первичной обмотки, Z S — сопротивление вторичной обмотки, (N P / N S ) — отношение витков трансформаторов, а (V P / V S ) — отношение напряжений трансформаторов.

Так, например, аудиопреобразователь согласования импедансов, у которого коэффициент витков (или коэффициент напряжения), скажем, 2: 1, будет иметь коэффициент импеданса 4: 1.

Аудио трансформатор пример

Аудио трансформатор с отношением импеданса 15: 1 должен использоваться для согласования выходного сигнала усилителя мощности с громкоговорителем. Если выходное сопротивление усилителя составляет 120 Ом. Рассчитайте номинальный импеданс громкоговорителя, необходимый для максимальной передачи мощности.

номинальный импеданс громкоговорителя

Тогда усилитель мощности может эффективно управлять 8-омным динамиком.

100В линейный аудио трансформатор

Другое очень распространенное устройство для согласования импедансов предназначено для 100-вольтных линейных трансформаторов для передачи музыки и голоса по системам громкой связи. Эти типы потолочных акустических систем используют несколько громкоговорителей, расположенных на некотором расстоянии от усилителя мощности.

Используя линейные изолирующие трансформаторы, любое количество громкоговорителей с низким импедансом можно соединить вместе таким образом, чтобы они надлежащим образом загружали усилитель, обеспечивая согласование импеданса между усилителем (источником) и громкоговорителями (нагрузкой) для максимальной передачи мощности.

Поскольку потери мощности сигналов через кабели громкоговорителей пропорциональны квадрату тока (P = I 2 R) для данного сопротивления кабеля, в выходном напряжении усилителя, используемого для систем громкой связи (PA) или танной системы, используется стандартное и постоянное напряжение выходной уровень пика 100 вольт, (среднеквадратичное значение 70,7 вольт).

Так, например, 200-ваттный усилитель с 8-омным громкоговорителем выдает ток 5 А, в то время как 200-ваттный усилитель, использующий линию 100 В при полной мощности, выдает только 2 А, что позволяет использовать кабели меньшего сечения. Тем не менее, обратите внимание, что эти 100 вольт существуют только в линии, когда усилитель мощности, работающий на линии, работает на полной номинальной мощности, в противном случае снижается мощность (меньшая громкость звука) и линейное напряжение.

Таким образом, для линейной акустической системы 100 В (70,7 В среднеквадратичное значение) линейный трансформатор увеличивает напряжение выходного аудиосигнала до 100 В, так что ток в линии передачи для данной выходной мощности является сравнительно низким, что снижает потери сигнала, позволяя использовать кабели меньшего диаметра или измерительные кабели. использоваться.

Поскольку полное сопротивление типичного громкоговорителя, как правило, низкое, для каждого громкоговорителя, подключенного к линии 100 В, используется понижающий трансформатор согласования полного сопротивления (обычно называемый трансформатором линии на звуковую катушку), как показано на рисунке.

Трансформаторы ЛЭП 100В

Трансформаторы ЛЭП 100В

Здесь усилитель использует повышающий трансформатор для обеспечения постоянного напряжения линии передачи 100 В при пониженном токе для данной выходной мощности. Громкоговорители соединены вместе параллельно с каждым громкоговорителем, имеющим собственный понижающий трансформатор согласования импедансов, чтобы уменьшить вторичное напряжение и увеличить ток, тем самым согласовывая линию 100 В с низкими импедансами громкоговорителей.

Преимущество использования этого типа линии передачи звука состоит в том, что многие отдельные громкоговорители, динамики Tannoy или другие подобные звуковые приводы могут быть подключены к одной линии, даже если они имеют разные импедансы и возможности управления мощностью. Например, 4 Ом при 5 Вт или 8 Ом при 20 Вт.

точки отвода на первичной обмотке

Обычно согласующие трансформаторы линии передачи имеют несколько соединений, называемых точками отвода на первичной обмотке, что позволяет выбирать подходящие уровни мощности (и, следовательно, громкость звука) для каждого отдельного громкоговорителя. Кроме того, вторичная обмотка имеет одинаковые точки ответвления, предлагающие различные сопротивления, соответствующие сопротивлению подключенных динамиков.

В этом простом примере трансформатор линии-громкоговорителя 100 В может управлять нагрузками громкоговорителей 4, 8 или 16 Ом на своей вторичной стороне с номинальной мощностью усилителя 4, 8 и 16 Вт на своей первичной стороне в зависимости от выбранных точек ответвления. В действительности, линейные трансформаторы системы PA могут быть выбраны для любой комбинации последовательных и параллельно подключенных нагрузок динамиков с мощностью обработки до нескольких киловатт.

Но наряду с линейными трансформаторами, согласующими полное сопротивление с постоянным напряжением, аудио трансформаторы могут использоваться для подключения устройств ввода с низким сопротивлением или низкого сигнала, таких как микрофоны, датчики с подвижной катушкой, линейные входы и т. Д., К усилителю или предварительному усилителю. Поскольку входные аудиопреобразователи должны работать в широком диапазоне частот, они обычно проектируются таким образом, чтобы внутренняя емкость их обмоток резонировала с его индуктивностью, чтобы улучшить диапазон рабочих частот, что позволяет уменьшить размер сердечника трансформатора.

В этой статье о аудиопреобразователях мы видели , что аудиопреобразователи используются для согласования импедансов между различными аудиоустройствами, например, между усилителем и динамиком в качестве линейного драйвера, или между микрофоном и усилителем для согласования импедансов. В отличие от силовых трансформаторов, которые работают на низких частотах, таких как 50 или 60 Гц, аудиопреобразователи предназначены для работы в диапазоне звуковых частот, который составляет примерно от 20 Гц до 20 кГц или намного выше для радиочастотных трансформаторов.

Благодаря этой широкой полосе частот сердечник аудиопреобразователей изготавливается из специальных марок стали, таких как кремниевая сталь, или из специальных сплавов железа, которые имеют очень низкие потери гистерезиса. Один из основных недостатков аудиопреобразователей заключается в том, что они могут быть несколько громоздкими и дорогими, но использование специальных материалов сердечника позволяет уменьшить размеры. Это потому, что, как правило, размер сердечника трансформатора увеличивается с уменьшением частоты питания.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...