Transformatoarele audio sunt proiectate pentru utilizarea în amplificatoare și circuite audio de înaltă frecvență și voce, pentru aplicațiile de cuplare și de adaptare a impedanței.

Pe lângă amplificarea (mărirea) sau coborârea (scăderea) unei tensiuni de semnal, transformatoarele au o foarte mare proprietate utilă, izolarea. Deoarece nu există o conexiune electrică directă între înfășurările lor din primar și secundar, transformatoarele asigură o izolare electrică completă între circuitele lor de intrare și ieșire, iar această proprietate de izolare poate fi utilizată între amplificatoare și difuzoare. Am observat că un transformator este un dispozitiv electric care permite unui semnal sinusoidal de intrare (cum ar fi un semnal sau o tensiune audio) să producă un semnal sau o tensiune de ieșire, fără ca partea de intrare și partea de ieșire să fie conectate fizic una cu alta. Această cuplare este realizată prin faptul că au două (sau mai multe) bobine de sârmă (numite înfășurări) din sârmă de cupru izolată înfășurată în jurul unui miez de fier magnetic moale.

Transformatoarele nu sunt dispozitive inteligente, dar pot fi utilizate ca dispozitive bidirecționale, astfel încât înfășurarea de intrare, normal primar, poate să devină o înfășurare de ieșire, iar înfășurarea de ieșire, normal secundar, poate deveni o intrare și datorită acestei naturi bidirecționale, transformatoarele pot furniza un câștig de semnal atunci când sunt utilizate într-o direcție sau o pierdere de semnal atunci când sunt utilizate în sens invers pentru a ajuta la adaptarea nivelelor de semnal sau de tensiune între diferite dispozitive.

Rețineți, de asemenea, că un singur transformator poate avea mai multe înfășurări în primar sau secundar și aceste înfășurări pot avea mai multe conexiuni electrice sau "prize" de-a lungul lungimii lor. Avantajul transfor-matoarelor audio cu prize multiple este acela că oferă impedanțe electrice diferite, precum și rate diferite de câștig sau pierdere, ceea ce le face utile pentru adaptarea impedanței amplificatoarelor și a difuzoarelor.

După cum sugerează și numele acestora, transformatoarele audio sunt proiectate să funcționeze în banda de frecvențe audio și ca atare pot avea aplicații în etajul de intrare (microfoane), etajul de ieșire (difuzoare), cuplare între etaje, precum și adaptarea impedanței amplificatoarelor. În toate cazurile, trebuie luate în considerare răspunsul în frecvență, impedanțele din primar și secundar și capacitățile de putere.

Transformatoarele audio și de adaptare impedanței sunt similare în proiectare cu transformatoarele de putere și tensiune de frecvență joasă, dar funcționează pe o gamă mult mai largă de frecvențe. De exemplu, intervalul de voce de la 20Hz la 20kHz. Transformatoarele audio pot conduce DC în una sau mai multe din înfășurările lor pentru a fi utilizate în aplicațiile audio digitale, precum și pentru a transforma nivelele de tensiune și de curent la frecvențe înalte.

Adaptarea impedanței transformatorului audio

Una dintre principalele aplicații pentru transformatoarele de audio frecvență este adaptarea impedanței. Transformatoarele audio sunt ideale pentru echilibrarea amplificatoarelor și sarcinilor care au diferite impedanțe de intrare/ieșire pentru a obține transferul maxim de putere.

De exemplu, o impedanță tipică a difuzorului variază de la 4 la 16 ohmi, în timp ce impedanța unui etaj de ieșire al unui amplificator cu tranzistoare poate fi de câteva sute de ohmi. Un exemplu clasic este LT700 Audio Transformer care poate fi utilizat în etajul de ieșire al unui amplificator pentru a comanda un difuzor.

Știm că pentru un transformator, raportul dintre numărul spirelor din bobina pe înfășurarea primară (NP) și numărul de spire ale bobinei de pe înfășurarea secundară (NS) se numește "raportul de spire". Deoarece aceeași cantitate de tensiune este indusă în cadrul fiecărei spiră din ambele înfășurări, raportul tensiunilor din primar la secundar (VP/VS) va fi, prin urmare, de aceeași valoare ca și raportul de spire.

Transformatoarele audio de adaptare a impedanței oferă întotdeauna o valoare a raportului impedanțelor lor, de la o înfășurare la alta, prin pătratul raportului lor de spire. Adică, raportul lor de impedanțe este egal cu raportul lor de spire la pătrat și, de asemenea, raportul lor de tensiuni din primar și secundar la pătrat, așa cum se arată.

Raportul impedanțelor transformatorului audio

unde ZP este impedanța înfășurării din primar, ZS este impedanța înfășurării din secundar, (NP/NS) este raportul spirelor transformatorului și (VP/VS) este raportul de tensiuni ale transformatorului.

De exemplu, un transformator audio de adaptare a impedanței care are un raport de spire (sau un raport de tensiuni), de exemplu, 2:1 va avea un raport de impedanțe de 4:1.

Transformator audio. Exemplul nr. 1

Un transformator audio cu un raport de spire de 15:1 trebuie utilizat pentru a adapta ieșirea unui amplificator de putere la un difuzor. Dacă impedanța de ieșire a amplificatorului este de 120Ω, calculați impedanța nominală a difuzorului necesară pentru transferul maxim de putere.

