广播、调度、电话会议和工业对讲设备里,常用 1∶1 音频隔离变压器把 600Ω 平衡线路和板上电路隔开。选型表上很多型号标的是“600∶290”“600∶301”“600∶316”这样的阻抗,匝比却是 1∶1。不少工程师按“600Ω 系统”的习惯,在次级并一颗 600Ω 电阻,结果线路回损测试不过,对端说阻抗不匹配;也有人改接 290Ω 以后发现电平掉了 4dB 多,又怀疑变压器坏了。
问题出在对“600∶290”的理解上。对次级标值低于 600Ω 的 1∶1 型号,这个次级标值不是“次级阻抗 290Ω”,而是次级该接的端接电阻:接上它,线路侧看进去才是 600Ω。本文用沃虎官网音频变压器选型表里的阻抗和绕组电阻(DCR)数据,讲清端接电阻怎么核算、接错会怎样、电平为什么会掉,以及电阻该并在哪里、串在哪里。
#一、先说结论:次级标值就是该接的端接电阻
按理想变压器算,1∶1 变压器两边电压相同,次级接多大电阻,初级看进去就是多大。但实际变压器的两个绕组都有绕组电阻(铜线的直流电阻),它们串在信号路径里。所以在中频段,线路侧(初级)看进去的阻抗约等于次级端接电阻加上两侧绕组电阻:
线路侧阻抗 ≈ 次级端接电阻 + 初级绕组电阻 + 次级绕组电阻
以 WHTT4204 为例:选型表标的阻抗是 600∶290,绕组电阻是 141∶171Ω。次级接 290Ω 时,线路侧看进去是 290 + 141 + 171 = 602Ω,正好和 600Ω 线路匹配。所以“600∶290”里的 290Ω,就是这颗料次级要接的端接电阻。
官网的对标测试也是这样接的。WHTT6010 对标 Bourns SM-LP-5001 一文写明:标 600∶412 的 WHTT6010,插损是在次级(4-6 脚)接 412Ω 时测的,回损按 600Ω 参考给出。
#二、接错会怎样:次级接 600Ω,线路侧变成 912Ω
如果照“600Ω 系统”的习惯在次级接 600Ω,线路侧看进去就成了 600 + 141 + 171 = 912Ω,比线路的 600Ω 高了一半。衡量匹配好坏的指标是回波损耗(简称回损),数值越大,反射越小。按 600Ω 纯电阻参考,计算公式是:
回损 = 20lg|(Z + 600) / (Z − 600)|,Z 为线路侧看进去的阻抗
下表是 WHTT4204 接收方向几种接法、只计绕组电阻的中频理想值。表里的插损按 600Ω 信号源计算,可以直接和选型表的插损对比;290Ω 那一行插损反而更大,原因见第四节。
按标值接 290Ω,理想回损在 50dB 以上。实际值会被公差拉低:匝比 1±1% 时,次级端接电阻和次级绕组电阻折算到线路侧会偏差约 2%,回损最差约 41dB;如果绕组电阻偏差 10%,回损约 31dB。实测比理想值低是正常的,和接 600Ω 时的 13.7dB 相比仍是明显改善。只接高阻放大器、不并电阻,线路侧几乎等于开路,信号大部分被反射回去。回损不够,是“对端说阻抗不对”“通话有回声”这类问题的常见原因之一:在有 2/4 线转换的电话和调度系统里,阻抗失配会直接破坏混合电路的平衡。
#三、选型表里的 8 个型号:次级标值 + 两侧绕组电阻 ≈ 600Ω
不只是 WHTT4204。下表列出沃虎官网选型表里 8 个初级 600Ω、次级标值低于 600Ω 的 1∶1 型号,按选型表的阻抗和绕组电阻计算:
8 个型号算下来都在 586~649Ω 之间,和 600Ω 相差不到 9%,只计绕组电阻的中频回损都在 28dB 以上。两端的型号对比最明显:WHATC-05-042AR 两侧绕组电阻合计 210Ω,次级标 400Ω,插损 2.3dB;WHTT4202 两侧合计 340Ω,次级标 287Ω,插损 3.5dB。道理是线路侧要凑够 600Ω,绕组电阻占得越多,留给端接电阻的就越少,铜线上分走的电平也越多。
#四、端接对了,电平反而低了:这不是坏件
