Audio-Transformator

Was ist ein Transformator?

Ein Transformator ist ein statisches elektrisches Gerät, das durch elektromagnetische Induktion Energie zwischen zwei oder mehr Stromkreisen überträgt. Der Transformator kann die Signalspannung erhöhen oder verringern. Der Transformator hat keine direkte Verbindung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, die elektrische Energie wird durch elektromagnetische Induktion übertragen. Aufgrund dieser isolierten Eigenschaft zwischen Primär- und Sekundärteil bietet der Transformator elektrische Isolationen zwischen Primär- und Sekundärteil, dh vom Eingang und Ausgang oder umgekehrt. Wir haben einen ausführlichen Artikel über Transformatoren behandelt.

Audio-Transformator

Ein Transformator empfängt ein sinusförmiges Eingangssignal und wandelt es in ein Ausgangssignal um. Während dieses Konvertierungsprozesses bestehen keine physischen Verbindungen zwischen diesen beiden. Diese Umwandlung erfolgt tatsächlich durch die zwei oder mehr isolierten Kupferdrahtspulen (die als Wicklungen bezeichnet werden), die um einen magnetischen Eisenkern gewickelt sind.

Audio Transformer verwendet diese Isolationseigenschaft und erzeugt eine Isolation zwischen den Ausgangslautsprechern oder Audioschaltungen mit dem eingangsseitigen Verstärkersystem des Transformators. In diesem Fall ist das Verhältnis der Primär- und Sekundärwicklungswindungen auf 1: 1 festgelegt. Aus diesem Grund ändert der Transformator weder den Spannungs- noch den Strompegel. Es wird nur eine Isolation zwischen den Eingangsverstärkern und dem Ausgangslautsprechersystem hergestellt.

Neben dem Trenntransformator gibt es auch einen anderen Audio-Transformator, der den Ausgangsspannungspegel abhängig vom AC-Eingangssignal ändert. Der Lautsprecher ist eine große Last und muss den erforderlichen Strom und die erforderliche Spannung liefern, um eine ordnungsgemäße Schallschwingung zu erzeugen. Ein Audio- Transformator mit Step-up-Funktion erhöht die Spannung oder den Strompegel, um eine Last darüber zu treiben. Gleiches gilt auch für den Stepdown-Transformator. Es wandelt die Spannung mit zunehmendem Stromausgang von höher nach niedriger um.

Der Audiotransformator bietet auch Impedanzanpassungsspezifikationen. Wenn der Ausgang einer Schaltung oder eines Geräts direkt mit dem Eingang eines anderen Geräts verbunden ist, ist es sehr wichtig, dass sowohl die Geräteausgangsimpedanz als auch die Geräteeingangsimpedanz übereinstimmen. Ein Impedanzanpassungstransformator bietet diese Funktion und wandelt einen Ausgang mit höherer Impedanz in einen niederohmigen um, um einen Lautsprecher mit niedriger Impedanz anzusteuern oder ein anderes Gerät mit niedriger Impedanz zu speisen.

Funktionsweise des Audiotransformators und seiner Konstruktion

Obwohl ein Audio-Transformator keine physikalische Verbindung zwischen seiner Primär- und Sekundärspule hat, bietet der Transformator eine bidirektionale Funktion zwischen diesen beiden Wicklungen. Wir können auch dieselbe Primärseite als Sekundärseite und Sekundärseite als Primärseite verwenden. In diesem Fall liefert der Transformator einen Signalverlust in einer Richtung und eine Signalverstärkung in umgekehrter Richtung oder umgekehrt.

Der Audiotransformator arbeitet bei Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz. Der Betrieb eines Audio-Transformators hat also einen viel größeren Frequenzbereich.

Wie oben erläutert, verwendet der Audiotransformator die Impedanzausgleichstechnik. Es ist sehr nützlich, um Verstärker und Lasten (Lautsprecher und andere) auszugleichen, die unterschiedliche Eingangs- oder Ausgangsimpedanzen für eine maximale Leistungsübertragung verwenden.

