音頻變壓器阻抗匹配及案例

音頻變壓器設(shè)計(jì)用于音頻放大器應(yīng)用，用于放大器和揚(yáng)聲器的耦合和阻抗匹配

以及升壓（增加）或降低（降低）信號電壓，變形金剛還有一個非常有用的屬性，隔離。由于它們的初級和次級繞組之間沒有直接的電氣連接，變壓器在其輸入和輸出電路之間提供完全的電氣隔離，并且這種隔離特性也可用于放大器和揚(yáng)聲器之間。

我們在此看到關(guān)于變壓器的部分，變壓器是一種電氣設(shè)備，它允許正弦輸入信號（例如音頻信號或電壓）產(chǎn)生輸出信號或電壓，而輸入側(cè)和輸出側(cè)之間沒有物理連接。這種耦合是通過在軟磁鐵芯上纏繞兩根（或多根）絕緣銅線的線圈（稱為繞組）來實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)AC信號施加到初級輸入繞組時(shí)，由于軟鐵芯的感應(yīng)耦合，在輸出次級繞組上出現(xiàn)相應(yīng)的AC信號。輸入和輸出線圈之間的匝數(shù)比在通過變壓器時(shí)提供所施加信號的增加或減少。

然后，音頻變壓器可被視為升壓或步進(jìn) - 向下型，但不是被纏繞以產(chǎn)生特定的電壓輸出，音頻變壓器主要設(shè)計(jì)用于阻抗匹配。此外，匝數(shù)比為1：1的變壓器不會改變電壓或電流水平，而是將初級電路與次級側(cè)隔離。這種類型的變壓器通常稱為隔離變壓器。

變壓器不是智能設(shè)備，但可以用作雙向設(shè)備，使正常的初級輸入繞組可以成為輸出繞組和正常的次級輸出繞組由于這種雙向性質(zhì)，變壓器在一個方向上使用時(shí)可以提供信號增益，在反向使用時(shí)可以提供信號丟失，以幫助匹配不同設(shè)備之間的信號或電壓電平。

另請注意單個變壓器可以具有多個初級或次級繞組，并且這些繞組也可以沿其長度具有多個電連接或“抽頭”。多抽頭音頻變壓器的優(yōu)勢在于它們提供不同的電阻抗以及不同的增益或損耗比，使其可用于放大器和揚(yáng)聲器負(fù)載的阻抗匹配。

顧名思義，音頻變壓器設(shè)計(jì)用于在頻率的音頻頻段內(nèi)工作，因此可以在輸入級（麥克風(fēng)），輸出級（揚(yáng)聲器），級間耦合以及放大器的阻抗匹配中具有應(yīng)用。在所有情況下，都需要考慮頻率響應(yīng)，主要和次要阻抗以及功率容量。

音頻和阻抗匹配變壓器在設(shè)計(jì)上與低頻電壓和電力變壓器類似，但它們在更寬的頻率范圍。例如，20Hz至20kHz的語音范圍。音頻變壓器還可以在其一個或多個繞組中傳導(dǎo)DC，用于數(shù)字音頻應(yīng)用以及高頻變換電壓和電流水平。

音頻變壓器阻抗匹配

音頻變壓器的主要應(yīng)用是阻抗匹配。音頻變壓器非常適合平衡具有不同輸入/輸出阻抗的放大器和負(fù)載，以實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。

例如，典型的揚(yáng)聲器阻抗范圍為4至16歐姆，而阻抗為晶體管放大器的輸出級可以是幾百歐姆。一個典型的例子是LT700音頻變壓器，它可以用在放大器的輸出級來驅(qū)動揚(yáng)聲器。

對于變壓器，我們知道初級繞組上的線圈匝數(shù)（N P ）與次級繞組上的線圈匝數(shù)之比（N S ）被稱為“匝數(shù)比”。由于在兩個繞組的每個單個線圈匝內(nèi)感應(yīng)出相同的電壓量，因此初級到次級電壓比（V P / V S ）將是相同的值作為匝數(shù)比。

阻抗匹配音頻變壓器總是通過其匝數(shù)比的平方給出從一個繞組到另一個繞組的阻抗比值。也就是說，它們的阻抗比等于其匝數(shù)比的平方以及它的初級到次級電壓比的平方，如圖所示。

音頻變壓器阻抗比

其中Z P 是初級繞組阻抗，Z S 是次級繞組阻抗，（N P / N S ）是變壓器匝數(shù)比，（V P / V S ）是變壓器電壓比例如，阻抗匹配音頻變壓器的匝數(shù)比（或電壓比）為2：1，阻抗比為4：1。

音頻變壓器示例No1

阻抗比為15：1的音頻變壓器用于匹配功率放大器的輸出與揚(yáng)聲器。如果放大器的輸出阻抗為120Ω。計(jì)算最大功率傳輸所需的揚(yáng)聲器的標(biāo)稱阻抗。

