【導讀】除了升高或降低信號電壓外，變壓器還具有另一個(gè)非常有用的特性，即隔離。由于變壓器的初級和次級繞組之間沒(méi)有直接的電氣連接，因此變壓器的輸入和輸出電路之間提供了完全的電氣隔離。連接在放大器和揚聲器之間的音頻變壓器也可以利用這種隔離特性。
除了升高或降低信號電壓外，變壓器還具有另一個(gè)非常有用的特性，即隔離。由于變壓器的初級和次級繞組之間沒(méi)有直接的電氣連接，因此變壓器的輸入和輸出電路之間提供了完全的電氣隔離。連接在放大器和揚聲器之間的音頻變壓器也可以利用這種隔離特性。
我們在本節關(guān)于變壓器的介紹中了解到，變壓器是一種電氣設備，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，而無(wú)需輸入側和輸出側物理連接。這種耦合是通過(guò)將兩個(gè)（或更多）線(xiàn)圈（稱(chēng)為繞組）的絕緣銅線(xiàn)纏繞在軟磁鐵芯上來(lái)實(shí)現的。
音頻變壓器
當交流信號施加到初級輸入繞組時(shí)，由于軟鐵芯的電感耦合，輸出次級繞組上會(huì )出現相應的交流信號。輸入和輸出線(xiàn)圈之間的匝數比決定了施加信號通過(guò)變壓器時(shí)的增加或減少。
然后，音頻變壓器可以被視為升壓型或降壓型，但音頻變壓器不是繞制以產(chǎn)生特定的電壓輸出，而是主要用于阻抗匹配。此外，匝數比為 1:1 的變壓器不會(huì )改變電壓或電流水平，而是將初級電路與次級側隔離。這種類(lèi)型的變壓器通常稱(chēng)為隔離變壓器。
變壓器不是智能設備，但可以用作雙向設備，使得正常的初級輸入繞組可以成為輸出繞組，正常的次級輸出繞組可以成為輸入，并且由于這種雙向特性，變壓器在一個(gè)方向上使用時(shí)可以提供信號增益，在反向使用時(shí)可以提供信號損失，以幫助匹配不同設備之間的信號或電壓水平。
還要注意的是，單個(gè)變壓器可以有多個(gè)初級或次級繞組，這些繞組沿其長(cháng)度還可以有多個(gè)電氣連接或“抽頭”。多抽頭音頻變壓器的優(yōu)點(diǎn)是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聲器負載的阻抗匹配。
顧名思義，音頻變壓器設計用于在音頻頻帶內工作，因此可以應用于輸入級（麥克風(fēng)）、輸出級（揚聲器）、級間耦合以及放大器的阻抗匹配。在所有情況下，都需要考慮頻率響應、初級和次級阻抗以及功率能力。
音頻和阻抗匹配變壓器的設計與低頻電壓和電源變壓器相似，但它們的工作頻率范圍要寬得多。例如，20Hz 至 20kHz 語(yǔ)音范圍。音頻變壓器還可以在一個(gè)或多個(gè)繞組中傳導直流電，用于數字音頻應用以及轉換高頻電壓和電流水平。
音頻變壓器阻抗匹配
音頻變壓器的主要應用之一是阻抗匹配。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載，以實(shí)現功率傳輸。
例如，典型的揚聲器阻抗范圍為 4 至 16 歐姆，而晶體管放大器輸出級的阻抗可能高達幾百歐姆。一個(gè)典型的例子是 LT700 音頻變壓器，它可用于放大器的輸出級以驅動(dòng)揚聲器。
我們知道，對于變壓器來(lái)說(shuō)，初級繞組的線(xiàn)圈匝數 (N P ) 與次級繞組的線(xiàn)圈匝數 (N S ) 之比稱(chēng)為“匝數比”。由于兩個(gè)繞組的每個(gè)單線(xiàn)圈匝內都會(huì )產(chǎn)生相同量的電壓，因此初級與次級電壓比 (V P /V S ) 將與匝數比相同。
阻抗匹配音頻變壓器總是通過(guò)其匝數比的平方給出從一個(gè)繞組到另一個(gè)繞組的阻抗比值。也就是說(shuō)，它們的阻抗比等于其匝數比的平方，也等于其初級與次級電壓比的平方，如圖所示。
阻抗比
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比（或電壓比）為 2:1，其阻抗比為 4:1。
音頻變壓器示例 No1
需要使用阻抗比為 15:1 的音頻變壓器來(lái)匹配功率放大器的輸出和揚聲器。如果放大器的輸出阻抗為 120Ω。計算功率傳輸所需的揚聲器的標稱(chēng)阻抗。
阻抗匹配示例
然后功率放大器可以有效地驅動(dòng)8歐姆揚聲器。
音頻 100V 線(xiàn)路變壓器
另一種非常常見(jiàn)的阻抗匹配應用是用于 100 伏線(xiàn)路變壓器，用于通過(guò)公共廣播擴音系統傳輸音樂(lè )和語(yǔ)音。這些類(lèi)型的天花板揚聲器系統使用距離功率放大器一定距離的多個(gè)揚聲器。