把 WHTT4204 的端接从 600Ω 改成 290Ω 以后,回损好了,但负载上的电平会变低。按 600Ω 信号源计算,插损从 2.01dB 升到 3.17dB,落在选型表 3.3±0.2dB 的范围内。
电压掉得比插损多,原因有两部分:一是负载电阻从 600Ω 减到 290Ω,同样的功率落在小电阻上,电压本来就低约 3.2dB;二是端接变小后回路电流变大,约 312Ω 的绕组电阻分走的功率变多,负载拿到的功率少了约 1.2dB,也就是插损从 2.01dB 升到 3.17dB 多出的部分。两项合计,负载上的电压比接 600Ω 时低约 4.3dB。另外,接 290Ω 时负载电压比线路端口电压低约 6.3dB:约 3.2dB 是阻抗从约 602Ω 降到 290Ω 的电压换算,约 3.2dB 是绕组电阻上的损耗。
所以这里按标值端接,目的是让线路侧看进去约 600Ω、回损达标,代价是绕组电阻多分走一部分电平。改完端接后电平低 4dB 多是正常现象,不用怀疑变压器坏了。接收增益要按实测的电压差来补,不能只按插损的 dB 数补。电平余量很紧时,可以选绕组电阻小的型号:上一节表里 WHATC-05-042AR 的插损是 2.3dB,比 WHTT4202 的 3.5dB 少 1.2dB。
#五、标“600∶600”的型号怎么接
选型表里还有一批型号标的是 600∶600,这类按标值在次级接 600Ω。这时线路侧看进去会高于 600Ω,高出的就是两侧绕组电阻。例如官网 WHTT4001 对标 HR228434 一文写明,WHTT4001 的插损和回损就是在次级(6-4 脚)接 600Ω 条件下给出的:1kHz 插损 2dB max,350Hz、1kHz、3.5kHz 回损 10dB min,两侧绕组电阻为 140Ω、170Ω max。
按绕组电阻上限代入,WHTT4001 接 600Ω 时线路侧约 910Ω,中频回损约 13.8dB,插损约 2.0dB,和文中给出的 10dB min、2dB max 对得上。也就是说,WHTT4001 接 600Ω 能满足它自己的指标,但回损不会很高。各型号次级接 600Ω 时、只计绕组电阻的中频回损如下:
如果系统对回损要求更高,有两条路:一是选绕组电阻小的型号,比如 WHTT4006 接 600Ω 也有约 23dB;二是把端接电阻改成 600 减去两侧绕组电阻,例如 WHTT4001 改接约 290Ω,回损会大幅改善,代价是插损从约 2.0dB 升到约 3.2dB。改端接后,插损和回损要按新的端接实测,不再对照 600Ω 端接下给出的限值。改之前,先确认系统规范里回损和电平各要多少。
#六、电阻接在哪:接收端并联,发送端串联
接收方向(线路 → 变压器 → 放大器):端接电阻并在次级两端,后面放大器的输入阻抗最好在端接电阻的 30 倍以上(端接 290Ω 时约 9kΩ 以上),这时并联后的阻值只比端接电阻低约 3%。输入阻抗不够高时,要把它并联进去重算:例如输入阻抗只有 2kΩ,290Ω 并上后实际只有约 253Ω,线路侧约 565Ω,回损降到约 30dB;这时改用约 340Ω 的电阻,并上 2kΩ 后正好约 290Ω。
发送方向(放大器 → 变压器 → 线路):运放输出阻抗接近 0,电阻要串在运放输出和次级之间,阻值取次级标值;600∶600 的型号串 600Ω,要提高回损时再按 600 减去两侧绕组电阻估算。以 WHTT4204 为例,串 290Ω 后,线路侧看到的源阻抗约 602Ω。如果运放直接驱动次级、不串电阻,线路侧看到的源阻抗只有两侧绕组电阻约 312Ω,回损只有约 10dB。运放输出和次级之间一般还要串一颗隔直电容,避免运放的直流失调在绕组里形成直流偏磁。
变压器的接线极性、同名端和双通道检查,见官网音频变压器怎么接线一文;接线没问题却完全没有输出,见音频隔离变压器没有输出一文。
#七、回损只在中频最好:低频看初级电感,高频看漏感
前面的回损都是中频理想值。低频端,初级电感并在线路侧,频率越低,感抗越小,回损就往下掉。以官网对标文里初级电感 1.7H min 的 WHTT4001 为例,改接约 290Ω 端接后,按 1.7H 估算,1kHz 回损约 36dB,300Hz 只剩约 25dB。高频端,漏感和绕组分布电容会让阻抗偏离 600Ω。
