音频放大器输出功率的测量。方案、说明

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让我们采用一个电源电压为+12伏、负载电阻为4欧姆的传统低频放大器，将示波器连接到负载，并将正弦信号发生器连接到输入，（图。 1)

（点击放大）

打开一切并观察示波器屏幕上的“有趣的图片” - 正弦曲线，直到达到可见的失真（白饭。 2a）。（科学家猫注：小于3%的畸变是肉眼看不见的，什么是畸变我们会在另一篇文章中讲到。）

音频放大器输出功率的测量。正弦曲线

正弦波占据的面积可以计算（或测量）并用相同面积的等效直流电压代替（白饭。 2b).

音频放大器输出功率的测量。正弦曲线

这种张力称为 有效值电压 - SLE（英文缩写 - RMS），通俗地讲 - “有效”。因此，您可以找到任何形式的电流的等效电压（白饭。 2c、d、e).

正弦曲线

对于三角电流、矩形电流、正弦电流、指数电流，都有等效转换的数学表达式。为了便于理解，图中显示了对称信号的一半周期。计算机配准的出现使得对任何函数进行数值积分成为可能，而无需搜索其数学表达式。这一切是为了什么？发现的等效直流电将产生与我们研究的电流相同的热功。

任何交流电都可以通过以下类型的电压来表征：

振幅 - 蓝色箭头（从名称和图片中可以清楚地看出）；

平均 - 测量周期内所有瞬时信号值的算术平均值（图中未显示）；

有效值 - 红色箭头（如上所述）。

为了方便理解这些类型的电压，您可以将它们画在方格纸上，并独立总结电压的数值（对于正弦电压、矩形电压和三角电压）。大多数交流电压表都有一个交流整流电路，对应于最简单的平均电压和指示刻度的有效值（RMS）。测量正弦电流和电压时，这不会造成任何困难，如果电流或电压与正弦曲线不同，则必须输入校正因子。

现在让我们记住开始的开始——欧姆定律： 我=U/R，以及计算直流功率的公式 - P=U*I=I2R=U2/R.

对于正弦电流（和电压），根据示波器测量的幅度电压计算功率的公式如下：

P = (0,707U)2/R – = U2/4R –

其中0,707是正弦电流的幅值电压U到等效直流电压的转换系数。

我们提出了一种实用的方法，通过测量示波器屏幕上的信号幅度来测量放大器的输出功率（白饭。 2b）。机械功率是1秒内完成的功。电力不包含明确的时间参数；暗示（但没有观察到，正是在测量低频放大器的功率时）这也是1秒。例如，对于 SLE 任意时刻频率为 100 Hz、时间为 10 ms 的曲折，电压等于其幅度值（白饭。 2c)

谁阻止将这种方法扩展到正弦信号？对于 100Hz 的正弦波的一部分，持续 1ms 的时间（白饭。第二）我们几乎得到一个矩形，其幅值电压到RMS的转换系数等于1，因此，瞬时功率是10 ms整个半周期的两倍。

测量音频放大器的输出功率

但这还不是全部！您可以测量从最小值到最大值时的电压摆幅（白饭。 2克）在很短的时间内获得更多的力量！它们在这里 - 来自音箱的数十瓦和来自家用放大器的数百瓦！

测量音频放大器的输出功率

让我们将结果汇总在一个表格中。

均方根电压Uskv=2v。 Rn 处的功率 4 ohm Pout = 1 瓦	振幅U=2.83v。 Rn 4 欧姆时的功率 Pout = 2 瓦	摆动（双振幅）U \u5.66d 4v。 R 处的功率 8 欧姆 Pout = XNUMX 瓦
RMS Usv = 3,54v。 Rн 4 Ohm Pout 处的功率 = 3.12 瓦	幅度 U = 5v。 Rn 时的功率 4 ohm Pout = 6,25 瓦	峰峰值 (p-p) 10 伏。 Rн 4 Ohm Pout 处的功率 = 25 瓦
均方根Uskv=10v。 Rн 6 Ohm Pout 时的功率 = 16,7 瓦	幅度 U=14,14v。 Rn 处的功率 6 ohm Pout = 33,3 瓦	峰峰值 (p-p) 28,3 伏。 Rн 6 Ohm Pout 处的功率 = 133,2 瓦

