Измерение выходной мощности усилителей звуковой частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

Возьмем обычный усилитель НЧ с напряжением питания +12 Вольт, сопротивлением нагрузки 4 Ом, присоединим к нагрузке осциллограф, а к входу - генератор синусоидального сигнала, (рис. 1)

(нажмите для увеличения)

включим все и наблюдаем на экране осциллографа "веселые картинки" - синусоиду, пока она не достигнет видимых искажений (рис. 2а). (Примечание Ученого кота: менее 3% искажения простым глазом не заметны. О том, что такое искажения, поговорим в другой статье.)

Площадь, занимаемую синусоидой, можно вычислить (или измерить) и заменить эквивалентным напряжением постоянного тока той же площади (рис. 2б).

Это напряжение называется СреднеКвадратичным напряжением - СКВ (англоязычная аббревиатура - RMS), в просторечии - "эффективным". Таким образом можно найти эквивалентное напряжение для любой формы тока (рис. 2в,г,д).

Для треугольного, прямоугольного, синусоидального, экспоненциального тока есть математические выражения для эквивалентного преобразования. Для простоты понимания на рисунках изображены половины периодов симметричных сигналов. Появление компьютерной регистрации позволяет выполнить численное интегрирование любой функции без поиска его математического выражения. Для чего все это надо? Найденный эквивалентный постоянный ток будет производить ту же тепловую работу, что и наш исследуемый ток.

Любой переменный ток можно характеризовать следующими видами напряжения:

Амплитудное - синие стрелки (понятно из названия и рисунков);

Среднее - среднеарифметическое всех мгновенных значений сигнала за измеряемый период (на рисунках не показано);

Среднеквадратичное - красные стрелки (рассмотрено выше).

Для облегчения понимания указанных видов напряжения можно нарисовать их на миллиметровке и самостоятельно просуммировать численные значения напряжения (для синусоидального, прямоугольного и треугольного напряжения ). Большинство вольтметров переменного напряжения имеют схему выпрямления переменного тока, соответствующую среднему напряжению - как самую простую, а градуировку показывающей шкалы - в СКВ. При измерении синусоидальных токов и напряжений это не вызывает никаких затруднений, а если ток или напряжение отличаются от синусоиды - придется вводить поправочные коэффициенты.

Теперь вспомним начала начал - Закон Ома: I=U/R, а также формулы для вычисления мощности постоянного тока - P=U*I=I2R=U2/R.

Для синусоидального тока (и напряжения) формула вычисления мощности по измеренному осциллографом амплитудному напряжению будет выглядеть так:

P = (0,707U)2/Rн = U2/4Rн

где 0,707- коэффициент перевода амплитудного напряжения U синусоидального тока в эквивалентное напряжение постоянного тока.

Мы пришли к практическому способу измерения выходной мощности усилителя с помощью измерения амплитуды сигнала на экране осциллографа (рис. 2б). Механическая мощность - это работа за 1 секунду. Электрическая мощность не содержит параметра времени в явном виде; подразумевается (но не соблюдается, причем именно при измерении мощности усилителей низкой частоты), что это - тоже 1 секунда. Например, для меандра частотой 100 Гц за время 10 мс в любой момент СКВ напряжение равно его амплитудному значению (рис. 2в)

А кто мешает распространить такой подход и к синусоидальному сигналу? Для части синуса 100Гц за время 1мс (рис. 2е) получим практически прямоугольник, для которого коэффициент перевода амплитудного напряжения в СКВ равен 1, и соответственно мгновенную мощность в два раза больше, чем за целый полупериод 10 мс.

Но это еще не все! Можно измерить размах напряжения при переходе от минимального до максимального значения (рис. 2ж) за очень небольшой период времени и получить мощность еще больше! Вот они - десятки ватт от бумбокса и сотни ватт от бытового усилителя!

Сведем полученные результаты в таблицу.

Мы рассмотрели измерение мощности на активной нагрузке (например, на мощном проволочном резисторе), обычно применяемой при испытании усилителей. Внимательный радиолюбитель, измеряя сопротивление динамика цифровым омметром, обнаружит, что оно окажется меньше, чем 4 ома, например, 3,8 ом. "Ага, значит, я получу больше, чем указано в таблице!" - воскликнет он - и будет прав, но не совсем. Дело в том, что динамик имеет две составляющие сопротивления - активную, которую можно измерить любым омметром, и индуктивную - зависящую от числа витков катушки динамика и его магнитных свойств (измеряемую измерителем RCL). Возьмем для примера динамик 3ГД-32-75 с номинальным сопротивлением катушки по постоянному току R=4 Ома; индуктивностью L=150 микроГенри. Полное сопротивление Z динамика состоит из двух компонент - активной Rx и индуктивной XL. Рассчитаем их для двух частот:

Частота		1000 Гц	10 кГц
Индуктивное сопротивление рассчитывается по формуле		0,94 Ом	9,4 Ом
Полное сопротивление - по формуле		4,11 Ом	10,21 Ом

Видим, что на 10 кГц сопротивление реальной нагрузки выросло в 2,5 раза, а мощность, отдаваемая в эту нагрузку, соответственно уменьшилась в те же 2,5 раза (рис. 3 б). А теперь вспомним, что на входе усилителя (и на выходе) присутствует конденсатор.

