Transformador de audio

¿Qué es un transformador?

Un transformador es un dispositivo eléctrico estático que transfiere energía entre dos o más circuitos a través de inducción electromagnética. El transformador puede aumentar o disminuir el voltaje de la señal. El transformador no tiene conexión directa entre los devanados primario y secundario, la energía eléctrica se transfiere mediante inducción electromagnética. Debido a esta propiedad de aislamiento entre primario y secundario, el transformador proporciona aislamientos eléctricos entre primario y secundario, es decir, de la entrada y salida o viceversa. Hemos cubierto un artículo detallado sobre Transformers.

Transformador de audio

Un transformador recibe una señal de entrada sinusoidal y la convierte en una señal de salida. Durante este proceso de conversión, no hay conexiones físicas entre estos dos. Esta conversión en realidad ocurre por las dos o más bobinas de alambre de cobre aisladas (que se denominan devanados) envueltas alrededor de un núcleo de hierro magnético.

Audio Transformer utiliza esta propiedad de aislamiento y crea aislamiento entre los altavoces de salida o los circuitos de audio con el sistema de amplificación del lado de entrada del transformador. En tal caso, la relación de vueltas del devanado primario y secundario se fija en 1: 1. Debido a esto, el transformador no altera el voltaje ni el nivel de corriente. Solo crea aislamiento entre los amplificadores de entrada con el sistema de altavoces de salida.

Además del transformador de aislamiento, también hay otro transformador de audio, que cambiará el nivel de voltaje de salida según la señal de CA de entrada. El altavoz es una carga enorme y debe proporcionar la corriente y el voltaje necesarios para producir una vibración de sonido adecuada. Un transformador de audio con función Step-up aumentará el voltaje o el nivel de corriente para impulsar una carga a través de él. Lo mismo sucede con el transformador reductor también. Convierte el voltaje de mayor a menor con la mayor salida de corriente.

El transformador de audio también proporciona especificaciones de adaptación de impedancia. Cuando la salida de un circuito o dispositivo se conecta directamente a la entrada de otro dispositivo, es muy importante que la impedancia de salida del dispositivo y la impedancia de entrada del dispositivo coincidan. Un transformador de adaptación de impedancia proporciona esta característica y convierte la salida de mayor impedancia en una impedancia más baja para impulsar un altavoz de baja impedancia o alimentar a otro dispositivo de baja impedancia.

Funcionamiento del transformador de audio y su construcción

Aunque un transformador de audio no tiene una conexión física entre su bobina primaria y secundaria, el transformador proporciona una función bidireccional entre estos dos devanados. También podemos usar el mismo lado primario como secundario y secundario como primario. En tal caso, el transformador proporciona pérdida de señal en una dirección y ganancia de señal en dirección inversa o viceversa.

El transformador de audio funciona a frecuencias entre 20 Hz y 20 kHz. Entonces, el funcionamiento de un transformador de audio tiene un rango de frecuencia mucho más amplio.

Como se mencionó anteriormente, el transformador de audio utiliza la técnica de equilibrio de impedancia. Es muy útil para equilibrar amplificadores y cargas (altavoz y otros) que utilizan impedancias de entrada o salida diferentes para una aplicación de transferencia de potencia máxima.

En la actualidad, las impedancias de los altavoces varían de 4 a 16 ohmios, por lo general hay altavoces de 4, 8 ó 16 ohmios disponibles, mientras que los amplificadores de transistores o de estado sólido utilizan una impedancia de salida de 200 a 300 ohmios. Si el amplificador tiene un diseño retro, como un amplificador de válvula o tubo antiguo, el voltaje de salida a veces alcanza los 300 V con una impedancia de 3k. Necesitamos un transformador de adaptación de impedancia que convierta la alta impedancia en baja impedancia y debería convertir el voltaje y la corriente a un nivel que impulsará directamente un altavoz.

Un transformador puede tener múltiples devanados en el lado primario y secundario. La relación entre los devanados primario y secundario, el número de vueltas de las bobinas en el lado primario (Np) y el número de vueltas de la bobina en el secundario (Ns) se denomina relación de vueltas. Esta relación de vueltas también define la relación de voltaje primario y secundario ya que el voltaje es directamente proporcional a las vueltas del devanado primario y secundario.

Entonces, N _P / N _S = V _P / V _S

Relación de impedancia del transformador de audio

La impedancia es el factor más importante para los transformadores de adaptación de impedancia. Para el transformador de adaptación de impedancia, la relación de impedancia entre el primario y el secundario se puede calcular utilizando el giro primario y secundario o el voltaje de salida primario y secundario.

Para calcular la relación de impedancia, necesitamos elevar al cuadrado la relación de vueltas del transformador o la relación de voltaje del transformador.