In der heutigen Zeit liegen die Lautsprecherimpedanzen zwischen 4 und 16 Ohm, typischerweise sind 4 Ohm, 8 Ohm oder 16 Ohm Lautsprecher erhältlich, während Transistor- oder Festkörperverstärker eine Ausgangsimpedanz von 200 bis 300 Ohm verwenden. Wenn der Verstärker ein Retro-Design ist, wie z. B. ein alter Ventil- oder Röhrenverstärker, erreicht die Ausgangsspannung manchmal 300 V mit einer Impedanz von 3 k. Wir benötigen einen Impedanzanpassungstransformator, der die hohe Impedanz in eine niedrige Impedanz umwandelt und die Spannung und den Strom auf einen Pegel umwandelt, der einen Lautsprecher direkt ansteuert.

Ein Transformator kann auf der Primär- und Sekundärseite mehrere Wicklungen haben. Das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung, die Anzahl der Spulenwindungen auf der Primärseite (Np) und die Anzahl der Spulenwindungen auf der Sekundärseite (Ns) wird als Windungsverhältnis bezeichnet. Dieses Windungsverhältnis definiert auch das Primär- und Sekundärspannungsverhältnis, da die Spannung direkt proportional zu den Primär- und Sekundärwicklungswindungen ist.

Also ist N _P / N _S = V _P / V _S.

Impedanzverhältnis des Audiotransformators

Die Impedanz ist der wichtigste Faktor für Impedanzanpassungstransformatoren. Für einen Impedanzanpassungstransformator kann das Impedanzverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung unter Verwendung der Primär- und Sekundärwindung oder der Primär- und Sekundärausgangsspannung berechnet werden.

Um das Impedanzverhältnis zu berechnen, müssen wir das Transformatorwindungsverhältnis oder das Transformatorspannungsverhältnis quadrieren.

In der obigen Gleichung ist Z _{P die} Primärimpedanz und Z _S die Sekundärimpedanz. N _P / N _S ist das Windungsverhältnis des Transformators und V _P / V _S ist das Spannungsverhältnis des Transformators. Das Impedanzverhältnis ist das Quadrat der Windungen oder das Spannungsverhältnis. Ein Transformator mit einem Windungsverhältnis von 4: 1 oder einem Spannungsverhältnis könnte also ein Impedanzverhältnis von 16: 1 liefern.

Beispiel

Wir können einige praktische Werte in Abhängigkeit von den oben angegebenen Formeln berechnen.

Angenommen, ein Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 25: 1 wird verwendet, um den Leistungsverstärkerausgang mit einem Lautsprecher auszugleichen. Der Leistungsverstärker bietet eine Ausgangsimpedanz von 100 Ohm. Welche nominelle Lautsprecherimpedanz wird für eine maximale Leistungsübertragung benötigt?

Lösung:

Mit dem Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 25: 1 über einen Leistungsverstärker von 100 Ω konnten wir also einen 4 Ω-Lautsprecher mit maximaler Leistungsübertragung effizient betreiben.

Arten von Audio-Transformatoren

Wie im obigen Abschnitt erläutert, kann der Audio-Transformator in mehreren Anwendungen verwendet werden. Im Allgemeinen werden jedoch drei Arten von Audio-Transformatoren hauptsächlich für Audio-Zwecke verwendet.

1. Impedanzanpassungstransformator
2. Erhöhen Sie den Audio-Transformator mit einem breiten Frequenzbereich, der innerhalb der hörbaren Frequenz liegt.
3. Verringern Sie den Audio-Transformator mit einem breiten Frequenzbereich, der innerhalb der hörbaren Frequenz liegt.

Es gibt auch einen anderen speziellen Audio-Transformator, der für digitale Audioanwendungen nützlich ist und im Allgemeinen mit hoher Frequenz arbeitet.