我们研究了放大器测试中常用的电阻负载（例如重线绕电阻器）的功率测量。细心的无线电爱好者用数字欧姆表测量扬声器的电阻，会发现它小于4欧姆，例如3,8欧姆。 “是的，所以我会得到比图表上更多的东西！” - 他会惊呼 - 他是对的，但不完全正确。事实上，扬声器有两个电阻分量：有源电阻（可以用任何欧姆表测量）和电感电阻（取决于扬声器线圈的匝数及其磁特性（由 RCL 计测量））。以3GD-32-75扬声器为例，标称直流线圈电阻R=4欧姆；电感L=150微亨。扬声器的阻抗Z由两个部分组成——有源 Rx 和归纳 XL。让我们计算两个频率的它们：

频率	1000 Hz	10кГц
感抗由公式计算	0,94欧姆	9,4欧姆
阻抗 - 根据公式	4,11欧姆	10,21欧姆

我们看到，在 10 kHz 时，实际负载的电阻增加了 2,5 倍，而传递到该负载的功率分别减少了同样的 2,5 倍（白饭。 3 乙）。现在请记住，放大器的输入端（和输出端）有一个电容器。

音频放大器输出功率的测量。日程

假设 Rin = 100 kOhm，电容器电容 Cin = 0,1 µF。频率为 1 kHz 时，其电阻为 1,6 kOhm；频率为 100 Hz - 16 kOhm；频率为 10 Hz - 160 kOhm，即提供给放大器第一级输入的电压将减少0,38倍，与此成比例的输出功率（白饭。 3c).

对输出电容 Cout × 1000 μF 的影响进行类似计算得出： 1 kHz - 0,16 Ohm； 100 赫兹 - 1,6 欧姆； 10 赫兹 - 16 欧姆。在后一种情况下，只有 4 的输出电压将提供给 0,2 欧姆负载，并且输出功率将降低至最大可能值的 1/25（白饭。 3g）。因此，不要懒于计算输入和输出电容器所需的最小电容，以获得给定的低频区域频率响应。

但话又说回来，这还不是全部！如果我们的扬声器是二分频或三分频扬声器，由于电感、电容和分频电阻的影响，预测扬声器阻抗的行为相当困难，比较容易测量（白饭。第二）。（聪明猫注。是的，一般来说，这并不是太必要。）

综合

1.输出功率测量最好通过在示波器屏幕上观察正弦无限信号来完成，并将幅度电压的测量值转换为 RMS（对于正弦功率），或保持原样（对于峰值功率）。使用交流电压表测量电压是不可取的，因为我们在接近最大功率时不会看到信号失真，而且我们通常不知道电压表是如何组装和校准的。幅度峰值功率的测量是值得怀疑的——它也可以纯粹通过计算获得。正弦信号功率的近似计算公式如下： P \u3d（上：2）XNUMX / Rn，其中Up - 电源电压，Rl - 给定频率下的负载电阻。精密狂热者可以从 Up 中减去输出晶体管两端的压降，并考虑到 Up 因电源不稳定而下降的情况。

2.现在我们知道如何与“酷”家庭影院铭牌上声明的功率联系起来：“所有通道的总功率为 400 瓦”，网络功耗为 -100 瓦。 3.最正确的说法是： 测得的放大器功率 - X 瓦，谐波系数为 Y%，频率为 Z 赫兹，负载为 R 欧姆。（对于好奇的人来说 - 旧的 GOST 暗示额定功率下的谐波系数为 1%，最大为 10%）。关于谐波系数（我们稍后会谈到，现在我需要鱼形式的食物，而不是电流！ - 一只饥饿的猫的笔记）。

4.“但是，这还不是全部！” （主人，你说话能不能不用广告语？识字猫的笔记）。放大器端子晶体管上的功耗不是恒定的（对于最常见的 AB 类放大器），并且在 0,25..0,5 输出功率范围内达到最大值。基于此，需要计算所需的散热器面积。

出版：radiokot.ru

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