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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Смартфоны быстрее заряжаются и понимают голос 24.02.2013 Крупный производитель чипов Qualcomm объявил о разработке технологии Quick Charge 2.0, которая позволяет на 75% сократить время зарядки аккумуляторов в смартфонах и планшетах. Чтобы реализовать потенциал новой технологии, необходимо, чтобы она поддерживалась как самим мобильным устройством, так и его зарядником. В устройстве технология может присутствовать как отдельная интегральная схема или как часть интегральной схемы, отвечающей за питание процессоров семейства Snapdragon 800. Новые 4-ядерные чипы Snapdragon 800 для мобильных устройств были анонсированы в январе. По сравнению со Snapdragon S4 они несут увеличенную производительность на ватт потребляемой мощности и встроенный графический контроллер Adreno 330 с удвоенной скоростью работы. В лабораторных тестах при использовании Quick Charge 2.0 инженерам Qualcomm удалось сократить время зарядки планшетов с 7 до менее 3 часов, сообщили в пресс-службе. Quick Charge 2.0 является преемницей технологии Quick Charge 1.0. В прошлом году на рынок вышло свыше 70 моделей устройств с этой технологией. По сравнению с решением первого поколения новая технология обеспечивает еще более высокие результаты и является более гибкой, пояснили в компании. Технология Quick Charge 2.0 обратно совместима с Quick Charge 1.0, поэтому к ней подойдут зарядники с поддержкой Quick Charge 1.0. Но для того чтобы реализовать потенциал технологии, необходимо будет использовать и само устройство, и зарядник с поддержкой технологии второго поколения. Кроме того, поддержка второй версии вскоре будет встроена в стандартные micro-USB-зарядники, которые можно будет купить в любом магазине, пообещали в Qualcomm. Благодаря мощности в 60 Вт использовать их можно будет, в том числе, для зарядки небольших ноутбуков. Помимо новой технологии зарядки, Qualcomm представила еще одну встроенную технологию процессоров Snapdragon 800 - энергоэффективную функцию непрерывного анализа звуковых волн и вычленения голосовой команды на пробуждение. Snapdragon Voice Activation является первой в мире интегрированной процессорной функцией, которая работает всегда и потребляет незначительную часть заряда, заявили в пресс-службе компании. Производители смартфонов с процессорами Snapdragon 800 смогут определить пробуждающее слово. Когда телефон "услышит" его, находясь в любом состоянии, он "проснется" и активирует систему голосового управления. Технология является безопасной, уверил разработчик, так как она реагирует только на голос владельца устройства.

Другие интересные новости:

▪ Эффективный аккумулятор с литиевым анодом

▪ Овощи и полупроводники

▪ Графен на платиновых поверхностях противоречит закону Кулона

▪ Самый древний мозг

▪ Электромобиль Toyota ME.WE

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дом, приусадебное хозяйство, хобби. Подборка статей

▪ статья Деньги - нерв войны. Крылатое выражение

▪ статья Во сколько раз Солнце больше Земли? Подробный ответ

▪ статья Облака нижнего яруса. Советы туристу

▪ статья Электронные часы управляют электродвигателем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Глаз не успевает. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025