Transformatoren können auch mehrere primäre und sekundäre Abgriffe haben, die dem Benutzer die Flexibilität bieten, die Ausgabegeräte zu wechseln, ohne den teuren Audio-Transformator zu wechseln. Beispielsweise kann ein Transformator mehrere sekundäre Abgriffe haben, um mehrere Lasten mit einer Impedanz von 4 Ohm, 8 Ohm oder sogar 16 Ohm zu verbinden, aber es muss nur ein Abgriff an die Last angeschlossen werden, wenn damit gearbeitet wird. Solche Transformatoren sind im Allgemeinen teuer und können in Retro-Musiksystemen oder Verstärkern gefunden werden.

Der Transformator kann je nach Verwendungsort unterschiedliche Körper haben. Ein Chassis-Mount-Transformator benötigt ein unterstützendes Chassis, um das sperrige Gewicht zu tragen. Es gibt auch auf Leiterplatten montierte Audiotransformatoren, die je nach Spezifikation und Verwendung in verschiedenen Formen und Größen erhältlich sind.

Mikrofontransformator

Ein Mikrofontransformator, der hauptsächlich zum Ausgleich der Impedanz zwischen dem Verstärkersystem und dem Mikrofon verwendet wird. Dies ist wichtig, da aufgrund der unsymmetrischen Impedanz am Verstärkereingang und am Mikrofonausgang ein Signalverlust auftritt.

Ein Mikrofontransformator reduziert keine Brummgeräusche. Ein Mikrofontransformator benötigt ein Twisted Pair mit Erdungskabeln zum Anschließen. Der Draht besteht aus zwei Leitern, die eng miteinander verdrillt sind und von einem leitenden Geflecht oder einer Folie umgeben sind. Dieser Draht reduziert effektiv Brummgeräusche und externe Störgeräusche.

Ein Transformator, der eine einzelne Primärwicklung hat und einen unsymmetrischen Eingang empfängt, und eine Sekundärseite mit Mittenabgriff, die einen symmetrischen Ausgang liefert, wird als Balun-Transformator bezeichnet. In einer solchen Konfiguration erhält der Verstärker ein perfekt symmetrisches Signal.

100V Line Audio Drive Transformator

Es gibt solche Szenarien, in denen mehrere Lautsprecher in Beschallungssystemen mit großer Reichweite miteinander verbunden sind, die mit einem einzigen Verstärkersystem verbunden sind. Das Problem tritt auf, wenn lange Drähte verwendet werden, um den Verstärkerausgang und den Lautsprechereingang zu verbinden. Der Drahtwiderstand verursacht Probleme mit der Signalqualität und der Signalverlust tritt bei schlechter Signalamplitude über den Lautsprechern auf.

Aus diesem Grund werden zwei spezielle Transformatoren verwendet, einer ist Step-Up und einer ist Step-Down. Der Aufwärtstransformator erhöht die Audioausgangssignalspannung auf 100V. Aufgrund der Formel P (W) = V x A nimmt der Strom bei erhöhter Spannung für eine gegebene Leistung ab. Der Widerstand wäre für den niedrigen Signalstrom nicht wirksam. Das Signal wird perfekt übertragen.

Am anderen Ende, über jeden Lautsprecher hinweg, senkt ein Abwärtstransformator mit Impedanzanpassungsfunktion die 100 V auf die Lautsprecherspannung und erhöht den Strom. Der Transformator passt auch die Impedanz für maximale Leistungsübertragung an.

Diese Art von Audio-Transformatoren wird als Übertragungsleitungs-Matching-Audio-Transformator bezeichnet. Sie haben mehrere Verbindungen sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite. Im Allgemeinen werden primärseitige Abgriffe für einen geeigneten Leistungspegel verwendet, so dass die Verstärkungsverstärkung durch Abgriffsverbindungen gesteuert werden kann. Die Sekundärseite verfügt über mehrere Abgriffe, mit denen je nach Auswahl und Verfügbarkeit verschiedene Impedanzlautsprecher an verschiedene Impedanzlautsprecher angeschlossen werden können.

Viele moderne professionelle Verstärker-Leitungstransformatoren bieten hohe Belastbarkeit sowie mehrere Konfigurationen, um parallele oder serielle Lautsprecher miteinander zu verbinden.