Как работают звуковые трансформаторы, их типы и соотношение импеданса


Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает энергию между двумя или более цепями посредством электромагнитной индукции. Трансформатор может повышать или понижать напряжение сигнала. Трансформатор не имеет прямой связи между первичной и вторичной обмотками, электрическая энергия передается с помощью электромагнитной индукции. Благодаря этому свойству изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатор обеспечивает электрическую изоляцию между первичной и вторичной обмотками, то есть между входом и выходом или наоборот. Более подробно про их принцип действия можете прочитать в статье про трансформаторы.

Внешний вид и распиновка аудио трансформатора

Звуковой трансформатор

Трансформатор получает синусоидальный входной сигнал и преобразует его в выходной сигнал. Во время процесса преобразования между этими сигналами нет физических связей. Это преобразование на самом деле происходит с помощью двух или более изолированных катушек из медного провода (которые обозначаются как обмотки), намотанных вокруг железного магнитного сердечника.

Звуковой трансформатор (также называемый аудио трансформатором, в англ. -  Audio Transformer) использует это свойство изоляции и создает изоляцию между выходными динамиками или аудиосхемой с системой усилителя на входной стороне трансформатора. В таком случае соотношение витков первичной и вторичной обмоток устанавливается равным 1:1. Благодаря этому трансформатор не меняет ни напряжение, ни уровень тока. Он лишь создает изоляцию между входными усилителями и выходной акустической системой.

Обозначение звукового трансформатора на схемах

Помимо изолирующего трансформатора, имеется еще один аудио трансформатор, который будет изменять уровень выходного напряжения в зависимости от входного сигнала переменного тока. Громкоговоритель представляет собой огромную нагрузку, и для создания надлежащей звуковой вибрации ему необходимо обеспечить необходимый ток и напряжение. Аудиотрансформатор с функцией повышения повышает напряжение или уровень тока для подачи на него нагрузки. То же самое происходит и с понижающим трансформатором. Он преобразует напряжение из более высокого в более низкое с увеличением выходного тока.

Аудиотрансформатор также обеспечивает характеристики согласования импеданса. Когда выход одной схемы или устройства напрямую подключен к входу другого устройства, очень важно, чтобы выходное и входное сопротивление устройства совпадали - именно в этом случае достигается максимальный коэффициент передачи по мощности. Трансформатор согласования импеданса обеспечивает эту функцию и преобразует выходной сигнал с более высоким импедансом в более низкий импеданс для управления динамиком с низким импедансом или подачи на другое устройство с низким импедансом.

Работа звукового трансформатора и его конструкция

Хотя звуковой трансформатор не имеет физического соединения между первичной и вторичной катушками, трансформатор обеспечивает двунаправленную связь между этими двумя обмотками. Мы также можем использовать одну и ту же первичную сторону как вторичную, а вторичную — как первичную. В таком случае трансформатор обеспечивает потерю сигнала в одном направлении и усиление сигнала в обратном направлении или наоборот.

Аудиотрансформатор работает на частотах от 20 Гц до 20 кГц. Таким образом, работа аудиотрансформатора имеет гораздо более широкий частотный диапазон.

Как обсуждалось выше, звуковой трансформатор использует технику балансировки импеданса. Это очень полезно для балансировки усилителей и нагрузок (громкоговорителей и других), которые используют разные входные или выходные импедансы для обеспечения максимальной передачи мощности.

В наши дни импеданс динамиков колеблется от 4 до 16 Ом, обычно доступны динамики с сопротивлением 4 Ом, 8 Ом или 16 Ом, тогда как транзисторные или твердотельные усилители используют выходное сопротивление 200–300 Ом. Если усилитель выполнен в стиле ретро, ​​например, старый ламповый или ламповый усилитель, то его выходное напряжение иногда достигает 300 В с сопротивлением 3 кОм. В этом случае нам нужен согласующий импедансный трансформатор, который преобразует высокий импеданс в низкий импеданс и должен преобразовывать напряжение и ток до уровня, который будет напрямую управлять громкоговорителем.

Трансформатор может иметь несколько обмоток на первичной и вторичной стороне. Соотношение между первичной и вторичной обмотками, числом витков на первичной стороне (Np) и числом витков на вторичной стороне (Ns) называется коэффициентом витков. Это соотношение витков также определяет соотношение первичного и вторичного напряжений, поскольку напряжение прямо пропорционально виткам первичной и вторичной обмотки. То есть:

NP /NS = VP/VS

Коэффициент импеданса звукового трансформатора

Импеданс является наиболее важным фактором для согласующих трансформаторов импеданса. Для них соотношение импедансов между первичной и вторичной обмотками можно рассчитать, используя количество витков первичной и вторичной обмоток или первичное и вторичное выходное напряжение.

Чтобы рассчитать коэффициент импеданса, нам нужно возвести в квадрат коэффициент трансформации трансформатора или коэффициент напряжения трансформатора. Получаем:

Коэффициент импеданса звукового трансформатора

В приведенном уравнении ZP    — первичный импеданс, а ZS — вторичный импеданс. NP /NS — соотношение витков в обмотках трансформатора, а VP /V S — коэффициент трансформации трансформатора по напряжению (коэффициент напряжения). Коэффициент импеданса — это квадрат коэффициента витков или коэффициента напряжения. Таким образом, трансформатор с соотношением витков или напряжением 4:1 может обеспечить соотношение импеданса 16:1.