所以要按系统规定的频点(电话和调度线路常见 300Hz 到 3.4kHz)实测频带两端的回损,不要只看 1kHz。
#八、复数参考阻抗、线路直流和非 1∶1 匝比要另算
第一,本文按 600Ω 纯电阻参考计算。有些电话线路规范用复数参考阻抗(由电阻和电容组成),这时回损公式里的 600Ω 要换成那个复数阻抗,端接也要做成对应的 RC 网络,不能再按一颗电阻来取值。
第二,线路上有直流时要另外处理。直流如果流过绕组,会让磁芯偏磁、低频失真变大。线路上有 48V 幻象供电时,变压器放在馈电点哪一侧、绕组里会不会有直流、要不要用中心抽头,见官网音频变压器接 48V 幻象供电一文。
第三,匝比不是 1∶1 的型号,不能直接用“600 减两侧绕组电阻”。设匝比为 n∶1(初级∶次级),线路侧阻抗 ≈ 初级绕组电阻 + n² ×(次级绕组电阻 + 次级端接电阻),所以次级端接电阻 ≈(600 − 初级绕组电阻)÷ n² − 次级绕组电阻。
#九、端接电阻四步核对法与打样核对清单
第一步,看标值:初级 600Ω、次级标值低于 600Ω 的 1∶1 型号,先按次级标值端接;标 600∶600 的型号,次级接 600Ω。
第二步,核算:次级标值低于 600Ω 的型号,用“次级标值 + 两侧绕组电阻 ≈ 600Ω”复核;次级实际端接(含放大器输入阻抗)要等于标值,不要再改成“600 减两侧绕组电阻”。600∶600 型号要提高回损时,才按“600 减两侧绕组电阻”估算新的端接值。
第三步,定位置:接收端并联,发送端串联,把放大器输入阻抗算进去。
第四步,实测:在系统规定的频点测回损和插损,同时测线路端口和负载两端的电压,按电压差调整接收增益(WHTT4204 接 290Ω 时约 6.3dB)。打样时可按下表逐项核对:
#十、常见问题 FAQ
1∶1 的变压器,为什么次级标 290Ω 而不是 600Ω?
因为线路侧看进去的阻抗还要加上两侧绕组电阻。WHTT4204 的 290Ω 加上约 312Ω 的绕组电阻,正好约 600Ω。
次级接 600Ω 也能出声,一定要改成 290Ω 吗?
看系统对回损有没有要求。接 600Ω 时线路侧约 912Ω,回损只有约 13.7dB,短线、点对点的场合通常也能用;长线、多点并接,或者系统规范对回损有要求时,应按标值接 290Ω。
端接改成 290Ω 后电平低了 4dB 多,是变压器坏了吗?
不是。端接变小后,负载电阻减半,绕组电阻分走的电压也变多,负载电压比接 600Ω 时低约 4.3dB 是正常的。接收增益按实测的电压差补,不要只按插损补。
用运放直接驱动变压器次级,要不要串电阻?
要。串一颗阻值等于次级标值的电阻(WHTT4204 为 290Ω),再串一颗隔直电容;不串电阻时,线路侧看到的源阻抗只有绕组电阻,回损只有约 10dB。
实测回损比计算值低很多,可能是什么原因?
先看测试频点:低频端受初级电感限制、高频端受漏感和分布电容限制,回损都会比中频低。再查匝比和绕组电阻的公差、放大器输入阻抗有没有并联进去、端接电阻的阻值和精度,以及 PCB 走线上有没有额外的串联电阻或滤波电容。
能不能用 600∶600 的型号代替 600∶290 的型号?
可以评估,但端接要重新算。600∶600 型号次级接 600Ω 时,只计绕组电阻的中频回损约 14~23dB,取决于它的绕组电阻;如果要和原来 600∶290 型号一样高的回损,就要把端接改成 600 减去它的两侧绕组电阻,并重新实测插损、回损和电平。另外还要核对封装、引脚和耐压。
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——— VOOHU 沃虎电子 技术团队
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