オーディオ周波数増幅器の出力パワーの測定。スキーム、説明

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可聴周波アンプの出力電力の測定。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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電源電圧 +12 ボルト、負荷抵抗 4 オームの従来の低周波アンプを考えてみましょう。オシロスコープを負荷に接続し、正弦波信号発生器を入力に接続します。ごはん Xnumx)

（クリックして拡大）

すべてをオンにして、オシロスコープの画面上の「面白い画像」を観察します。目に見える歪みに達するまでの正弦波です(ご飯。 2a）。 (科学者猫の注: 3% 未満の歪みは肉眼では見えません。歪みとは何かについては別の記事で説明します。)

オーディオ周波数増幅器の出力パワーの測定。正弦波

正弦波が占める面積は計算 (または測定) でき、同じ面積の等価 DC 電圧で置き換えることができます (ご飯。 2b).

オーディオ周波数増幅器の出力パワーの測定。正弦波

このテンションを呼びます 実効値電圧 - SLE（英語の略語 - RMS）、口語的には「効果的」。したがって、あらゆる形式の電流の等価電圧を見つけることができます (ご飯。 2c、d、e).

正弦波

三角電流、矩形電流、正弦波電流、指数電流については、等価変換の数式があります。理解を容易にするために、図では対称信号の周期の半分を示しています。コンピュータ登録の出現により、数学的表現を検索することなく、あらゆる関数の数値積分を実行できるようになりました。これは一体何のためにあるのでしょうか？見つかった等価直流電流は、調査した電流と同じ熱仕事を生成します。

交流は次の種類の電圧によって特徴づけられます。

振幅 - 青い矢印（名前と写真から明らかです）。

平均 - 測定期間中のすべての瞬間信号値の算術平均（図には示されていません）。

実効値 - 赤い矢印 (上で説明)。

これらの種類の電圧を理解しやすくするために、グラフ用紙に電圧を描き、電圧の数値を個別に合計することができます（正弦波、矩形波、三角波の電圧）。ほとんどの AC 電圧計には、最も単純な平均電圧と RMS 単位の指示目盛に対応する AC 整流回路が備わっています。正弦波の電流と電圧を測定する場合、これは問題にはなりませんが、電流または電圧が正弦波と異なる場合は、補正係数を入力する必要があります。

さて、始まりの始まりを思い出しましょう - オームの法則: 私=U/R、および DC 電力の計算式 - P=U*I=I2R=U2/R.

正弦波電流（および電圧）の場合、オシロスコープで測定された振幅電圧から電力を計算する式は次のようになります。

P = (0,707U)2/Rн = U2/4Rн

ここで、0,707 は、正弦波電流の振幅電圧 U の等価 DC 電圧への変換係数です。

私たちは、オシロスコープ画面上の信号の振幅を測定することにより、アンプの出力電力を測定する実用的な方法を考え出しました(ご飯。 2b）。機械の力は1秒で終わる仕事です。電力には明示的な時間パラメータが含まれていません。これも 1 秒であることが暗黙的に示されています (ただし観測されていません。正確には低周波増幅器の電力を測定するときです)。たとえば、SLE の任意の瞬間における 100 ms の時間で 10 Hz の周波数の蛇行の場合、電圧はその振幅値に等しくなります (ご飯。 2v)

そして、そのようなアプローチを正弦波信号に拡張することを誰が妨げるのでしょうか? 正弦波 100Hz の一部を 1ms の時間 (ご飯。 2位) ほぼ長方形が得られ、振幅電圧から RMS への変換係数は 1 に等しく、したがって瞬時電力は 10 ms の半サイクル全体の XNUMX 倍になります。

オーディオアンプの出力パワーの測定

しかし、それだけではありません。最小値から最大値に変化するときの電圧スイングを測定できます（ご飯。 2g) 非常に短時間でさらに強力になります。ラジカセからは数十ワット、家庭用アンプからは数百ワットです。

オーディオアンプの出力パワーの測定

結果を表にまとめてみましょう。

二乗平均電圧 Uskv=2v. Rn 4 Ω Pout での電力 = 1 ワット	振幅 U=2.83v。 Rn 4 オームでの電力 Pout = 2 ワット	スイング（二重振幅）U \u5.66d 4v。 Rn 8 Ohm Pout での電力 = XNUMX ワット
RMS Usv = 3,54v。 Rn 4 Ohm Pout での電力 = 3.12 ワット	振幅 U=5v。 Rn 4 Ω Pout での電力 = 6,25 ワット	ピークツーピーク (p-p) 10 ボルト。 Rn 4 Ohm Pout での電力 = 25 ワット
二乗平均平方根 Uskv=10v. Rn 6 Ohm Pout での電力 = 16,7 ワット	振幅 U=14,14v。 Rn 6 Ω Pout での電力 = 33,3 ワット	ピークツーピーク (p-p) 28,3 ボルト。 Rn 6 Ohm Pout での電力 = 133,2 ワット

