Trasformatore audio

Cos'è un trasformatore?

Un trasformatore è un dispositivo elettrico statico che trasferisce energia tra due o più circuiti tramite induzione elettromagnetica. Il trasformatore può aumentare o diminuire la tensione del segnale. Il trasformatore non ha alcun collegamento diretto tra l'avvolgimento primario e secondario, l'energia elettrica trasferita tramite induzione elettromagnetica. A causa di questa proprietà isolata tra primario e secondario, il trasformatore fornisce isolamenti elettrici tra primario e secondario, ovvero dall'ingresso e dall'uscita o viceversa. Abbiamo coperto un articolo dettagliato su Transformers.

Trasformatore audio

Un trasformatore riceve un segnale di ingresso sinusoidale e lo converte in un segnale di uscita. Durante questo processo di conversione, non ci sono connessioni fisiche tra questi due. Questa conversione avviene in realtà dalle due o più bobine di filo di rame isolate (che sono indicate come avvolgimenti) avvolte attorno a un nucleo di ferro magnetico.

Audio Transformer utilizza questa proprietà di isolamento e crea isolamento tra gli altoparlanti di uscita o il circuito audio con il sistema di amplificazione del lato di ingresso del trasformatore. In tal caso, il rapporto delle spire dell'avvolgimento primario e secondario è fissato a 1: 1. A causa di ciò, il trasformatore non altera il livello di tensione o corrente. Crea solo isolamento tra gli amplificatori di ingresso con il sistema di altoparlanti di uscita.

Oltre al trasformatore di isolamento c'è anche un altro trasformatore audio, che cambierà il livello della tensione di uscita a seconda del segnale AC in ingresso. L'altoparlante è un carico enorme e deve fornire la corrente e la tensione richieste attraverso di esso per produrre una vibrazione sonora adeguata. Un trasformatore audio con funzione Step-up aumenterà la tensione o il livello di corrente per guidare un carico attraverso di esso. Lo stesso accade anche per il trasformatore Stepdown. Converte la tensione da maggiore a minore con l'aumento della corrente in uscita.

Il trasformatore audio fornisce anche le specifiche di corrispondenza dell'impedenza. Quando l'uscita di un circuito o dispositivo è collegata direttamente all'ingresso di un altro dispositivo, è molto importante che l'impedenza di uscita del dispositivo e l'impedenza di ingresso del dispositivo corrispondano entrambe. Un trasformatore di adattamento dell'impedenza fornisce questa caratteristica e converte l'uscita di impedenza più alta in un'impedenza più bassa per pilotare un altoparlante a bassa impedenza o alimentare un altro dispositivo a bassa impedenza.

Funzionamento del trasformatore audio e sua costruzione

Sebbene un trasformatore audio non abbia una connessione fisica tra la sua bobina primaria e secondaria, il trasformatore fornisce una funzione bidirezionale tra questi due avvolgimenti. Possiamo anche usare lo stesso lato primario come secondario e secondario come primario. In tal caso, il trasformatore fornisce la perdita del segnale in una direzione e il guadagno del segnale nella direzione inversa o viceversa.

Il trasformatore audio funziona a frequenze comprese tra 20 Hz e 20 kHz. Quindi, il funzionamento di un trasformatore audio ha una gamma di frequenze molto più ampia.

Come discusso in precedenza, il trasformatore audio utilizza la tecnica di bilanciamento dell'impedenza. È molto utile per bilanciare amplificatori e carichi (Altoparlanti e altri) che utilizzano impedenze di ingresso o uscita diverse per l'applicazione del massimo trasferimento di potenza.

Nei giorni moderni, l'impedenza degli altoparlanti varia da 4 a 16 ohm, in genere sono disponibili altoparlanti da 4 ohm, 8 ohm o 16 ohm mentre gli amplificatori a transistor o allo stato solido utilizzano un'impedenza di uscita di 200-300 ohm. Se l'amplificatore è un design retrò, come il vecchio amplificatore valvolare o valvolare, la tensione di uscita a volte raggiunge i 300 V con impedenza 3k. Abbiamo bisogno di un trasformatore di adattamento dell'impedenza che convertirà l'alta impedenza in bassa impedenza e dovrebbe convertire la tensione e la corrente a un livello che piloterà direttamente un altoparlante.

Un trasformatore può avere più avvolgimenti sul lato primario e secondario. Il rapporto tra avvolgimenti primari e secondari, il numero di spire delle spire nel lato primario (Np) e un numero di spire delle spire nel secondario (Ns) è chiamato rapporto spire. Questo rapporto di spire definisce anche il rapporto di tensione primaria e secondaria poiché la tensione è direttamente proporzionale alle spire dell'avvolgimento primario e secondario.

Quindi, N _P / N _S = V _P / V _S

Rapporto di impedenza del trasformatore audio

L'impedenza è il fattore più importante per i trasformatori di adattamento dell'impedenza. Per il trasformatore di adattamento dell'impedenza, il rapporto di impedenza tra primario e secondario può essere calcolato utilizzando la rotazione primaria e secondaria o la tensione di uscita primaria e secondaria.

Per calcolare il rapporto di impedenza dobbiamo quadrare il rapporto di giri del trasformatore o il rapporto di tensione del trasformatore.

