오디오 변압기
오디오 변압기는 증폭기와 스피커의 결합 및 임피던스 매칭을 위한 오디오 증폭기 애플리케이션에 사용하도록 설계되었습니다.
변압기에는 신호 전압을 높이거나(증가) 낮추는(감소) 것 외에도 매우 유용한 특성인 절연 이 있습니다 . 1차 권선과 2차 권선 사이에 직접적인 전기 연결이 없기 때문에 변압기는 입력 회로와 출력 회로 사이에 완전한 전기 절연을 제공합니다. 이 절연 특성은 앰프와 스피커 사이에 연결된 오디오 변압기에서도 사용할 수 있습니다.
이 섹션에서 변압기에 대해 살펴보았는데, 변압기는 입력 측과 출력 측이 물리적으로 서로 연결되지 않은 채 정현파 입력 신호(예: 오디오 신호 또는 전압)가 출력 신호 또는 전압을 생성할 수 있도록 하는 전기 장치입니다. 다른. 이 결합은 연자성 철심 주위에 절연 구리선으로 된 두 개(또는 그 이상)의 와이어 코일(권선이라고 함)을 가짐으로써 달성됩니다.
AC 신호가 1차 입력 권선에 적용되면 연철 코어의 유도 결합으로 인해 출력 2차 권선에 해당 AC 신호가 나타납니다. 입력 및 출력 와이어 코일 사이의 권선비는 변압기를 통과할 때 적용된 신호의 증가 또는 감소를 제공합니다.
그렇다면 오디오 트랜스포머는 승압형 또는 강압형으로 간주할 수 있지만, 특정 전압 출력을 생성하기 위해 감겨져 있기보다는 오디오 트랜스포머는 주로 임피던스 매칭을 위해 설계되었습니다. 또한 권선비가 1:1인 변압기는 전압이나 전류 레벨을 변경하지 않고 대신 1차 회로를 2차측에서 분리합니다. 이러한 유형의 변압기는 일반적으로 절연 변압기로 알려져 있습니다.
변압기는 지능형 장치는 아니지만 양방향 장치로 사용할 수 있으므로 일반 1차 입력 권선이 출력 권선이 되고 일반 2차 출력 권선이 입력이 될 수 있으며 이러한 양방향 특성으로 인해 변압기는 사용 시 신호 이득을 제공할 수 있습니다. 한 방향으로 사용하거나 반대 방향으로 사용하면 신호가 손실되어 서로 다른 장치 간의 신호 또는 전압 레벨을 일치시키는 데 도움이 됩니다.
또한 단일 변압기에는 여러 개의 1차 또는 2차 권선이 있을 수 있으며 이러한 권선에는 길이를 따라 여러 개의 전기 연결 또는 "탭"이 있을 수도 있습니다. 멀티탭 오디오 변압기의 장점은 다양한 전기 임피던스뿐만 아니라 다양한 이득 또는 손실 비율을 제공하여 증폭기와 스피커 부하의 임피던스 매칭에 유용하다는 것입니다.
이름에서 알 수 있듯이 오디오 변압기는 오디오 주파수 대역 내에서 작동하도록 설계되었으며 입력단(마이크), 출력단(라우드스피커), 단간 결합 및 증폭기의 임피던스 매칭에 응용할 수 있습니다. 모든 경우에 주파수 응답, 1차 및 2차 임피던스, 전력 성능을 모두 고려해야 합니다.
오디오 및 임피던스 정합 변압기는 저주파 전압 및 전력 변압기와 설계가 유사하지만 훨씬 더 넓은 주파수 범위에서 작동합니다. 예를 들어 20Hz ~ 20kHz 음성 범위입니다. 오디오 변압기는 또한 디지털 오디오 애플리케이션에 사용하기 위해 하나 이상의 권선에서 DC를 전도할 수 있을 뿐만 아니라 고주파수에서 전압 및 전류 레벨을 변환할 수도 있습니다.
