Audio Transformator dan Pencocokan Impedansi Transformator

Audio Transformator dan Pencocokan Impedansi Transformator – Audio Trafo dirancang untuk digunakan dalam aplikasi penguat audio untuk pemasangan dan pencocokan impedansi dari penguat (amplifier) dan speaker.

Selain meningkatkan (menambah) atau mengecilkan (mengurangi) tegangan sinyal, transformator juga memiliki satu sifat lain yang sangat berguna, yaitu isolasi. Karena tidak ada sambungan listrik langsung antara gulungan primer dan sekundernya, transformator menyediakan isolasi listrik lengkap antara rangkaian input dan outputnya dan properti isolasi ini juga dapat digunakan antara penguat dan speaker.

Kita telah melihat di bagian tentang Transformator, bahwa transformator adalah perangkat listrik yang memungkinkan sinyal input sinusoidal (seperti sinyal audio atau tegangan) untuk menghasilkan sinyal atau tegangan output tanpa sisi input dan sisi output secara fisik terhubung ke masing-masing lain. Kopling ini dicapai dengan memiliki dua (atau lebih) gulungan kawat (disebut gulungan) dari wound wire kawat tembaga terisolasi di sekitar inti besi magnet lunak.

Ketika sinyal AC diterapkan pada belitan input primer, sinyal AC yang sesuai muncul pada belitan sekunder output karena kopling induktif dari inti besi lunak. Rasio belitan antara kumparan kawat input dan output memberikan kenaikan atau penurunan sinyal yang diterapkan saat melewati transformator.

Kemudian trafo audio dapat dianggap sebagai tipe step-up atau step-down, tetapi bukannya wound untuk menghasilkan output tegangan tertentu, trafo audio terutama dirancang untuk pencocokan impedansi. Juga, transformator dengan rasio putaran 1:1, tidak mengubah level tegangan atau arus tetapi sebaliknya mengisolasi rangkaian primer dari sisi sekunder. Jenis transformator ini dikenal secara umum sebagai Isolasi Transformator.

Baca juga : Perbedaan Trafo Step Up dan Step Down

Transformator bukan perangkat cerdas, tetapi dapat digunakan sebagai perangkat dua arah sehingga gulungan input primer normal dapat menjadi gulungan output dan gulungan output sekunder normal dapat menjadi input dan karena sifat dua arah ini, Transformator dapat memberikan penguatan sinyal saat digunakan dalam satu arah atau kehilangan sinyal ketika digunakan secara terbalik untuk membantu mencocokkan tingkat sinyal atau tegangan antara perangkat yang berbeda.

Perhatikan juga bahwa transformator tunggal dapat memiliki beberapa gulungan primer atau sekunder dan gulungan ini juga memiliki beberapa sambungan listrik atau “taps” di sepanjang panjangnya. Keuntungan dari trafo audio multi-tap adalah mereka menawarkan impedansi listrik yang berbeda serta rasio untung-rugi yang berbeda menjadikannya berguna untuk pencocokan impedansi amplifier dan beban speaker.

Seperti namanya, trafo audio dirancang untuk beroperasi dalam pita audio frekuensi dan dengan demikian dapat memiliki aplikasi pada tahap input (mikrofon), tahap output (pengeras suara), kopling antar-tahap, serta pencocokan impedansi penguat (amplifier). Dalam semua kasus, respons frekuensi, impedansi primer dan sekunder, serta kemampuan daya, semua harus dipertimbangkan.

Audio dan pencocokan impedansi transformator mirip dengan desain untuk tegangan frekuensi rendah dan trafo daya, tetapi mereka beroperasi pada rentang frekuensi dari frekuensi yang jauh lebih luas. Misalnya, rentang suara 20Hz hingga 20kHz. Audio Trafo juga dapat berjalan DC dalam satu atau lebih gulungan untuk digunakan dalam aplikasi audio digital serta mengubah level tegangan dan arus pada frekuensi tinggi.