Atunci, amplificatorul de putere poate comanda eficient un difuzor de 8 ohmi.

Transformator audio de linie 100V

O altă aplicație, foarte potrivită pentru adaptarea impedanței, este transformatorul de linie de 100 de volți pentru transmiterea de muzică și voce prin sistemele de difuzare a mesajelor publice. Aceste tipuri de sisteme de difuzoare de tavan utilizează difuzoare multiple amplasate la o anumită distanță de amplificatorul de putere.

Prin utilizarea transformatoarelor de izolare a liniilor, orice număr de difuzoare de impedanță joasă poate fi conectat împreună astfel încât să încarce corect amplificatorul, asigurând adaptarea impedanței între amplificator (sursă) și difuzoare (sarcină) pentru transferul maxim de putere.

Deoarece pierderea de putere a semnalelor prin cablurile difuzoarelor este proporțională cu pătratul curentului (P = I2R) pentru o anumită rezistență a cablului, tensiunea de ieșire a unui amplificator utilizat pentru adresare publică (AP) utilizează o tensiune standard și constantă de ieșire de 100 de volți la vârf (70,7 volți rms).

De exemplu, un amplificator de 200 wați care comandă un difuzor de 8 ohmi oferă un curent de 5 amperi, în timp ce un amplificator de 200 wați care utilizează o linie de 100 de volți la putere maximă oferă doar 2 amperi care permit utilizarea unor cabluri de calibru mai mici. Rețineți însă că acești 100 de volți există doar pe linie, atunci când amplificatorul de putere care comandă linia funcționează la putere nominală maximă, altfel există o putere redusă (volum sonor) și o tensiune de linie redusă.

Astfel, pentru un sistem de difuzoare de linie de 100 V (70,7 V rms), transformatorul de linie ridică tensiunea semnalului de ieșire audio la 100 V astfel încât curentul pe linia de transmisie pentru o anumită putere de ieșire este relativ scăzut, reducând pierderile semnalului, permițând să fie folosite cabluri cu diametru mai mic.

Deoarece impedanța unui difuzor tipic este în general scăzută, pentru fiecare difuzor conectat la linia de 100 V, așa cum se arată, se utilizează un transformator step down -coborâtor.

Transformatoare de 100 V pentru linii de transmisie

Avantajul utilizării acestui tip de linie de transmisie audio este acela că multe difuzoare individuale sau alte asemenea dispozitive de acționare a sunetului pot fi conectate la o singură linie, chiar dacă au diferite impedanțe și capabilități de manevrare a puterii. De exemplu, 4 ohmi la 5 wați sau 8 ohmi la 20 wați.

În general, transformatoarele de adaptare la linia de transmisie au mai multe conexiuni denumite puncte de priză pe înfășurarea primarului, permițând selectarea unor niveluri adecvate de putere (și, deci, volum sonor) pentru fiecare difuzor. Și înfășurarea secundară are puncte similare de priză care oferă impedanțe diferite pentru adaptare cu cele ale difuzoarelor conectate.

În acest exemplu simplu, transformatorul de 100 V linie-difuzor poate acționa sarcinile de 4, 8 sau 16 ohmi pe partea secundarului, cu puteri de amplificare de 4, 8 și 16 wați pe partea primarului, în funcție de prizele selectate. În realitate, transformatoarele de linie sistem AP pot fi selectate pentru orice combinație de sarcini de difuzoare conectate în serie și paralel, cu capabilități de manevrare a puterii de până la câțiva kilowați.

Dar, la fel ca și transformatoarele de linie de adaptare a impedanței cu tensiune constantă, transformatoarele audio pot fi utilizate pentru a conecta dispozitive de intrare cu impedanță scăzută sau cu semnal redus, cum ar fi microfoanele, pick-up-urile cu bobină mobilă, intrări de linie etc. la un amplificator sau un preamplificator. Deoarece transformatoarele audio de intrare trebuie să funcționeze pe o gamă largă de frecvențe, acestea sunt de obicei proiectate astfel încât capacitatea internă a înfășurărilor lor să rezoneze cu inductivitatea lor pentru a-și îmbunătăți gama de frecvențe de funcționare, permițând o dimensiune mai mică a miezului transformatorului.

Am văzut în acest tutorial despre transformatoarele audio, că ele sunt utilizate pentru adaptarea impedanțelor între diferite dispozitive audio, de exemplu, între un amplificator și difuzor ca driver de linie sau între un microfon și un amplificator pentru potrivirea impedanței. Spre deosebire de transformatoarele de putere care operează la frecvențe joase, cum ar fi 50 sau 60 Hz, transformatoarele audio sunt proiectate să funcționeze în intervalul de frecvență audio, adică de la 20Hz la 20kHz sau mult mai înaltă pentru transformatoarele de frecvență radio.

Datorită acestei benzi largi de frecvență, miezul transformatoarelor audio este realizat din mărci speciale de oțeluri, cum ar fi oțelul cu siliciu sau din aliaje speciale de fier care au o pierdere de histerezis foarte scăzută. Unul dintre principalele dezavantaje ale transformatoarelor audio este că ele pot fi oarecum voluminoase și costisitoare, dar prin utilizarea unor materiale de miez speciale permit un design mai mic. Acest lucru este datorat faptului că dimensiunea miezului transformatoarelor crește odată cu scăderea frecvenței de alimentare.