Medición de la potencia de salida de amplificadores de frecuencia de audio. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Tomemos un amplificador de baja frecuencia convencional con un voltaje de suministro de +12 voltios, una resistencia de carga de 4 ohmios, conecte un osciloscopio a la carga y un generador de señal sinusoidal a la entrada, (el arroz Xnumx)

(haga clic para agrandar)

encienda todo y observe "imágenes divertidas" en la pantalla del osciloscopio: una sinusoide hasta que alcanza una distorsión visible (arroz. 2a). (Nota del gato científico: menos del 3% de distorsión es invisible a simple vista. Hablaremos de qué es la distorsión en otro artículo).

El área ocupada por una sinusoide se puede calcular (o medir) y reemplazar por un voltaje de CC equivalente de la misma área (arroz. 2b).

Esta tensión se llama Voltaje RMS - SLE (abreviatura inglesa - RMS), coloquialmente - "efectivo". Por lo tanto, puede encontrar el voltaje equivalente para cualquier forma de corriente (arroz. 2c, d, e).

Para corrientes triangulares, rectangulares, sinusoidales, exponenciales, existen expresiones matemáticas para la conversión equivalente. Para facilitar la comprensión, las figuras muestran la mitad de los periodos de las señales simétricas. El advenimiento del registro por computadora hace posible realizar la integración numérica de cualquier función sin buscar su expresión matemática. ¿Para qué es todo esto? La corriente continua equivalente encontrada producirá el mismo trabajo térmico que nuestra corriente investigada.

Cualquier corriente alterna se puede caracterizar por los siguientes tipos de voltaje:

Amplitud - flechas azules (está claro por el nombre y las imágenes);

promedio - media aritmética de todos los valores de señal instantáneos para el período medido (no mostrado en las figuras);

RMS - flechas rojas (discutido anteriormente).

Para facilitar la comprensión de estos tipos de voltaje, puede dibujarlos en un papel cuadriculado y sumar de forma independiente los valores numéricos del voltaje (para voltaje sinusoidal, rectangular y triangular). La mayoría de los voltímetros de CA tienen un circuito de rectificación de CA correspondiente al voltaje promedio, como el más simple, y la graduación de la escala indicadora, en RMS. Al medir corrientes y voltajes sinusoidales, esto no causa ninguna dificultad, y si la corriente o el voltaje difieren de una sinusoide, deberá ingresar factores de corrección.

Ahora recordemos el principio del principio - Ley de Ohm: I = U / R, así como fórmulas para calcular la potencia de CC: P=U*I=I2R=U2/R.

Para una corriente (y voltaje) sinusoidal, la fórmula para calcular la potencia a partir del voltaje de amplitud medido por el osciloscopio se verá así:

P = (0,707U)2/Rн = U2/4Rн

donde 0,707 es el factor de conversión del voltaje de amplitud U de la corriente sinusoidal en el voltaje de CC equivalente.

Hemos ideado una forma práctica de medir la potencia de salida de un amplificador midiendo la amplitud de la señal en la pantalla del osciloscopio (arroz. 2b). La potencia mecánica es el trabajo realizado en 1 segundo. La energía eléctrica no contiene el parámetro de tiempo explícito; se da a entender (pero no se observa, y es precisamente cuando se mide la potencia de los amplificadores de baja frecuencia) que esto también es 1 segundo. Por ejemplo, para un meandro con una frecuencia de 100 Hz por un tiempo de 10 ms en cualquier momento del SLE, el voltaje es igual a su valor de amplitud (arroz. 2v)

¿Y quién impide extender tal acceso ya la señal sinusoidal? Por una parte del seno 100Hz por un tiempo de 1ms (arroz. 2do) obtenemos casi un rectángulo, para el cual el coeficiente de conversión del voltaje de amplitud al RMS es igual a 1 y, en consecuencia, la potencia instantánea es el doble que para todo el semiciclo de 10 ms.

¡Pero eso no es todo! Puede medir la oscilación de voltaje al pasar del valor mínimo al valor máximo (arroz. 2zh) en un período de tiempo muy corto y obtenga aún más potencia. Aquí están: ¡decenas de vatios de un boombox y cientos de vatios de un amplificador doméstico!

Resumamos los resultados en una tabla.