Pencocokan Impedansi Audio Trafo

Salah satu aplikasi utama untuk transformator frekuensi audio adalah pencocokan impedansi. Trafo audio ideal untuk menyeimbangkan penguat dan beban secara bersamaan yang memiliki impedansi input/output yang berbeda untuk mencapai transfer daya maksimum.

Misalnya, impedansi speaker ideal berkisar dari 4 hingga 16 ohm sedangkan impedansi tahap output penguat transistor dapat beberapa ratus ohm. Contoh klasik dari hal ini adalah LT700 Audio Trafo yang dapat digunakan pada tahap output penguat untuk menggerakkan speaker.

Kita tahu bahwa untuk transformator, rasio antara jumlah putaran kumparan pada gulungan primer (NP) dengan jumlah putaran kumparan pada gulungan sekunder (NS) disebut “rasio putaran”. Karena jumlah tegangan yang sama diinduksi dalam setiap putaran kumparan tunggal dari kedua gulungan, maka rasio tegangan primer ke sekunder (VP/VS) akan menjadi nilai yang sama dengan rasio putaran.

Impedansi yang sesuai dengan trafo audio selalu memberikan nilai rasio impedansinya dari satu belitan ke yang lainnya dengan kuadrat rasio putaranya. Artinya, rasio impedansinya sama dengan rasio putaran kuadrat dan juga rasio tegangan primer dan sekundernya kuadrat seperti yang ditunjukkan.

Baca juga : Pengertian Transformator Beserta Fungsi dan Jenis Transformator

Rasio Impedansi Audio Trafo

Dimana ZP adalah impedansi belitan primer, ZS adalah impedansi belitan sekunder, (NP/NS) adalah transformator rasio putaran, dan (VP/VS) adalah rasio tegangan transformator. Jadi misalnya, trafo audio pencocokan impedansi yang memiliki rasio putaran (atau rasio tegangan) katakan 2:1, akan memiliki rasio impedansi 4:1.

Contoh: Audio Trafo No.1

Trafo audio dengan rasio impedansi 15:1 harus digunakan untuk mencocokkan output dari penguat daya ke pengeras suara. Jika impedansi output dari penguat (amplifier) adalah 120Ω. Hitung impedansi nominal speaker yang diperlukan untuk transfer daya maksimum.

Kemudian power amplifier secara efisien dapat menggerakkan speaker 8-ohm.

Audio Trafo Line 100V

Aplikasi pencocokan impedansi lain yang sangat umum adalah untuk transformator saluran/line 100 volt untuk transmisi musik dan suara melalui sistem penyamakan alamat publik. Jenis sistem pengeras suara berbasis tannoy ini menggunakan beberapa pengeras suara yang terletak agak jauh dari penguat daya (power amplifier).

Dengan menggunakan transformator isolasi line, sejumlah pengeras suara dengan impedansi rendah dapat dihubungkan bersama sedemikian rupa sehingga mereka dapat memuat penguat dengan benar, menyediakan pencocokan impedansi antara penguat (sumber) dan speaker (beban) untuk transfer daya maksimum.

Karena kehilangan daya sinyal melalui kabel speaker sebanding dengan kuadrat arus (P = I2R) untuk resistansi kabel yang diberikan, tegangan output dari penguat yang digunakan untuk alamat publik (PA) atau sistem tannoy menggunakan tegangan standar dan konstan tingkat output puncak 100 volt, (70.7 volt rms).

Jadi misalnya, penguat (amplifier) 200 watt yang menggerakkan speaker 8-ohm menghasilkan arus 5 amp, sedangkan penguat 200 watt menggunakan line 100 volt pada daya penuh hanya menghasilkan 2 amp yang memungkinkan kabel pengukur yang lebih kecil digunakan. Namun perlu dicatat bahwa 100 volt hanya ada pada line ketika penguat daya yang menggerakkan line beroperasi pada daya pengenal penuh jika tidak ada daya yang berkurang (volume suara lebih rendah) dan tegangan line.

Jadi untuk sistem speaker jalur 100V (70.7V rms), transformator garis meningkatkan tegangan sinyal output audio menjadi 100 volt sehingga arus line transmisi untuk output daya yang diberikan relatif rendah, mengurangi kehilangan sinyal yang memungkinkan diameter yang lebih kecil atau kabel pengukur untuk digunakan.