오디오 변압기 임피던스 매칭
오디오 주파수 변환기 의 주요 응용 분야 중 하나는 임피던스 매칭입니다. 오디오 변압기는 최대 전력 전송을 달성하기 위해 서로 다른 입력/출력 임피던스를 갖는 증폭기와 부하의 균형을 맞추는 데 이상적입니다.
예를 들어, 일반적인 스피커 임피던스 범위는 4~16옴인 반면, 트랜지스터 증폭기 출력단의 임피던스는 수백 옴일 수 있습니다. 이에 대한 전형적인 예는 스피커를 구동하기 위해 앰프의 출력단에서 사용할 수 있는 LT700 오디오 트랜스포머입니다.
변압기의 경우 1차 권선의 코일 권선 수(N P )와 2차 권선의 코일 권선 수(N S ) 사이의 비율을 "권선비"라고 합니다. 두 권선의 각 단일 코일 권선 내에서 동일한 양의 전압이 유도되므로 1차 대 2차 전압 비율(V P /V S )은 권선 비율과 동일한 값이 됩니다.
임피던스 매칭 오디오 변압기는 항상 권선비의 제곱으로 한 권선에서 다른 권선으로의 임피던스 비율 값을 제공합니다. 즉, 임피던스 비율은 권선비의 제곱과 같고 1차 대 2차 전압 비율의 제곱도 같습니다.
임피던스 비율
여기서 Z P 는 1차 권선 임피던스, Z S 는 2차 권선 임피던스, (N P /N S )는 변압기 권선비, (V P /V S )는 변압기 전압비입니다.
예를 들어, 권선비(또는 전압비)가 2:1인 임피던스 매칭 오디오 변압기는 4:1의 임피던스 비율을 갖습니다.
오디오 변환기 예 No1
15:1의 임피던스 비율을 갖는 오디오 변압기는 전력 증폭기의 출력을 스피커에 일치시키는 데 사용됩니다. 증폭기의 출력 임피던스가 120Ω인 경우. 최대 전력 전달에 필요한 스피커의 공칭 임피던스를 계산하십시오.
그러면 파워 앰프는 8옴 스피커를 효율적으로 구동할 수 있습니다.
오디오 100V 라인 변압기
또 다른 매우 일반적인 임피던스 매칭 애플리케이션은 전관 방송 탄노이 시스템을 통해 음악 및 음성 전송을 위한 100V 라인 변압기용입니다. 이러한 유형의 천장 기반 스피커 시스템은 파워 앰프에서 어느 정도 떨어진 곳에 위치한 여러 개의 스피커를 사용합니다.
라인 절연 변압기를 사용하면 최대 전력 전송을 위해 앰프(소스)와 스피커(부하) 간의 임피던스 매칭을 제공하는 앰프에 적절하게 로드하는 방식으로 여러 개의 저임피던스 라우드스피커를 함께 연결할 수 있습니다.
스피커 케이블을 통한 신호의 전력 손실은 주어진 케이블 저항에 대한 전류의 제곱(P = I 2 R)에 비례하므로 전관 방송(PA) 또는 탄노이 시스템에 사용되는 앰프의 출력 전압은 표준 및 정전압을 사용합니다. 출력 레벨은 100V 피크(70.7V rms)입니다.
예를 들어, 8옴 스피커를 구동하는 200와트 앰프는 5암페어의 전류를 전달하는 반면, 최대 전력에서 100볼트 라인을 사용하는 200와트 앰프는 2암페어만 전달하므로 더 작은 게이지 케이블을 사용할 수 있습니다. 그러나 이 100V는 라인을 구동하는 파워 앰프가 최대 정격 전력으로 작동할 때만 라인에 존재하며, 그렇지 않으면 전력(낮은 음량)과 라인 전압이 감소합니다.
따라서 100V(70.7V rms) 라인 스피커 시스템의 경우 라인 변압기는 오디오 출력 신호 전압을 100V로 승압하여 주어진 전원 출력에 대한 전송 라인 전류가 비교적 낮으므로 신호 손실을 줄여 직경이나 케이블 게이지를 줄일 수 있습니다. 사용될.
