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:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Случайная новость из Архива Дрон UAVOS с рекордным временем работы 27.01.2020 Вертолет Robinson R22 стал основой для беспилотного летательного аппарата, который некоторое время назад представила компания UAVOS. От большинства винтокрылых дронов, приводимых в движение электромоторами, это изделие отличается размерами и тем, что оно оснащено бензиновым двигателем. Как следствие, дрон UAVOS может поднять до 180 кг (40 кг при полном топливном баке) и пролететь до 1020 км. Беспилотный вертолет предназначен для доставки грузов и для оказания гуманитарной помощи. Он может продержаться в воздухе до 6 часов и летать при гораздо более сложных погодных условиях, чем небольшие электрические дроны. Для взлета и посадки ему достаточно площадки размерами 15 x 15 м. Крейсерская скорость составляет 160 км/ч, рабочий потолок - 4200 м.

Другие интересные новости:

▪ Электронный аналог кошачьих усов

▪ Мотоцикл на воздушной подушке

▪ Завершено проектирование большой межпланетной станции Psyche

▪ Теплые окна

▪ Ноутбук Eurocom M4 с экраном 13,3" 3200x1800

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электротехнические материалы. Подборка статей

▪ статья Многоцелевая лопата. Чертеж, описание

▪ статья Что такое ботулизм? Подробный ответ

▪ статья Продавец продовольственных товаров. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Стабилизатор температуры электронагревателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Парадокс с числами Фибоначчи. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025