Предположим Rвх=100 кОм, емкость конденсатора Свх= 0,1 мкФ. На частоте 1 кГц его сопротивление будет 1,6 кОм; на частоте 100 Гц - 16 кОм; на частоте 10 Гц - 160 кОм, т.е. напряжение, поступающее на вход первого каскада усилителя, уменьшится в 0,38 раза, а пропорционально этому - и выходная мощность (рис. 3в).

Аналогичный расчет для влияния выходной емкости Свых= 1000 мкФ дает: 1 кГц - 0,16 Ом; 100 Гц - 1,6 Ом; 10 Гц - 16 Ом. В последнем случае на нагрузку 4 Ом будет поступать всего 0,2 выходного напряжения, и отдаваемая мощность снизится до 1/25 от максимально возможной (рис. 3г). Поэтому не ленитесь рассчитать минимально необходимые емкости входного и выходного конденсаторов для получения заданной частотной характеристики в области низких частот.

Но это опять таки еще не все! Если наш громкоговоритель двух- или трехполосный-, поведение полного сопротивления громкоговорителя из-за влияния индуктивностей, конденсаторов и резисторов разделительных фильтров предсказать достаточно сложно, проще провести измерения (рис. 3е). (Примечание премудрого кота. Да, в общем, это не слишком то и нужно.)

Подведем итоги

1.Измерение выходной мощности лучше всего проводить, наблюдая синусоидальный не ограниченный сигнал на экране осциллографа, и пересчитать измеренное значение амплитудного напряжения в СКВ (для получения синусоидальной мощности), либо оставить как есть (для пиковой мощности). Измерение напряжения вольтметром переменного тока нежелательно, поскольку мы не увидим искажения сигнала при мощности, близкой к максимальной, и обычно не знаем, по какой схеме собран и проградуирован вольтметр. Измерение амплитудной пиковой мощности вызывает сомнение - ее можно получить и чисто расчетным путем. Формула для прикидочного расчета мощности синусоидального сигнала выглядит следующим образом: Р = (Uп:3)2/Rн, где Uп - напряжение питания, Rн -сопротивление нагрузки на заданной частоте. Ревнители точности могут вычесть из Uп падение напряжения на выходных транзисторах и учесть просадку Uп при нестабилизированном питании.

2.Теперь мы знаем, как относиться к мощности, заявленной на шильдике "крутого" домашнего кинотеатра: "суммарная мощность всех каналов составляет 400 ватт" при мощности, потребляемой от сети -100 ватт. 3.Наиболее правильно будет говорить так: измеренная мощность усилителя - Х ватт при коэффициенте гармоник Y% и частоте Z герц на нагрузке R Ом. (Для любознательных - старые ГОСТы подразумевали коэффициент гармоник 1% при номинальной мощности и 10%- при максимальной). О коэффициенте гармоник (будем говорить позже, сейчас мне нужно питание в виде рыбы, а не электрического тока! - примечание голодного кота).

4."Но это опять таки еще не все!" (Хозяин, можешь говорить без употребления рекламных слоганов? примечание грамотного кота). Мощность, рассеиваемая на оконечных транзисторах усилителя, величина непостоянная (для наиболее распространенных усилителей класса АВ), и достигает максимума в диапазоне 0,25..0,5 выходной мощности. Исходя из этого, и надо рассчитывать необходимую площадь радиаторов.

Публикация: radiokot.ru

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива NASA построит сверхзвуковой самолет 03.07.2017 В NASA завершили очередной этап проекта QueSST по созданию сверхбыстрого пассажирского самолета. В ближайшее время инженеры агентства начнут непосредственную разработку сверхзвукового самолета Low Boom Flight Demonstration (LBFD), известного как X-plane. В феврале прошлого года NASA заключило контракт по сотрудничеству с авиационной компанией Lockheed Martin. Инженеры космического агентства и специалисты авиакорпорации вместе разработали проект QueSST, результатом которого станет сверхзвуковой самолет, осуществляющий пассажирские перевозки. В мае этого года масштабная модель проекта успешно завершила испытания в сверхзвуковой аэродинамической трубе размером 2,5 х 2 м, которая расположена в Исследовательском центре NASA Glenn в Кливленде (США). А на прошлой неделе старшие инженеры космического агентства и специалисты корпорации Lockheed Martin заключили, что дизайн QueSST подходит для задач миссии X-plane. "Наше тесное сотрудничество с Lockheed Martin помогло нам добиться поставленной цели, и теперь мы еще на один шаг ближе к созданию X-plane", - говорит Дэвид Ричвайн, специалист NASA по коммерческим сверхзвуковым технологиям. Теперь команда исследователей займется строительством пилотируемого одномоторного сверхзвукового самолета. Ожидается, что предварительные летные испытания X-plane начнутся уже в 2021-м году. Кроме того, в течение следующих нескольких месяцев сотрудники NASA и Lockheed Martin будут проводить последние проверки QueSST в исследовательском центре NASA Langley Research Center (штат Вирджиния).

Другие интересные новости:

▪ Процессоров от NVIDIA не будет

▪ Миниатюрный эффективный акустический усилитель

▪ Платформа для модульных смартфонов Motorola Project Ara

▪ Как нашли Луноход-1

▪ Для роботов сухожилия лучше сервоприводов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Палиндромы. Подборка статей

▪ статья Космодромы. История изобретения и производства

▪ Как произошел перелом в ходе Второй мировой войны? Подробный ответ

▪ статья Кольраби. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Высокочастотные дроссели. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья ЧМ Трансвертер 144/27 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026