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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Ноутбуки Dell Latitude 9000, 7000 и 5000 04.01.2021 Компания Dell анонсировала ряд новых продуктов в преддверии выставки CES 2021, в частности, компания обновила ноутбуки Latitude 9000, 7000 и 5000. Latitude 9000 оснащен новейшими процессорами Intel 11-го поколения и новой веб-камерой, при создании которой разработчики думали о конфиденциальности. Ноутбуки Latitude 9420 и 9520 оснащены камерой SafeShutter. Это автоматический затвор, который блокирует камеру, когда она не используется. Это означает, что камера будет активна только во время видеозвонков. Обновленная серия Latitude 9000 будет иметь стандартную раскладушку и форм-фактор 2-в-1 с улучшениями важных функций для работы или учебы из дома. Например, вы получаете лучшее качество картинки с камеры и улучшенные динамики. Стартовая цена Latitude 9420 составляет 1949 долларов, а цена 9520 будет объявлена этой весной. Продажи Latitude 9420 также начнутся этой весной. Модуль Latitude 7520 предлагает 15-дюймовый дисплей разрешением 4K UHD и веб-камеру Full HD. Заявленная цена составляет 1649 долларов. Модель будет выпущена 12 января. Latitude 5420 и Precision 3560 также выйдут 12 января по цене 1049 и 1189 долларов соответственно.

Другие интересные новости:

▪ Сверхэластичный сплав, сохраняющий жесткость при высоких температурах

▪ Молекулярные машины обеспечат прорыв в медицине

▪ Секрет прочности древнеримского бетона

▪ Магнитный спрей создает роботов

▪ Металинза - искусственный глаз

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья Башмаков она еще не износила. Крылатое выражение

▪ статья Что такое марафон? Подробный ответ

▪ статья Организация и осуществление производственного контроля

▪ статья Соседи охраняют квартиру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Переговорное устройство - пульт оперативной связи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025