Nell'equazione precedente, Z _P è l'impedenza primaria e Z _S è l'impedenza secondaria. N _P / N _S è il rapporto spire del trasformatore e V _P / V _S è il rapporto di tensione del trasformatore. Il rapporto di impedenza è il quadrato del rapporto di spire o il rapporto di tensione. Quindi, un trasformatore con rapporto di 4: 1 o rapporto di tensione potrebbe fornire un rapporto di impedenza di 16: 1.

Esempio

Possiamo calcolare alcuni valori pratici a seconda delle formule sopra riportate.

Supponiamo che venga utilizzato un trasformatore con un rapporto di 25: 1 per bilanciare l'uscita dell'amplificatore di potenza con un altoparlante. L'amplificatore di potenza fornisce un'impedenza di uscita di 100 ohm, quale sarebbe l'impedenza nominale dell'altoparlante necessaria per il massimo trasferimento di potenza?

Soluzione:

Quindi, utilizzando il trasformatore di rapporto di 25: 1 su un amplificatore di potenza da 100 Ω, potremmo pilotare in modo efficiente un altoparlante da 4 Ω con il massimo trasferimento di potenza.

Tipi di trasformatore audio

Come discusso nel segmento precedente, il trasformatore audio può essere utilizzato in più applicazioni. Ma generalmente, tre tipi di trasformatori audio vengono utilizzati principalmente per scopi relativi all'audio.

1. Trasformatore di adattamento dell'impedenza
2. Trasformatore audio potenziato con ampia gamma di frequenze che rientra nella frequenza udibile.
3. Trasformatore audio step down con ampia gamma di frequenze che rientra nella frequenza udibile.

È disponibile anche un altro trasformatore audio specifico, utile per applicazioni audio digitali e generalmente funziona in alta frequenza.

I trasformatori possono anche avere più prese primarie e secondarie, che forniscono flessibilità all'utente per cambiare i dispositivi di uscita senza cambiare il costoso trasformatore audio. Ad esempio, un trasformatore può avere più prese secondarie per collegare più carichi con 4 ohm, 8 ohm o anche 16 ohm di impedenza, ma è necessario collegare al carico solo una presa quando si lavora con esso. Tali trasformatori sono generalmente costosi e possono essere trovati in sistemi musicali retrò o amplificatori.

Il trasformatore può avere corpi diversi a seconda di dove verrebbe utilizzato. Un trasformatore per montaggio su telaio necessita di un telaio di supporto per supportare il peso ingombrante. Inoltre, ci sono trasformatori audio montati su PCB disponibili in varie forme e dimensioni a seconda delle loro specifiche e utilizzi.

Trasformatore per microfono

Un trasformatore per microfono utilizzato principalmente per bilanciare l'impedenza tra il sistema di amplificazione e il microfono. È essenziale poiché ci sarà una perdita di segnale a causa dell'impedenza sbilanciata sull'ingresso dell'amplificatore e sull'uscita del microfono.

Un trasformatore per microfono non riduce i rumori di ronzio. Un trasformatore per microfono necessita di un doppino intrecciato con fili schermati a terra per il collegamento. Il filo è costituito da due conduttori strettamente intrecciati e circondati da una treccia conduttrice o da una lamina. Questo cavo riduce efficacemente i ronzii e le interferenze di rumore esterno.

Un trasformatore che ha un unico primario e riceve un ingresso sbilanciato e ha un secondario con presa centrale che fornisce un'uscita bilanciata, è chiamato trasformatore Balun. In una tale configurazione, l'amplificatore riceve un segnale perfettamente bilanciato.

Trasformatore per unità audio linea 100V

Esistono scenari in cui più altoparlanti sono collegati insieme in sistemi di diffusione sonora a lungo raggio collegati con un unico sistema di amplificazione. Il problema si presenta quando si utilizzano cavi lunghi per collegare l'uscita dell'amplificatore e l'ingresso dell'altoparlante. La resistenza del filo crea problemi per la qualità del segnale e la perdita del segnale si verifica con una scarsa ampiezza del segnale attraverso gli altoparlanti.

A causa di ciò, vengono utilizzati due trasformatori speciali, uno è step up e un altro è Step Down. Il trasformatore elevatore aumenta la tensione del segnale di uscita audio a 100V. A causa della Formula P (W) = V x A, all'aumentare di una tensione la corrente diminuisce per una data potenza. La resistenza non sarebbe efficace per la bassa corrente di segnale. Il segnale trasmetterà perfettamente.

Dall'altra parte, su ciascun altoparlante, un trasformatore step-down con funzione di adattamento dell'impedenza, abbassa i 100 V alla tensione dell'altoparlante e aumenta la corrente. Il trasformatore corrisponde anche all'impedenza per il massimo trasferimento di potenza.

Questo tipo di trasformatori audio è chiamato trasformatore audio corrispondente alla linea di trasmissione. Hanno più connessioni sia sul lato primario che su quello secondario. In generale, le prese del lato primario vengono utilizzate per un livello di potenza adeguato, quindi il guadagno di amplificazione può essere controllato dalle connessioni delle prese. E il lato secondario ha più prese che sono utili per collegare diversi altoparlanti di impedenza a diversi altoparlanti di impedenza secondo la scelta e la disponibilità.

Molti trasformatori di linea di amplificatori professionali moderni offrono capacità di gestione della potenza elevata e configurazioni multiple per collegare insieme altoparlanti in parallelo o in serie.