Misura della potenza di uscita degli amplificatori di frequenza audio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Prendiamo un normale amplificatore a bassa frequenza con una tensione di alimentazione di +12 Volt, una resistenza di carico di 4 ohm, colleghiamo un oscilloscopio al carico e un generatore di segnale sinusoidale all'ingresso, (Fig. 1)

(clicca per ingrandire)

accendi tutto e osserva "immagini divertenti" sullo schermo dell'oscilloscopio: una sinusoide fino a raggiungere una distorsione visibile (Riso. 2a). (Nota del gatto dello scienziato: meno del 3% di distorsione è invisibile ad occhio nudo. Parleremo di cos'è la distorsione in un altro articolo.)

L'area occupata da una sinusoide può essere calcolata (o misurata) e sostituita da una tensione CC equivalente della stessa area (Riso. 2b).

Questa tensione si chiama Tensione efficace - SLE (abbreviazione inglese - RMS), colloquialmente - "efficace". Pertanto, puoi trovare la tensione equivalente per qualsiasi forma di corrente (Riso. 2c, d, e).

Per la corrente triangolare, rettangolare, sinusoidale, esponenziale, esistono espressioni matematiche per la conversione equivalente. Per facilità di comprensione, le figure mostrano la metà dei periodi dei segnali simmetrici. L'avvento della registrazione informatica rende possibile eseguire l'integrazione numerica di qualsiasi funzione senza cercare la sua espressione matematica. A cosa serve tutto questo? La corrente continua equivalente trovata produrrà lo stesso lavoro termico della nostra corrente studiata.

Qualsiasi corrente alternata può essere caratterizzata dai seguenti tipi di tensione:

Ampiezza - frecce blu (è chiaro dal nome e dalle immagini);

media - media aritmetica di tutti i valori istantanei del segnale per il periodo misurato (non mostrato nelle figure);

RMS - frecce rosse (discusse sopra).

Per facilitare la comprensione di questi tipi di tensione, è possibile disegnarli su carta millimetrata e riassumere autonomamente i valori numerici della tensione (per tensione sinusoidale, rettangolare e triangolare). La maggior parte dei voltmetri AC ha un circuito di rettifica AC corrispondente alla tensione media - come la più semplice, e la graduazione della scala indicatrice - in RMS. Quando si misurano correnti e tensioni sinusoidali, ciò non causa alcuna difficoltà e se la corrente o la tensione differiscono da una sinusoide, sarà necessario inserire fattori di correzione.

Ora ricordiamo l'inizio dell'inizio - Legge di Ohm: io=U/R, nonché formule per il calcolo della potenza CC - P=U*I=I2R=U2/R.

Per una corrente (e tensione) sinusoidale, la formula per calcolare la potenza dalla tensione di ampiezza misurata dall'oscilloscopio sarà simile a questa:

P = (0,707U)2/Rí = U2/4Rí

dove 0,707 è il fattore di conversione della tensione di ampiezza U della corrente sinusoidale nella tensione CC equivalente.

Abbiamo trovato un modo pratico per misurare la potenza di uscita di un amplificatore misurando l'ampiezza del segnale sullo schermo dell'oscilloscopio (Riso. 2b). La potenza meccanica è il lavoro svolto in 1 secondo. L'energia elettrica non contiene il parametro tempo esplicito; è implicito (ma non osservato, ed è proprio quando si misura la potenza degli amplificatori a bassa frequenza) che anche questo è 1 secondo. Ad esempio, per un meandro con una frequenza di 100 Hz per un tempo di 10 ms in qualsiasi momento del SLE, la tensione è uguale al suo valore di ampiezza (Riso. 2c)

E chi impedisce di estendere un tal approccio ea un segnale sinusoidale? Per una parte di seno 100Hz per un tempo di 1ms (Riso. 2°) otteniamo quasi un rettangolo, per il quale il coefficiente di conversione della tensione di ampiezza in RMS è pari a 1 e, di conseguenza, la potenza istantanea è doppia rispetto all'intero semiperiodo di 10 ms.

Ma non è tutto! È possibile misurare l'oscillazione della tensione quando si passa dal valore minimo a quello massimo (Riso. 2 g) in un brevissimo periodo di tempo e ottieni ancora più potenza! Eccoli: decine di watt da un boombox e centinaia di watt da un amplificatore domestico!

Riassumiamo i risultati in una tabella.