然后功率放大器可以有效地驅(qū)動8歐姆揚(yáng)聲器。

音頻100V線路變壓器

另一種非常常見的阻抗匹配應(yīng)用是100伏線路變壓器，用于通過公共廣播天文系統(tǒng)傳輸音樂和語音。這些類型的天花板揚(yáng)聲器系統(tǒng)使用距離功率放大器一定距離的多個揚(yáng)聲器。

通過使用線路隔離變壓器，可以將任意數(shù)量的低阻抗揚(yáng)聲器連接在一起，使它們能夠正確加載放大器提供放大器（源）和揚(yáng)聲器（負(fù)載）之間的阻抗匹配，以實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。

通過揚(yáng)聲器電纜的信號功率損耗與電流的平方成正比（P = I 對于給定的電纜電阻，用于公共廣播（PA）或tannoy系統(tǒng)的放大器的輸出電壓使用100伏峰值的標(biāo)準(zhǔn)和恒定電壓輸出電平（70.7伏有效值）。

例如，驅(qū)動8歐姆揚(yáng)聲器的200瓦放大器提供5安培的電流，而使用100伏全功率線路的200瓦放大器僅提供2安培，允許使用更小規(guī)格的電纜。但請注意，當(dāng)驅(qū)動線路的功率放大器以全額定功率運(yùn)行時(shí)，此100伏特僅存在于線路上，否則會降低功率（較低的音量）和線路電壓。

因此對于100V（ 70.7V rms）線路揚(yáng)聲器系統(tǒng)，線路變壓器將音頻輸出信號電壓提升至100伏，以便給定功率輸出的傳輸線電流相對較低，從而減少信號損耗，允許使用更小直徑或規(guī)格的電纜。 / p>

由于典型揚(yáng)聲器的阻抗通常較低，因此如圖所示，連接到100V線路的每個揚(yáng)聲器使用阻抗匹配降壓變壓器（通常稱為線路到音圈變壓器）。

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100V傳輸線變壓器

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這里放大器使用升壓變壓器來提供對于給定的功率輸出，在減小的電流下恒定的100伏傳輸線電壓。揚(yáng)聲器并聯(lián)連接在一起，每個揚(yáng)聲器都有自己的阻抗匹配降壓變壓器，以降低次級電壓并增加電流，從而使100V線路與揚(yáng)聲器的低阻抗相匹配。

優(yōu)點(diǎn)使用這種類型的音頻傳輸線的是，即使具有不同的阻抗和功率處理能力，許多單獨(dú)的揚(yáng)聲器，天朗或其他這樣的聲音致動器也可以連接到單個線路。例如，5瓦時(shí)為4歐姆，20瓦時(shí)為8歐姆。

通常，傳輸線匹配變壓器有多個連接，稱為分接點(diǎn)初級繞組允許為每個單獨(dú)的揚(yáng)聲器選擇合適的功率電平（以及音量）。此外，次級繞組具有類似的分接點(diǎn)，提供不同的阻抗以匹配連接的揚(yáng)聲器。

在這個簡單的例子中，100V線對揚(yáng)聲器變壓器可以驅(qū)動4,8或16歐姆揚(yáng)聲器在次級側(cè)負(fù)載，其初級側(cè)的放大器額定功率為4,8和16瓦，具體取決于所選的分接點(diǎn)。實(shí)際上，PA系統(tǒng)線路變壓器可以選擇串聯(lián)和并聯(lián)揚(yáng)聲器負(fù)載的任意組合，功率處理能力高達(dá)幾千瓦。

但是，恒壓阻抗匹配線路變壓器，音頻變壓器可用于將低阻抗或低信號輸入設(shè)備（如麥克風(fēng)，轉(zhuǎn)盤動圈拾音器，線路輸入等）連接到放大器或前置放大器。由于輸入音頻變壓器必須在很寬的頻率范圍內(nèi)工作，它們通常設(shè)計(jì)成使其繞組的內(nèi)部電容與其電感共振，以改善其工作頻率范圍，從而允許更小的變壓器磁芯尺寸。

我們在本教程中已經(jīng)看到音頻變壓器，音頻變壓器用于匹配不同音頻設(shè)備之間的阻抗，例如，作為線路驅(qū)動器的放大器和揚(yáng)聲器之間，或者麥克風(fēng)和放大器之間的阻抗。阻抗匹配。與在50或60Hz等低頻下工作的電力變壓器不同，音頻變壓器設(shè)計(jì)用于在頻率范圍內(nèi)工作，即大約20Hz至20kHz或更高的射頻變壓器。

到期對于這個寬頻帶，音頻變壓器的核心是由特殊等級的鋼制成，例如硅鋼或具有非常低的磁滯損耗的特殊鐵合金。音頻變壓器的主要缺點(diǎn)之一是它們可能有些笨重且昂貴，但通過使用特殊的芯材料可以實(shí)現(xiàn)更小的設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樽鳛橐话憬?jīng)驗(yàn)法則，變壓器的磁芯尺寸隨著供電頻率的降低而增加。