Пример расчета коэффициента импеданса звукового трансформатора

Мы можем рассчитать некоторые практические значения в зависимости от формул, приведенных выше.

Предположим, что трансформатор с соотношением витков 25:1 используется для балансировки выхода усилителя мощности с громкоговорителем. Усилитель мощности обеспечивает выходное сопротивление 100 Ом. Каким будет номинальное сопротивление динамика, необходимое для максимальной передачи мощности?

Решение:

Пример расчета коэффициента импеданса звукового трансформатора

Таким образом, используя трансформатор с соотношением витков 25:1 на усилителе мощности 100 Ом, мы сможем эффективно управлять громкоговорителем с сопротивлением 4 Ом с максимальной передачей мощности.

Типы звуковых трансформаторов

Как обсуждалось в приведенном выше сегменте, звуковой трансформатор можно использовать в нескольких приложениях. Но, как правило, для целей, связанных со звуком, в основном используются три типа аудио трансформаторов .

  1. Трансформатор согласования импеданса.
  2. Повышающий аудио трансформатор с широким частотным диапазоном, находящимся в пределах слышимой частоты.
  3. Понижающий аудио трансформатор с широким частотным диапазоном, находящимся в пределах слышимой частоты.

Также доступен еще один специальный аудио трансформатор, который полезен для цифровых аудио приложений и обычно работает на высоких частотах.

Трансформаторы также могут иметь несколько первичных и вторичных отводов, что дает пользователю возможность менять выходные устройства без замены дорогостоящего звукового трансформатора. Например, трансформатор может иметь несколько вторичных отводов для подключения нескольких нагрузок с сопротивлением 4 Ом, 8 Ом или даже 16 Ом, но при работе с ним к нагрузке необходимо подключать только один отвод. Такие трансформаторы, как правило, дороги, и их можно найти в ретро-музыкальных системах или усилителях.

Трансформатор может иметь разные корпуса в зависимости от того, где он будет использоваться.  Трансформатору, монтируемому на шасси, требуется поддерживающее шасси, чтобы выдержать его громоздкий вес. Кроме того, существуют звуковые трансформаторы, монтируемые на печатные платы, различных форм и размеров в зависимости от их характеристик и использования.

Микрофонный трансформатор

Трансформатор микрофона в основном используется для балансировки импеданса между системой усилителя и микрофоном. Это очень важно, поскольку из-за несбалансированного импеданса на входе усилителя и выходе микрофона произойдет потеря сигнала.

Трансформатор микрофона не уменьшает гул. Для подключения микрофонного трансформатора необходима витая пара с заземляющими проводами. Провод состоит из двух жил, плотно свитых между собой и окруженных токопроводящей оплеткой или фольгой. Этот провод эффективно снижает гудящие шумы и внешние шумовые помехи.

Обозначение микрофонного трансформатора на схемах

Трансформатор, который имеет одну первичную обмотку и получает несимметричный входной сигнал, а также имеет вторичную обмотку с центральным отводом, которая обеспечивает сбалансированный выход, называется балунным трансформатором (балуном). В такой конфигурации усилитель получает идеально сбалансированный сигнал.

Трансформатор линейного аудиосигнала 100 В

Существуют такие сценарии, когда несколько громкоговорителей соединены вместе в системах громкой связи большого радиуса действия, которые подключены к одной системе усилителя. Проблема возникает, когда для подключения выхода усилителя и входа громкоговорителя используются длинные провода. Сопротивление проводов ухудшает качество сигнала, а потеря сигнала происходит из-за плохой амплитуды сигнала на динамиках.

В связи с этим используются два специальных трансформатора: один повышающий, другой понижающий . Повышающий трансформатор увеличивает напряжение выходного аудиосигнала до 100 В. Согласно формуле P(W) = V x A, при увеличении напряжения ток уменьшается для заданной мощности. Сопротивление не будет эффективным при слабом сигнальном токе. Сигнал будет передаваться идеально.

Повышающий до 100 В трансформатор

На другом конце каждого громкоговорителя установлен понижающий трансформатор с устройством согласования импеданса. Он понижает напряжение 100 В до напряжения громкоговорителя и увеличивает ток. Трансформатор также согласовывает импеданс для максимальной передачи мощности.

Понижающий со 100 В трансформатор с несколькими отводами

Этот тип аудио трансформаторов называется аудио трансформатором, соответствующим линии передачи. Они имеют несколько соединений как на первичной, так и на вторичной стороне. Как правило, для обеспечения подходящего уровня мощности используются отводы на первичной стороне, поэтому коэффициент усиления можно контролировать с помощью соединений отводов. А на вторичной стороне есть несколько отводов, которые полезны для подключения динамиков с разным сопротивлением к динамику с разным сопротивлением в зависимости от выбора и доступности.

Многие современные линейные трансформаторы профессиональных усилителей обеспечивают высокую мощность, а также различные конфигурации для параллельного или последовательного соединения громкоговорителей.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
162 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *