오디오 회로의 임피던스 매칭: 변압기 권선비, 전압 및 전력을 계산하는 방법

오디오 트랜스포머가 여전히 중요한 이유

연산 증폭기와 클래스 D 앰프의 시대에도 겸손한 오디오 트랜스포머는 필수 불가결합니다.트랜스포머는 600Ω 밸런스 라인을 10kΩ 프리앰프 입력에 연결하든, 튜브 출력 스테이지를 스피커에 연결하든, 라이브 사운드 장비에서 접지 루프를 분리하든, 임피던스 변환, 전압 스케일링, 갈바닉 절연이라는 세 가지 작업을 한 번에 수행하는 도구입니다.

권선비를 정확히 맞추는 것이 이 세 가지 모두의 핵심입니다.잘못하면 전력이 손실되거나 왜곡이 발생하거나 둘 다 발생합니다.관계를 자세히 살펴본 다음 실제 수치를 계산해 봅시다.

핵심 관계

이상적인 트랜스포머는 모두 단일 숫자에서 비롯되는 몇 가지 우아한 규칙, 즉 권선비 “MATHINLINE_8"을 따릅니다.

“매스블록_0"

여기서 “MATHINLINE_9"와 “MATHINLINE_10"은 1차 및 2차 권선 권선이고 “MATHINLINE_11"과 “MATHINLINE_12"는 1차 및 2차 임피던스입니다.임피던스는 권선비의 *제곱*으로 변환된다는 점에 유의하세요. 이 부분이 사람들이 가장 자주 넘어지는 부분이기 때문입니다.

전압과 전류는 “MATHINLINE_13"을 사용하여 선형적으로 스케일링합니다.

“매스블록_1”

“매스블록_2"

그리고 이상적인 트랜스포머는 무손실이기 때문에 전력이 절약됩니다.

“매스블록_3"

이 네 가지 출력 (권선비, 보조 전압, 2차 전류, 전달 전력) 은 [오디오 트랜스포머 회전율 열기] (https://rftools.io/calculators/audio/audio-transformer/) 계산기가 제공하는 것과 정확히 같습니다.

실제 사례: 튜브 앰프를 스피커에 매칭하기

6V6 출력 튜브를 중심으로 싱글 엔드 튜브 앰프를 설계한다고 가정해 보겠습니다.튜브의 최적 플레이트-플레이트 부하 임피던스는 “MATHINLINE_14"이며, “MATHINLINE_15" 스피커를 구동해야 합니다.기본 전압은 “MATHINLINE_16"이고 1차 전류는 “MATHINLINE_17" (이 예에서는 신호 레벨이 가장 적당합니다) 입니다.

1단계 — 권선비:

“매스블록_4”

따라서 25:1 스텝다운 트랜스포머가 필요합니다.

2단계 — 2차 전압:

“매스블록_5"

3단계 — 2차 전류:

“매스블록_6"

4단계 — 전원 전송됨:

“매스블록_7"

보조 측에서는 “MATHINLINE_18"을 확인할 수 있습니다.수치를 확인해 보세요. 예상대로 전력이 절약된 상태입니다.

풀 드라이브 시 싱글 엔드 클래스 A의 6V6은 약 4~5와트를 공급할 수 있으므로 1차측 전압과 전류가 훨씬 더 높습니다.하지만 *비율*은 그대로 유지되며, 이것이 바로 요점입니다. 먼저 권선비를 정한 다음 트랜스포머가 전체 신호 범위에서 나머지를 처리합니다.

계산기가 알려주지 않는 실용적인 고려사항

위 공식은 이상적인 변압기를 설명합니다.실제 오디오 트랜스포머에는 염두에 두어야 할 몇 가지 복잡한 문제가 있습니다.

• 코어 포화. 저주파에서는 주어진 전압을 유지하기 위해 코어에 더 많은 플럭스가 필요합니다.코어가 포화되면 왜곡이 급격히 증가합니다.이것이 바로 튜브 앰프용 출력 트랜스포머가 물리적으로 큰 이유입니다. 20Hz에서 최대 전력을 처리할 수 있는 충분한 철분이 필요합니다.
• 권선 저항 권선의 구리 손실은 전압 강하를 약간 유발하여 효율을 떨어뜨립니다.잘 설계된 오디오 출력 트랜스포머는 95~ 97% 의 효율을 달성할 수 있지만 저렴한 트랜스포머는 85% 에 가까울 수 있습니다.
• 누설 인덕턴스. 모든 플럭스가 권선 간에 완벽하게 결합되는 것은 아닙니다.누설 인덕턴스는 고주파수 응답을 감소시켜 무효 부하 시 링잉을 유발할 수 있습니다.인터리브 와인딩 기법은 이러한 문제를 최소화하는 데 도움이 됩니다.
• 삽입 손실. 전문 오디오 트랜스포머 (예: Jensen 또는 Lundahl의 오디오 트랜스포머) 는 삽입 손실 (고품질 장치의 경우 일반적으로 0.5—1.5dB) 을 지정합니다.이 예산을 게인 구조에 포함시키십시오.

이러한 비이상적 개념에도 불구하고 이상적인 트랜스포머 방정식은 훌륭한 출발점을 제공합니다.임피던스 매칭을 위한 권선비를 선택한 다음 사양 (주파수 응답, 최대 전력, 삽입 손실) 이 용도에 맞는 실제 트랜스포머를 선택합니다.

일반적인 오디오 트랜스포머 시나리오

이 계산기가 특히 유용할 수 있는 몇 가지 상황은 다음과 같습니다.

참고로 “MATHINLINE_22"를 사용하면 트랜스포머는 전압은*업*업*하고 전류는 스텝*다운*합니다. 예를 들어, 약한 마이크 신호를 증폭할 때 원하는 것과 정확히 일치합니다.

빠른 온전성 검사: 제곱근 규칙

한 가지 내면화해야 할 것이 있다면, 임피던스 비율은 권선비의 *제곱*과 같다는 것입니다.10:1 의 회전비는 100:1 의 임피던스 비율을 제공합니다.2:1 회전비는 임피던스 비율이 4:1 에 불과합니다.트랜스포머 설계를 처음 접하는 엔지니어들은 종종 제곱을 잊어버리고 트랜스포머가 크게 작동하지 않게 됩니다.확신이 서지 않을 때는 숫자를 입력하고 계산기가 알아서 처리하도록 하세요.

사용해 보세요

차세대 오디오 트랜스포머를 사양할 준비가 되셨나요?[오디오 트랜스포머 회전율] (https://rftools.io/calculators/audio/audio-transformer/) 계산기를 열고 신호 전압 및 전류와 함께 1차 및 2차 임피던스를 입력하고 한 번의 클릭으로 권선비, 2차 전압, 2차 전류 및 전력을 확인할 수 있습니다.즐겨찾기에 추가하세요. 생각보다 자주 접할 수 있을 것입니다.