アンプのテストで一般的に使用される抵抗負荷（重い巻線抵抗器など）の両端の電力の測定について検討してきました。注意深いアマチュア無線家がデジタル抵抗計でスピーカーの抵抗を測定すると、その抵抗が 4 オーム未満、たとえば 3,8 オームであることがわかります。「そうだ、だからチャートに載っている以上のものを手に入れるよ！」 - 彼は叫ぶでしょう - そして彼は正しいでしょうが、完全ではありません。実際、スピーカーには、スピーカーのコイルの巻き数とその磁気特性（RCLメーターで測定）に応じて、任意のオーム計で測定できる能動抵抗と誘導抵抗の3つの抵抗成分があります。たとえば、公称 DC コイル抵抗 R = 32 オームの 75GD-4-150 スピーカーを考えてみましょう。インダクタンス L=XNUMX マイクロヘンリー。スピーカーのインピーダンス Z は XNUMX つの要素で構成されます - アクティブ Rx と誘導 XL。 XNUMX つの周波数について計算してみましょう。

周波数	1000 Hz	10кГц
誘導性リアクタンスは次の式で計算されます	0,94オーム	9,4オーム
インピーダンス - 式によると	4,11オーム	10,21オーム

10 kHz では、実際の負荷の抵抗が 2,5 倍に増加し、この負荷に供給される電力が同じ 2,5 倍に減少していることがわかります (ご飯。 3b）。ここで、アンプの入力 (および出力) にコンデンサがあることを思い出してください。

オーディオ周波数増幅器の出力パワーの測定。スケジュール

Rin = 100 kOhm、コンデンサ容量 Cin = 0,1 μF と仮定します。周波数 1 kHz では、その抵抗は 1,6 kOhm になります。 100 Hz ～ 16 kΩの周波数で。 10 Hz ～ 160 kOhm の周波数、つまりアンプ初段の入力に供給される電圧は0,38倍に減少し、これに比例して出力電力(ご飯。 3v).

出力静電容量Cout \u1000d 1 μFの影響についても同様に計算すると、次のようになります。0,16 kHz - 100オーム; 1,6Hz - 10オーム; 16Hz～4オーム。後者の場合、出力電圧の 0,2 だけが 1 オーム負荷に供給され、出力電力は最大可能値の 25/XNUMX に減少します (ご飯。 3g）。したがって、低周波数領域で所定の周波数応答を得るために、入出力コンデンサの最小必要容量を計算することを怠らないでください。

しかし、繰り返しますが、それだけではありません。ラウドスピーカーが XNUMX ウェイまたは XNUMX ウェイラウドスピーカーの場合、インダクタンス、コンデンサ、クロスオーバー抵抗の影響により、ラウドスピーカーのインピーダンスの動作を予測するのはかなり困難ですが、測定は簡単です (ご飯。 3位）。 (賢い猫からのメモ。はい、一般的に、これはあまり必要ありません。)

要約します

1.出力電力の測定は、オシロスコープ画面で正弦波の無制限の信号を観察し、振幅電圧の測定値を RMS に変換する（正弦波電力を取得する）か、そのままにする（ピーク電力の場合）ことが最適です。 AC 電圧計で電圧を測定することは望ましくありません。最大値に近い電力では信号の歪みが見られず、通常、電圧計がどのように組み立てられ、校正されているかがわからないからです。振幅ピークパワーの測定には疑わしいが、純粋に計算によって求めることもできる。正弦波信号のパワーの概算計算式は次のとおりです。 P \u3d (上: 2) XNUMX / Rnここで、Up - 電源電圧、Rl - 特定の周波数における負荷抵抗。高精度の愛好家は、出力トランジスタの両端の電圧降下を Up から差し引き、不安定な電源による Up のドローダウンを考慮に入れることができます。

2.これで、「クールな」ホームシアターの銘板に記載されている電力とどのように関連するかがわかりました。「すべてのチャンネルの合計電力は 400 ワットであり、ネットワークからの電力消費は -100 ワットです」。 3.最も正しい方法は、次のように言うことです。 測定されたアンプ出力 - 高調波係数 Y%、周波数 Z ヘルツ、負荷 R オームで X ワット。 (興味のある方のために、古い GOST では高調波係数が定格電力で 1%、最大で 10% であることを暗示していました)。調和係数について（後で話しますが、今必要なのは電流ではなく魚の形の食べ物です！ - お腹を空かせた猫のメモ）。

4.「しかし、繰り返しますが、それだけではありません！」（マスター、広告スローガンを使わずに話せますか？読み書きができる猫のメモ）。アンプの端子トランジスタで消費される電力は一定ではなく (最も一般的なクラス AB アンプの場合)、0,25 ～ 0,5 出力電力の範囲で最大値に達します。これに基づいて、ラジエーターの必要な面積を計算する必要があります。

出版物: radiokot.ru

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