农村有线广播长馈线的阻抗匹配（二）
1970/01/01 19:07 点击：269 / 回复：0
杨学林
三、怎样进行阻抗匹配
1．用变压器变换阻抗：有线广播网路一般都是用变压器变换阻抗。变压器的初、次级的圈数、电压和阻抗之间有一定的关系，即初、次级圈数之比等于初、次级电压之比，等于初、次级阻抗的平方根之比，用公式表示为：
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N1/N2=U1/U2=Z 1/Z
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2=n
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式中：N1、U1、Z1分别是初级的圈数、电压和阻抗；N2、U2、Z2分别是次级的圈数、电压和阻抗；n为比值。由上式又可得出： Z1=n2Z2
这就是变压器变换阻抗的关系式。利用它可以把次级阻抗以圈数比值的平方倍变换到初级去。式中Z2就是变压器次级所接的负载阻抗，Z1就是变换到初级电路里的阻抗。因此我们可以调整n的大小，把次级实际负载阻抗变换为初级所要求配接的阻抗，以达到阻抗匹配的目的。
2.长馈线终端的阻抗匹配法：长馈线是指10公里以上的线路。长馈线终端阻抗的匹配方法就是在馈送线和用户线之间加一匹配变压器（即用户变压器），把次级用户线的总并联输入阻抗，通过适当的圈数比变换到初级，变得与馈送线的特性阻抗相等或相近，以达到阻抗匹配的目的。
例：有一条图4所示的单线馈送线路，长度为15公里，终端各用户线上共带225只喇叭，应如何配接？
解：首先计算用户线总输入阻抗。由于用户线一般很短，它的阻抗很小，对输入阻抗的影响可以忽略不计，所以用户线的总输入阻抗可以近似地认为是各用户线所带喇叭的总并联阻抗。每只喇叭的阻抗按9000欧姆计，225只喇叭的总并联阻抗为9000欧／225=40欧。
2.9毫米单线回路的特性阻抗由表1（见上一期）查得为1150欧。为了达到匹配，需要在馈送线和用户线之间接一个用户变压器，把40欧负载阻抗变换提升到与1150欧的馈送线特性阻抗相等或接近。如用户变压器的效率按75％考虑，此时用户变压器的初、次级圈数比应为：
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1150/（40×0.75）≈6
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n=
变换到初级的阻抗为Z1=62×40×0.75=1080欧，与馈送线特性阻抗1150欧接近，达到了阻抗匹配的目的。
从另一方面看，用户变压器也起了变换电压的作用。根据用户喇叭正常工作的需要，用户线的传送电压一般都设计在30伏以下，为了减小线路传输时的衰耗，一般馈送线上都送有120～240伏的较高电压，到终端时通过用户变压器交换降低为适合喇叭工作需要的电压后，再送到用户线上去。
如上例中的用户线采用20伏电压传送，则用户变压器初级应馈送的电压等于次级用户线电压乘以用户变压器的初、次级圈数比。即20×6=120伏，这就是馈送线的终端电压UZH。
由于线路有电阻、电感、电容和电导四个参数存在，广播信号在线路上传输时就要产生衰减，使传输的电压随着线路的增长而逐渐下降。在计算线路衰减的大小时，一般都是以每一公里为标准，而每一公里长线路的衰减值（奈波／公里），就叫做线路衰减系数，用“β”表示（各种常用线径的单线和双线回路的衰减系数可从表1查得），βl就是长度为l的线路的总衰减值。在阻抗匹配的均匀传输线路中，电压及电流在线路上的衰减比值都是用e βl来表示（“e”为自然对数的底数，等于2.71828），即
βl 线路的始端电压USHe=线路的终端电压UZH
由此可知，馈送线的始端电压等于终端电压乘电压衰减比值，即
USH=UZHe βl
把上例的数据代入上式可算出馈送线的始端电压为
USH=120×e0.0167×15=154伏
馈送线始端的输入功率PSH为
PSH＝USH2／ZC
用此式可求出馈线始端输入功率为
PSH=1542／1150=20.6瓦
根据以上计算情况，上例馈送线的实际配接状态如图5所示。从这个终端配接情况来看，用户变压器在这里变换阻抗和交换电压的作用是一致的，它既根据我们的要求变换了阻抗，同时也变换了电压。
需要注意的是：有的同志一遇喇叭声小，不查明原因就任意向上调动用户变压器次级电压接头，这是不对的。结果往往适得其反，愈向高电压端子调喇叭愈加不响，有甚至调成升压状态，喇叭声音反而减小。
例如我们把图5所示用户变压器，由原来的降压式改为图6所示的升压式，将会出现什么现象呢?
