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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Загадка вакцины 04.10.2016 Вакцина от гриппа снижает риск инсульта у диабетиков, но увеличивает у сердечников. Казалось бы, грипп слабо связан с инсультом или инфарктом: каждый знает, что если перенести простуду на ногах, то можно получить неприятное осложнение, а если выполнять требования врача - вряд ли. Однако современная медицинская статистика позволяет искать совсем неочевидные связи между событиями. Так, исследователи из лондонского Королевского колледжа под руководством доктора Эстер Вамо работали с британской статистикой за 2003-2010 годы и выбрали среди пациентов тех, кто страдает диабетом 2-го типа. Таких пациентов в базе оказалось более 123 тысяч. Анализ данных показал, что ежегодное вакцинирование от гриппа снизило для них риски инфаркта и инсульта - на 22 и 30% случаев соответственно. Более того, и смертность среди них была на 24% меньше. От гриппа же защита работала хуже - число обращений в поликлинику по поводу гриппа и воспаления легких сократилось на 15%. Что же, значит, надо прививаться от гриппа, чтобы защититься от инсульта или инфаркта? Тут есть подводный камень, замеченный теми же исследователями: чудодейственный эффект вакцина оказывает лишь на диабетиков. А у сердечников вакцина, наоборот, увеличивает риски. Ответа на вопрос, почему так получается, у медиков нет.

Другие интересные новости:

▪ Тара для переноски компьютеров

▪ Цветные металлы сделали черными

▪ Пластиковые мышцы

▪ Опасность противосудорожных препаратов

▪ Дезинфекция в тарелке

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Катрин Денев. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое вакцина? Подробный ответ

▪ статья Крановщик (машинист) челюстного лесопогрузчика. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Генератор для управления многоцветным светодиодом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Афганские кольца. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026