일반적인 스피커의 임피던스는 일반적으로 낮기 때문에 그림과 같이 100V 라인에 연결된 각 스피커에는 임피던스 매칭 강압 변압기(보통 라인-보이스 코일 변압기라고 함)가 사용됩니다.
100V 전송선 변압기
여기서 증폭기는 승압 변압기를 사용하여 주어진 전력 출력에 대해 감소된 전류에서 일정한 100V 전송 라인 전압을 제공합니다. 라우드스피커는 2차 전압을 줄이고 전류를 높이기 위해 자체 임피던스 매칭 강압 변압기를 갖춘 각 스피커와 병렬로 연결되어 100V 라인을 라우드스피커의 낮은 임피던스에 일치시킵니다.
이러한 유형의 오디오 전송 라인을 사용하면 많은 개별 스피커, 탄노이 또는 기타 사운드 액츄에이터가 임피던스와 전력 처리 기능이 다르더라도 단일 라인에 연결할 수 있다는 장점이 있습니다. 예를 들어 5와트에서 4옴, 20와트에서 8옴입니다.
일반적으로 전송선 정합 변압기에는 1차 권선에 탭 포인트라고 하는 여러 연결이 있어 각 개별 스피커에 대해 적절한 전력 레벨(따라서 사운드 볼륨)을 선택할 수 있습니다. 또한 2차 권선에는 연결된 라우드스피커의 임피던스와 일치하도록 서로 다른 임피던스를 제공하는 유사한 태핑 지점이 있습니다.
이 간단한 예에서 100V 라인-스피커 변압기는 선택한 태핑 지점에 따라 1차 측에서 4, 8, 16와트의 앰프 정격 전력을 사용하여 2차 측에서 4, 8 또는 16Ω 스피커 부하를 구동할 수 있습니다. 실제로 PA 시스템 라인 변압기는 최대 수 킬로와트의 전력 처리 기능을 갖춘 직렬 및 병렬 연결된 스피커 부하의 조합에 대해 선택할 수 있습니다.
그러나 정전압 임피던스 매칭 라인 변압기뿐만 아니라 오디오 변압기는 마이크, 턴테이블 이동 코일 픽업, 라인 입력 등과 같은 저임피던스 또는 저신호 입력 장치를 증폭기 또는 프리앰프에 연결하는 데 사용할 수 있습니다.
입력 오디오 변압기는 광범위한 주파수에서 작동해야 하기 때문에 일반적으로 권선의 내부 정전 용량이 인덕턴스와 공진하여 작동 주파수 범위를 개선하여 변압기 코어 크기를 더 작게 만들 수 있도록 설계됩니다.
우리는 오디오 변환기 에 대한 이 튜토리얼에서 오디오 변환기가 서로 다른 오디오 장치 간의 임피던스를 일치시키는 데 사용된다는 것을 확인했습니다. 예를 들어 라인 드라이버인 증폭기와 스피커 사이 또는 임피던스 일치를 위한 마이크와 증폭기 사이입니다.
50Hz 또는 60Hz와 같은 저주파에서 작동하는 전력 변압기와 달리 오디오 변압기는 오디오 주파수 범위, 즉 약 20Hz~20kHz 또는 무선 주파수 변압기의 경우 훨씬 더 높은 범위에서 작동하도록 설계되었습니다.
이러한 넓은 주파수 대역으로 인해 오디오 변압기의 코어는 히스테리시스 손실이 매우 낮은 규소강 또는 특수 철 합금과 같은 특수 등급의 강철로 만들어집니다.
오디오 변압기의 주요 단점 중 하나는 다소 부피가 크고 비용이 많이 들 수 있다는 것입니다. 그러나 특수 코어 재료를 사용하면 더 작은 디자인이 가능합니다. 이는 일반적으로 공급 주파수가 감소함에 따라 변압기 코어 크기가 증가하기 때문입니다.