Karena impedansi speaker ideal umumnya rendah, pencocokan impedansi transformator step-down (biasanya disebut line to voice-coil transformator) digunakan untuk setiap speaker yang terhubung ke jalur 100V seperti yang ditunjukkan.

Baca juga : Auto Transformator dan Transformator Isolasi untuk Profesional Listrik

Transmisi Transformator Line 100V

Di sini penguat (amplifier) menggunakan transformator step-up untuk memberikan tegangan transmisi line 100 volt konstan pada arus yang dikurangi, untuk output daya yang diberikan. Pengeras suara (speaker) dihubungkan bersama secara paralel dengan masing-masing speaker memiliki transformator pencocokan impedansi yang cocok sendiri untuk mengurangi tegangan sekunder dan meningkatkan arus, sehingga mencocokkan line 100V dengan impedansi rendah pengeras suara.

Keuntungan menggunakan jenis line transmisi audio ini adalah bahwa banyak pengeras suara, tannoy, atau aktuator suara lainnya dapat dihubungkan ke satu saluran/line walaupun mereka memiliki impedansi dan kemampuan penanganan daya yang berbeda. Misalnya, 4 ohm pada 5 watt, atau 8 ohm pada 20 watt.

Secara umum transformator pencocokan transmisi line memiliki beberapa koneksi yang disebut titik-tapping pada belitan utama/primer yang memungkinkan tingkat daya yang sesuai (dan karenanya volume suara) dipilih untuk masing-masing pengeras suara individu. Juga, belitan sekunder memiliki titik-tapping yang sama yang menawarkan impedansi berbeda untuk mencocokkan dengan pengeras suara yang tersambung.

Dalam contoh sederhana ini, transformator line-ke-speaker 100V dapat menggerakkan beban speaker 4, 8, atau 16 Ohm di sisi sekundernya dengan peringkat penguat daya (power amplifier) 4, 8 dan 16 watt di sisi utamanya tergantung pada titik-tapping yang dipilih. Pada kenyataannya, transformator line sistem PA dapat dipilih untuk setiap kombinasi speaker seri dan paralel yang terhubung dengan kemampuan penanganan daya hingga beberapa kilo-watt.

Tetapi juga transformator pencocokan impedansi tegangan konstan, trafo audio dapat digunakan untuk menghubungkan impedansi rendah atau perangkat input sinyal rendah seperti mikrofon, pick-up coil yang dapat diputar, input line, dll ke amplifier atau pre-amplifier. Karena transformator input audio harus beroperasi pada rentang frekuensi yang luas, mereka biasanya dirancang sedemikian rupa sehingga kapasitansi internal gulungannya beresonansi dengan induktansinya untuk meningkatkan rentang frekuensi operasinya sehingga memungkinkan ukuran inti transformator yang lebih kecil.

Kita telah melihat dalam tutorial ini tentang Trafo Audio dan Impedansi, bahwa trafo audio digunakan untuk mencocokkan impedansi antara perangkat audio yang berbeda, misalnya, antara penguat (amplifier) dan speaker sebagai driver line, atau antara mikrofon dan amplifier untuk pencocokan impedansi. Tidak seperti Trafo Daya yang beroperasi pada frekuensi rendah seperti 50 atau 60Hz, trafo audio dirancang untuk beroperasi pada rentang frekuensi audio, yaitu dari sekitar 20Hz hingga 20kHz atau jauh lebih tinggi untuk transformator frekuensi radio.

Karena pita frekuensi yang luas ini, inti trafo audio terbuat dari baja dengan kualitas khusus, seperti baja silikon atau dari paduan besi khusus yang memiliki kerugian histerisis yang sangat rendah. Salah satu kelemahan utama dari trafo audio adalah mereka bisa agak besar dan mahal, tetapi dengan menggunakan bahan inti khusus memungkinkan untuk desain yang lebih kecil. Hal ini karena sebagai patokan umum, ukuran inti transformator meningkat ketika frekuensi supply berkurang.