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Übersetzungsverhältnis des Audiotransformators

Berechnet das Übersetzungsverhältnis des Audiotransformators für die Impedanzanpassung zwischen Quelle und Last.

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Formel

n = √(Z₁/Z₂), V₂ = V₁/n, I₂ = I₁ × n

n— Turns ratio
Z— Impedance (Ω)

Wie es funktioniert

Audiotransformatoren bieten eine galvanische Trennung und Impedanzanpassung zwischen Signalquellen und Lasten. Das Windungsverhältnis n = N/N₂ bestimmt die Spannungstransformation: V₂ = V/n. Strom transformiert sich umgekehrt: I₂ = I× n. Die Impedanz transformiert sich als Quadrat des Windungsverhältnisses: Z₂ = Z/n². Für die Impedanzanpassung benötigen wir n = √ (Z/Z₂). Klassisches Audio verwendet symmetrische Leitungsimpedanzen von 600 Ω für maximale Leistungsübertragung, mit 600:600-Transformatoren (Verhältnis 1:1) zur Isolierung oder 600:10 kΩ-Transformatoren (n ≈ 0,245 oder 1:4,08 -Aufwärtsverstärkung) für Mikrofon-/Line-Bridging. DI-Boxen (Direkteinspritzung) verwenden Transformatoren, um hochohmige Instrumentensignale (~500 kΩ) in symmetrische 200—600 Ω-Mikrofonausgänge umzuwandeln. Audiotransformatoren blockieren außerdem Gleichstrom und bieten eine Gleichtakt-Geräuschunterdrückung (CMRR), wodurch sie sich ideal zur Beseitigung von Masseschleifen eignen.

Bearbeitetes Beispiel

Passen Sie einen symmetrischen 600-Ω-Line-Ausgang an einen 8-Ω-Lautsprecher an (hypothetisch). Umdrehungsverhältnis: n = √ (600/8) = √75 = 8,66:1 Das bedeutet, dass die Primärseite 8,66× mehr Windungen hat als die Sekundärseite. Bei einer Primärspannung von 1 V RMS: Sekundärspannung = 1/8,66 = 0,115 V RMS Bei 1 mA RMS-Primärstrom: Sekundärstrom = 1 mA × 8,66 = 8,66 mA RMS Übertragene Leistung (idealer Transformator): P = 1 V × 1 mA = 1 mW Überprüfen Sie: P = 0,115 V × 8,66 mA = 1 mW ✓ Für eine DI-Box (250-kΩ-Instrument → 150-Ω-Mikrofoneingang): n = √ (250000/150) = √1667 = 40,8:1 Schritt nach unten

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie Audiotransformatoren zur Brummunterdrückung bei symmetrischen/unsymmetrischen Wandlungen — sie bieten eine Gleichtaktunterdrückung von 40—60 dB und unterbrechen so Grundschleifen, die bei langen Kabelstrecken zu 50/60-Hz-Brummen führen.
  • ✓Stellen Sie bei der Berechnung des Windungsverhältnisses für eine DI-Box sicher, dass die Einfügedämpfung des Transformators im Verstärkungsbudget berücksichtigt wird. Ein gut durchdachter aktiver DI übertrifft häufig einen passiven Transformator-DI bei extremen Impedanzverhältnissen.
  • ✓Bei Mikrofoneingangstransformatoren muss die magnetisierende Induktivität hoch genug sein, um 20 Hz bei der Nenneingangsimpedanz durchzulassen. Prüfen Sie: f_low = R_Load/(2π × L_Mag); für einen 150-Ω-Eingang und 20 Hz ist L_Mag ≥ 150/(2π × 20) ≈ 1,2 H.

Häufige Fehler

  • ✗Impedanzverhältnis mit Windungsverhältnis verwechseln — das Impedanzverhältnis entspricht dem Quadrat des Windungsverhältnisses (n²), nicht n selbst. Ein Windungsverhältnis von 4:1 ergibt ein Impedanzverhältnis von 16:1.
  • ✗Erwartet man eine perfekte Impedanzanpassung, um die Leistung zu maximieren — in Audiosystemen (Systeme mit Spannungsquelle) ist die maximale Leistungsübertragung weniger wichtig als die maximale Spannungsübertragung. Eine Überbrückung (Lastimpedanz, die viel höher ist als die Quelle) wird im Audiobereich bevorzugt, um eine Belastung der Quelle zu vermeiden.
  • ✗Vernachlässigung des Frequenzgangs des Transformators — Für Audiotransformatoren gelten Bandbreitengrenzen, die durch Magnetisierungsinduktivität (Niederfrequenzabfall) und Streuinduktivität plus Wicklungskapazität (Hochfrequenzabfall) bestimmt werden. Billige Transformatoren laufen unter 50 Hz oder über 10 kHz ab.

Häufig gestellte Fragen

Ein 1:1 -Trenntransformator leitet das Signal mit unverändertem Pegel weiter, trennt die Quelle jedoch galvanisch von der Last, wodurch Erdschleifen unterbrochen werden. Signaltransformatoren (Verhältnis ohne Einheit) isolieren und verändern sowohl die Impedanz als auch den Spannungspegel. Alle Audiotransformatoren bieten eine Isolierung; das Verhältnis bestimmt die Transformation.
Ja. Wenn Sie den symmetrischen Ausgang über den Primärausgang verbinden und den Sekundärausgang als einseitigen (unsymmetrischen) Ausgang verwenden, wird das Signal umgewandelt. Der Transformator unterdrückt Gleichtaktgeräusche auf der symmetrischen Leitung und liefert ein sauberes unsymmetrisches Signal mit dem CMRR der Wicklungsbalance des Transformators (typischerweise 60—80 dB).
600 Ω war der ursprüngliche Telefon- und Rundfunkstandard, da er eine maximale Leistungsübertragung über die in frühen Telefonnetzen üblichen Kupferdrahtimpedanzen ermöglichte. Moderne Audiogeräte verwenden 600 Ω hauptsächlich aus Gründen der Kompatibilität mit älteren Geräten und für den symmetrischen Leitungsstandard, obwohl die meisten modernen Geräte eher eine Spannungsüberbrückung (hohe Eingangsimpedanz) als eine Impedanzanpassung verwenden.

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