En la ecuación anterior, Z _P es la impedancia primaria y Z _S es la impedancia secundaria. N _P / N _S es la relación de vueltas del transformador y V _P / V _S es la relación de voltaje del transformador. La relación de impedancia es el cuadrado de la relación de vueltas o la relación de voltaje. Entonces, un transformador con una relación de vueltas o una relación de voltaje de 4: 1 podría proporcionar una relación de impedancia de 16: 1.

Ejemplo

Podemos calcular algunos valores prácticos en función de las fórmulas dadas anteriormente.

Supongamos que se utiliza un transformador con una relación de vueltas de 25: 1 para equilibrar la salida del amplificador de potencia con un altavoz. El amplificador de potencia proporciona una impedancia de salida de 100 ohmios, ¿cuál sería la impedancia nominal del altavoz necesaria para la máxima transferencia de potencia?

Solución:

Por lo tanto, utilizando el transformador de relación de giro de 25: 1 en un amplificador de potencia de 100 Ω, podríamos conducir un altavoz de 4 Ω con la máxima transferencia de potencia.

Tipos de transformador de audio

Como se discutió en el segmento anterior, el transformador de audio se puede utilizar en múltiples aplicaciones. Pero, en general, se utilizan principalmente tres tipos de transformadores de audio para fines relacionados con el audio.

1. Transformador de adaptación de impedancia
2. Transformador de audio intensivo con amplio rango de frecuencia que se encuentra dentro de la frecuencia audible.
3. Transformador de audio reductor con amplio rango de frecuencia que se encuentra dentro de la frecuencia audible.

También hay disponible otro transformador de audio específico, que es útil para aplicaciones de audio digital y generalmente funciona en alta frecuencia.

Los transformadores también pueden tener múltiples derivaciones primarias y secundarias, que brindan flexibilidad al usuario para cambiar los dispositivos de salida sin cambiar el costoso transformador de audio. Por ejemplo, un transformador puede tener múltiples derivaciones secundarias para conectar múltiples cargas con impedancia de 4 ohmios, 8 ohmios o incluso 16 ohmios, pero solo es necesario conectar una derivación a la carga cuando se trabaja con él. Estos transformadores son generalmente costosos y se pueden encontrar en amplificadores o sistemas retro musicales.

El transformador puede tener diferentes cuerpos dependiendo de dónde se utilice. Un transformador de montaje en chasis necesita un chasis de soporte para soportar el peso voluminoso. Además, hay transformadores de audio montados en PCB disponibles en varias formas y tamaños, según sus especificaciones y usos.

Transformador de micrófono

Un transformador de micrófono que se utiliza principalmente para equilibrar la impedancia entre el sistema amplificador y el micrófono. Es esencial, ya que habrá pérdida de señal debido a la impedancia desequilibrada en la entrada del amplificador y la salida del micrófono.

Un transformador de micrófono no reduce los ruidos de zumbido. Un transformador de micrófono necesita un par trenzado con cables de protección a tierra para conectarse. El cable consta de dos conductores que están estrechamente trenzados y rodeados por una trenza conductora o una lámina. Este cable reduce eficazmente los zumbidos y las interferencias de ruido externo.

Un transformador que tiene un solo primario y recibe una entrada no balanceada, y tiene un secundario con toma central que proporciona una salida balanceada, se llama Transformador Balun. En tal configuración, el amplificador obtiene una señal perfectamente equilibrada.

Transformador de unidad de audio de línea de 100 V

Existen escenarios en los que varios altavoces están conectados entre sí en sistemas de megafonía de largo alcance que están conectados con un solo sistema amplificador. El problema surge cuando se utilizan cables largos para conectar la salida del amplificador y la entrada del altavoz. La resistencia del cable crea problemas para la calidad de la señal y la pérdida de señal ocurre con una amplitud de señal pobre en los altavoces.

Debido a esto, se utilizan dos transformadores especiales, uno es elevador y otro es reductor. El transformador elevador aumenta el voltaje de la señal de salida de audio a 100 V. Debido a la fórmula P (W) = V x A, cuando se aumenta un voltaje, la corriente disminuye para una potencia determinada. La resistencia no sería efectiva para la corriente de señal baja. La señal se transmitirá perfectamente.

En el otro extremo, en cada altavoz, un transformador reductor con función de adaptación de impedancia, reduce los 100 V al voltaje del altavoz y aumenta la corriente. El transformador también iguala la impedancia para una máxima transferencia de energía.

Este tipo de transformadores de audio se denomina transformador de audio de adaptación de línea de transmisión. Tienen múltiples conexiones tanto en el lado primario como en el secundario. En general, las derivaciones laterales primarias se utilizan para un nivel de potencia adecuado, por lo que la ganancia de amplificación se puede controlar mediante conexiones de derivación. Y el lado secundario tiene múltiples tomas que son útiles para conectar diferentes altavoces de impedancia a diferentes altavoces de impedancia según la elección y disponibilidad.

Muchos transformadores de línea de amplificadores profesionales modernos brindan capacidades de manejo de alta potencia, así como múltiples configuraciones para conectar altavoces en paralelo o en serie.