此时，用户变压器次级40欧的喇叭并联阻抗，通过变压器初、次级圈数比的平方倍变换到初级将为 Z1=40×（1／6）2=1.1欧，
这已使馈线终端接近短路，馈线传送的电压大都消耗在线路上，终端得到的电压很小，所以次级电压也随着大大减低，而且用户变压器接的升压比愈高，初级短路状态愈严重，次级得到的电压也就愈低。
上述图6的错误接法，如果只限于某一路，其影响还不太大，如果多路都这样，其影响将是很严重的。因为这样接法相当于线路负载很重，使馈线始端的输入阻抗大为降低，直接影响扩音机与各馈送线之间的阻抗匹配，使扩音机严重过载，输出电压大大降低，这就必然使这部扩音机所带各路喇叭声音都减小了。
以上是一个极端的例子。如果向下调低用户变压器的电压抽头，也会产生影响，不过程度不同。从以上分析可知，用户变压器初、次级抽头是不能随便改接的。如果广播网发展，喇叭增多，使线路匹配状态改变，就必须重新计算匹配换接用户变压器接头，并适当增加馈送电力。
3．扩音机输出端的阻抗匹配法：在广播线路与扩音机输出端子之间接一个匹配变压器（或叫馈电变压器），把各路广播线路的总输入阻抗变换成与扩音机输出阻抗相等或接近相等，就达到阻抗匹配的目的。但在农村有线广播中，一部扩音机都带有好多条线路，其中有单线也有双线，而每条线路的线经、里程和所带的喇叭数量也不完全相同，所以它们的输入阻抗也不一样；另外，在馈送电压上有的用变压器升高，有的降低，有的不用变压器升降而直接与扩音机输出相接，情况比较复杂，单用变压器交换阻抗来达到匹配，计算起来是非常麻烦的。为了简化计算过程，一般都采取使线路总输入功率等于扩音机输出功率的计算方法进行匹配。
功率匹配的道理可以从求阻抗的关系式看出。假设Z1、U1、P1分别代表扩音机的输出阻抗、输出电压和输出功率，Z2、U2、P2分别表示线路的输入阻抗、电压和功率，则 Z1=U12/P1，Z2=U22/P2
上式中如果U2=U1，P2=P1，则必然Z2=Z1。馈线输入电压U2一般总使它等于扩音机输出电压U1，如果我们再将P2也配得与P1相等，那么馈线总的输入阻抗Z2也就一定等于扩音机的输出阻抗Z1，达到了匹配目的。
例：图7所示250瓦扩音机，输出电压120伏，输出阻抗57.6欧，共带四路送端电压为240伏的3. 0毫米单线长馈送线路，计算馈线总输入阻抗与扩音机的输出阻抗是否匹配？
解：一般长馈线在终端阻抗匹配的情况下，其输入功率等于送端电压的平方除以特性阻抗，四路馈线的总输入功率将为（2402／1150）×4＝200瓦。
因扩音机输出电压是120伏，馈送线送端电压需240伏，必须加馈电变压器变压，而变压器本身是有损耗的，其效率一般约为80％。因此在馈电变压器初级，即扩音机输出端子的线路总输入功率应为 200／0.8=250瓦；
它与扩音机本身的输出功率恰好相等。此时四路馈线通过馈电变压器变换到扩音机输出端的阻抗为1202／250=57.6欧，也与扩音机的输出阻抗恰好相等。
上例如果用变压器变换阻抗的关系式计算，看结果是否相同。此时四路馈线的总输入阻抗为11 50／4=287.5欧，通过馈电变压器（效率也按80％计算）变换到初级，即扩音机输出端的阻抗为 287.5×（1／2）2×0.8=57.6欧。与上面用功率匹配计算所得结果相同。
在进行扩音机输出端的配接时，应该严格掌握不要让扩音机在过载下工作。在实际配接时应使线路总输入功率等于或稍小于扩音机的输出功率，以免发生过载。但在实际配接中有些同志不重视这个问题，一遇下面反映某路喇叭声小时，也不考虑是什么原因，就盲目地任意调高这路馈线送端电压，以为可以使喇叭响起来，其实所得结果往往相反。因为一般扩音机总在接近满负载下工作，再向上调高送端电压，就必然使扩音机过载，其输出电压反而会降低，下面再举一个实例来说明。
例如，将上例中四路馈送线的始端电压接头都由240伏调到360伏，如图8。这时四路馈线所需的总输入功率为
（3602／1150）×4=450.8瓦，
加上馈电变压器的损耗，要求扩音机输出端的功率为450.8／0.8=563.5瓦，大大地超过了扩音机额定输出功率250瓦。这时，四路馈送线通过馈电变压器变换到扩音机输出端的总输入阻抗将为：1202／563.5=25.6欧，
较扩音机的标称输出阻抗57.6欧低很多。这就造成扩音机严重过载而工作失常。表现出来的故障现象是：扩音机末级功率放大管屏极发红，输出声音失真，输出电压大大降低，使各路喇叭声音普遍减小。
由此可知，站内扩音机输出端的配接是一项很重要很细致的工作，要掌握好使所带线路的总输入功率等于或稍小于扩音机的额定输出功率，不要使扩音机在过重负载或过轻负载下工作。（河南省广播事业局杨学林）
文章:youk [1970/01/01 19:07]
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