Abbiamo esaminato la misurazione della potenza attraverso un carico resistivo (come un pesante resistore a filo avvolto) comunemente utilizzato nei test degli amplificatori. Un radioamatore attento, misurando la resistenza dell'altoparlante con un ohmmetro digitale, scoprirà che risulta essere inferiore a 4 ohm, ad esempio 3,8 ohm. "Sì, quindi otterrò più di quello che c'è sul grafico!" - esclamerà - e avrà ragione, ma non del tutto. Il fatto è che l'altoparlante ha due componenti di resistenza - attivo, che può essere misurato con qualsiasi ohmmetro, e induttivo - a seconda del numero di giri della bobina dell'altoparlante e delle sue proprietà magnetiche (misurate dal misuratore RCL). Prendiamo ad esempio un altoparlante 3GD-32-75 con una resistenza nominale della bobina CC R = 4 Ohm; induttanza L=150 microHenry. L'impedenza Z dell'altoparlante è composta da due componenti: attiva Rx e induttivo XL. Calcoliamoli per due frequenze:

frequenza		1000 Hz	10 кГц
La reattanza induttiva è calcolata dalla formula		0,94 Ohm	9,4 Ohm
Impedenza - secondo la formula		4,11 Ohm	10,21 Ohm

Vediamo che a 10 kHz la resistenza del carico reale è aumentata di 2,5 volte e la potenza erogata a questo carico, rispettivamente, è diminuita delle stesse 2,5 volte (Riso. 3 b). Ora ricorda che c'è un condensatore all'ingresso dell'amplificatore (e all'uscita).

Supponiamo Rin = 100 kOhm, capacità del condensatore Swx = 0,1 μF. Alla frequenza di 1 kHz la sua resistenza sarà di 1,6 kOhm; ad una frequenza di 100 Hz - 16 kOhm; ad una frequenza di 10 Hz - 160 kOhm, cioè la tensione fornita all'ingresso del primo stadio dell'amplificatore diminuirà di 0,38 volte e, in proporzione, diminuirà la potenza di uscita (Riso. 3c).

Un calcolo simile per l'influenza della capacità di uscita Cout = 1000 μF dà: 1 kHz - 0,16 Ohm; 100 Hz - 1,6 Ohm; 10 Hz - 16 Ohm. In quest'ultimo caso, il carico da 4 Ohm riceverà solo 0,2 di tensione in uscita e la potenza in uscita scenderà a 1/25 della massima possibile (Riso. 3 g). Pertanto, non essere pigro per calcolare le capacità minime richieste dei condensatori di ingresso e di uscita per ottenere una determinata risposta in frequenza nella regione a bassa frequenza.

Ma ancora una volta, non è tutto! Se il nostro altoparlante è un altoparlante a due o tre vie, è piuttosto difficile prevedere l'andamento dell'impedenza dell'altoparlante a causa dell'influenza di induttanze, condensatori e resistori di crossover, è più facile da misurare (Riso. 3°). (Nota dal gatto saggio. Sì, in generale, questo non è troppo necessario.)

Riassumere

1.La misurazione della potenza di uscita viene eseguita meglio osservando un segnale sinusoidale illimitato sullo schermo dell'oscilloscopio e convertire il valore misurato della tensione di ampiezza in RMS (per potenza sinusoidale) o lasciarlo così com'è (per potenza di picco). La misurazione della tensione con un voltmetro CA non è auspicabile, poiché non vedremo la distorsione del segnale a una potenza vicina al massimo e di solito non sappiamo come è assemblato e calibrato il voltmetro. La misurazione della potenza di picco dell'ampiezza è dubbia: può anche essere ottenuta esclusivamente mediante calcolo. La formula per un calcolo approssimativo della potenza di un segnale sinusoidale è la seguente: à = (Su:3)2/Rí, dove Up è la tensione di alimentazione, Rí è la resistenza di carico ad una determinata frequenza. Gli appassionati di precisione possono sottrarre la caduta di tensione sui transistor di uscita da Up e tenere conto del prelievo di Up quando l'alimentazione non è stabilizzata.

2.Ora sappiamo come rapportarci alla potenza dichiarata sulla targhetta di un home theater "cool": "la potenza totale di tutti i canali è di 400 watt" con un consumo di -100 watt dalla rete. 3.Il modo più corretto sarebbe dire: potenza dell'amplificatore misurata - X watt con un coefficiente armonico di Y% e una frequenza di Z hertz con un carico di R ohm. (Per i curiosi, i vecchi GOST implicavano un coefficiente armonico dell'1% alla potenza nominale e del 10% al massimo). A proposito del coefficiente armonico (parleremo più avanti, ora ho bisogno di cibo sotto forma di pesce, non di corrente elettrica! - nota di un gatto affamato).

4."Ma ancora una volta, non è tutto!" (Maestro, sa parlare senza usare slogan pubblicitari? nota di un gatto letterato). La potenza dissipata sui transistor terminali dell'amplificatore non è costante (per i più comuni amplificatori in classe AB), e raggiunge un massimo nel range 0,25..0,5 potenza di uscita. Sulla base di ciò, è necessario calcolare l'area richiesta dei radiatori.

Pubblicazione: radiokot.ru

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