Hemos analizado cómo medir la potencia a través de una carga resistiva (como una resistencia bobinada pesada) que se usa comúnmente en las pruebas de amplificadores. Un radioaficionado atento, que mide la resistencia del altavoz con un ohmímetro digital, encontrará que es inferior a 4 ohmios, por ejemplo, 3,8 ohmios. "¡Sí, así que obtendré más de lo que está en la tabla!" - exclamará - y tendrá razón, pero no del todo. El hecho es que el altavoz tiene dos componentes de resistencia: activo, que se puede medir con cualquier óhmetro, e inductivo, según el número de vueltas de la bobina del altavoz y sus propiedades magnéticas (medidas por el medidor RCL). Tomemos, por ejemplo, un altavoz 3GD-32-75 con una resistencia de bobina CC nominal R = 4 ohmios; inductancia L=150 microHenry. La impedancia Z del altavoz consta de dos componentes: activo Rx e inductivo XL. Calculémoslos para dos frecuencias:

frecuencia		1000 Hz	10 кГц
La reactancia inductiva se calcula mediante la fórmula		0,94 Ohm	9,4 Ohm
Impedancia - según la fórmula		4,11 Ohm	10,21 Ohm

Vemos que a 10 kHz la resistencia de la carga real aumentó 2,5 veces, y la potencia entregada a esta carga, respectivamente, disminuyó 2,5 veces (arroz. 3b). Ahora recuerda que hay un condensador en la entrada del amplificador (y en la salida).

Supongamos Rin = 100 kOhm, capacitancia del condensador Swx = 0,1 μF. A una frecuencia de 1 kHz su resistencia será de 1,6 kOhm; a una frecuencia de 100 Hz - 16 kOhm; a una frecuencia de 10 Hz - 160 kOhm, es decir el voltaje suministrado a la entrada de la primera etapa del amplificador disminuirá 0,38 veces y, en proporción a esto, la potencia de salida disminuirá (arroz. 3v).

Un cálculo similar para la influencia de la capacitancia de salida Cout = 1000 μF da: 1 kHz - 0,16 ohmios; 100 Hz - 1,6 ohmios; 10 Hz - 16 ohmios. En el último caso, la carga de 4 ohmios recibirá solo 0,2 voltaje de salida y la potencia de salida caerá a 1/25 del máximo posible (arroz. 3g). Por lo tanto, no sea perezoso para calcular las capacitancias mínimas requeridas de los capacitores de entrada y salida para obtener una respuesta de frecuencia dada en la región de baja frecuencia.

Pero de nuevo, ¡eso no es todo! Si nuestro altavoz es un altavoz de dos o tres vías, es bastante difícil predecir el comportamiento de la impedancia del altavoz debido a la influencia de las inductancias, los condensadores y las resistencias cruzadas, es más fácil de medir (arroz. 3do). (Nota del gato sabio. Sí, en general, esto no es demasiado necesario).

para resumir

1.La medición de la potencia de salida se realiza mejor observando una señal ilimitada sinusoidal en la pantalla del osciloscopio y convirtiendo el valor medido del voltaje de amplitud en RMS (para potencia sinusoidal), o déjelo como está (para potencia máxima). No es deseable medir el voltaje con un voltímetro de CA, ya que no veremos distorsión de la señal a una potencia cercana al máximo y, por lo general, no sabemos cómo está ensamblado y calibrado el voltímetro. La medición de la potencia máxima de amplitud es dudosa; también se puede obtener puramente mediante cálculo. La fórmula para un cálculo aproximado de la potencia de una señal sinusoidal es la siguiente: Р = (Arriba:3)2/Rн, donde Up es la tensión de alimentación, Rн es la resistencia de carga a una frecuencia determinada. Los entusiastas de la precisión pueden restar la caída de voltaje a través de los transistores de salida de Up y tener en cuenta la reducción de Up cuando la fuente de alimentación está desestabilizada.

2.Ahora sabemos cómo relacionar la potencia declarada en la placa de identificación de un cine en casa "genial": "la potencia total de todos los canales es de 400 vatios" con un consumo de energía de -100 vatios de la red. 3.La forma más correcta sería decir: potencia del amplificador medida: X vatios con un coeficiente armónico de Y% y una frecuencia de Z hercios con una carga de R ohmios. (Para los curiosos: los antiguos GOST implicaban un coeficiente armónico del 1 % a la potencia nominal y del 10 % como máximo). Sobre el coeficiente armónico (hablaremos más adelante, ¡ahora necesito comida en forma de pescado, no corriente eléctrica! - nota de un gato hambriento).

4."Pero de nuevo, ¡eso no es todo!" (Maestro, ¿puede hablar sin usar eslóganes publicitarios? nota de un gato alfabetizado). La potencia disipada en los transistores terminales del amplificador no es constante (para los amplificadores de clase AB más comunes), y alcanza un máximo en el rango de 0,25...0,5 de potencia de salida. En base a esto, es necesario calcular el área requerida de radiadores.

Publicación: radiokot.ru

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