通過(guò)使用線(xiàn)路隔離變壓器，可以將任意數量的低阻抗揚聲器連接在一起，以便它們正確地加載放大器，從而在放大器（源）和揚聲器（負載）之間提供阻抗匹配，實(shí)現功率傳輸。
由于對于給定的電纜電阻，信號通過(guò)揚聲器電纜的功率損耗與電流的平方 (P = I 2 R) 成正比，因此用于公共廣播 (PA) 或擴音器的放大器的輸出電壓使用標準恒定電壓輸出電平，即峰值 100 伏 (均方根 70.7 伏)。
例如，驅動(dòng) 8 歐姆揚聲器的 200 瓦功放提供 5 安培電流，而使用 100 伏線(xiàn)路的 200 瓦功放全功率時(shí)僅提供 2 安培電流，因此可以使用較小規格的電纜。但請注意，只有當驅動(dòng)線(xiàn)路的功率放大器以全額定功率運行時(shí)，線(xiàn)路上才會(huì )存在 100 伏電壓，否則功率（音量較低）和線(xiàn)路電壓會(huì )降低。
因此，對于 100V（70.7V rms）線(xiàn)路揚聲器系統，線(xiàn)路變壓器將音頻輸出信號電壓升壓至 100 伏，以便給定功率輸出的傳輸線(xiàn)電流相對較低，從而減少信號損耗，從而允許使用直徑或規格較小的電纜。
由于典型揚聲器的阻抗通常較低，因此每個(gè)連接到 100V 線(xiàn)路的揚聲器都使用一個(gè)阻抗匹配降壓變壓器（通常稱(chēng)為線(xiàn)到音圈變壓器），如圖所示。
100V 輸電線(xiàn)路變壓器
100V 線(xiàn)路變壓器
在這里，放大器使用升壓變壓器，在給定功率輸出的情況下，以較低的電流提供恒定的 100 伏傳輸線(xiàn)電壓。揚聲器并聯(lián)在一起，每個(gè)揚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(xiàn)路與揚聲器的低阻抗相匹配。
使用這種音頻傳輸線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是，即使多個(gè)單獨的揚聲器、擴音器或其他此類(lèi)聲音執行器具有不同的阻抗和功率處理能力，它們也可以連接到一條線(xiàn)路上。例如，4 歐姆時(shí)功率為 5 瓦，或 8 歐姆時(shí)功率為 20 瓦。
阻抗匹配變壓器
通常，傳輸線(xiàn)匹配變壓器在初級繞組上有多個(gè)連接點(diǎn)，稱(chēng)為分接點(diǎn)，允許為每個(gè)單獨的揚聲器選擇合適的功率水平（以及音量）。此外，次級繞組也有類(lèi)似的分接點(diǎn)，提供不同的阻抗以匹配所連接揚聲器的阻抗。
在這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中，100V 線(xiàn)路到揚聲器變壓器可以在其次級側驅動(dòng) 4、8 或 16 歐姆揚聲器負載，其初級側的放大器額定功率分別為 4、8 和 16 瓦，具體取決于所選的分接點(diǎn)。實(shí)際上，PA 系統線(xiàn)路變壓器可以選擇用于任何串聯(lián)和并聯(lián)揚聲器負載組合，功率處理能力高達幾千瓦。
但是，除了恒壓阻抗匹配線(xiàn)路變壓器外，音頻變壓器還可用于將低阻抗或低信號輸入設備（如麥克風(fēng)、轉盤(pán)動(dòng)圈拾音器、線(xiàn)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工作，因此它們通常被設計成使得其繞組的內部電容與其電感產(chǎn)生共振，以改善其工作頻率范圍，從而允許使用更小的變壓器磁芯尺寸。
我們在本教程中了解音頻變壓器時(shí)已經(jīng)看到，音頻變壓器用于匹配不同音頻設備之間的阻抗，例如，作為線(xiàn)路驅動(dòng)器在放大器和揚聲器之間進(jìn)行阻抗匹配，或在麥克風(fēng)和放大器之間進(jìn)行阻抗匹配。
與在 50 或 60Hz 等低頻下工作的電力變壓器不同，音頻變壓器設計用于在音頻頻率范圍內工作，即從大約 20Hz 到 20kHz 或對于射頻變壓器來(lái)說(shuō)更高的頻率。
由于頻帶較寬，音頻變壓器的鐵芯由特殊等級的鋼制成，例如硅鋼或具有極低磁滯損耗的特殊鐵合金。
音頻變壓器的主要缺點(diǎn)之一是體積較大且價(jià)格昂貴，但使用特殊磁芯材料可以實(shí)現更小的設計。這是因為一般來(lái)說(shuō)，變壓器磁芯尺寸會(huì )隨著(zhù)電源頻率的降低而增大。
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