В чем измеряется выходная мощность активного усилителя

9.1.3 Усилители мощности низкой частоты

Усилителем мощности называется усилитель, в котором выходная мощность усиленного сигнала сравнима с мощностью, подводимой к выходной цепи усилителя от источника питания.

Обычно в усилителе мощности амплитуды выходных напряжений и токов сравнимы с предельно допустимыми значениями, а выходная мощность сравнима с предельно допустимой мощностью, рассеиваемой прибором. В таком режиме, например, обычно работает выходной каскад усилителя звуковых частот в радиовещательных приемниках.

В отличие от усилителей напряжения и тока к усилителям мощности предъявляются требования получения большой мощности на нагрузке при высоком коэффициенте полезного действия. Выполнение этих требований сопряжено с использованием больших, предельно допустимых токов и напряжений, но при этом нельзя допустить искажений формы выходного сигнала. Простейший усилитель мощности низкой частоты строится по той же схеме, что и усилитель слабого сигнала. Например, обычный резистивный каскад на транзисторе с ОЭ также может быть использован и в качестве усилителя мощности.

Простой вывод основных соотношений для усилителя мощности основывается на использовании идеализированных характеристик транзистора. Активный элемент усилителя характеризуется предельно допустимыми значениями мощности, напряжения и тока в выходной цепи. Для транзистора с ОЭ это . Так как , то на семействе выходных характеристик транзистора можно отметить предельно допустимые режимы. На рис.6 показаны выходные характеристики транзистора с ОЭ, линия допустимой мощности , ограниченная допустимыми значениями тока и напряжения..

Область, ограниченная этими линиями (одинарная штриховка), позволяет использовать транзистор без выхода его из строя. Обычно максимальные мгновенные значения выходных токов и напряжений ограничивают до величин: . На рис.6 область, ограниченная максимальными режимами, показана двойной штриховкой.

Для упрощения анализа усилителя мощности правомерно применение идеализации BAX транзистора в виде кусочно-ломаной аппроксимации.

В широкополосных усилителях мощности низкой частоты, использующих в каскаде один транзистор, используется для усиления только режим усиления класса “А” ( q = 180 0 ), позволяющий работать без нелинейных искажений сигнала. Напряжение питания Е_к выбирается равным максимальному значению коллекторного напряжения, а сопротивление нагрузки R_к=E_к/i_к,max. На рис.7 показаны осциллограммы напряжений и токов, действующих в схеме резистивного каскада.

Коэффициент полезного действия электронного усилителя определяется как отношение полезной выходной мощности к мощности, затрачиваемой источником питания. Определим максимально возможный КПД усилителя мощности, работающего в режиме класса А.

Выходная полезная мощность в случае усиления гармонического сигнала равна:

где U_м,кэ, I_м,к –амплитуды напряжения и тока. Мощность, затрачиваемая источником питания, определяется произведением напряжения Е_к и постоянной составляющей тока I_к,o, протекающего в коллекторной цепи:

Таким образом, КПД равен:

Величина называется коэффициентом использования напряжения источника питания; величина отражает отношение амплитуды первой гармоники коллекторного тока к величине постоянной составляющей. Для получения высокого КПД следует увеличивать и . Максимальный КПД (100%) получается при .

Из рис.7 видно, что при максимальном использовании линейного участка ДПХ , следовательно, , и, таким образом, при выбранной идеализации в режиме класса “А” имеем

В реальных усилителях мощности линейный участок ДПХ ограничен нелинейностями сверху и снизу, поэтому реальный .

Увеличения КПД в режиме класса “А” можно добиться, увеличив , например, увеличив амплитуду напряжения на выходе за счет использования трансформаторного включения нагрузки; схема такого усилителя мощности показана на рис. 8.

В этом случае постоянный коллекторный ток протекает только через первичную обмотку трансформатора, имеющую сопротивление для постоянного тока (омическое сопротивление первичной обмотки) очень малое по сравнению с сопротивлением трансформатора для переменного тока. Линия нагрузки для постоянного тока определяется здесь соотношением: .

Так как , где n – коэффициент трансформации, то линия нагрузки в области допустимых значений идет почти вертикально (см рис.9). Выбираем рабочую точку на уровне i_k,max/2 .

Для определения амплитуд тока и напряжения построим через точку А линию нагрузки по переменному току (ЛН_~), угол наклона которой определяется сопротивлением R_к. В этом случае максимальная амплитуда напряжения на коллекторе может в идеале принять значение, равное Е_к, т.е. коэффициент использования напряжения источника питания , и максимальный КПД при данной идеализации

Дальнейшее увеличение КПД возможно лишь за счет увеличения , что предполагает нелинейный режим работы транзистора с заходом в область отсечки тока. Из-за широкополосности нагрузки в этом случае нельзя избавиться от высших гармонических составляющих тока и, следовательно, от нелинейных искажений формы выходного сигнала.

Одним из способов построения усилителей мощности низкой частоты с высоким КПД являются двухтактные схемы (один из вариантов показан на рис.10), в которых транзисторы работают с углом отсечки q = 90 0 в противофазе.

Так как выходное напряжение определяется разностью токов каждого транзистора, то в нагрузке будет выделяться практически гармоническое напряжение (при гармоническом сигнале на входе). Это проиллюстрировано графиками рис.11.

Хорошее симметрирование схемы позволяет исключить из выходного напряжения все четные гармоники тока. У реальных усилителей из-за нижнего нелинейного участка ДПХ приходится проводить дополнительные регулировки смещений транзисторов.

Амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая коллекторного тока определяются здесь как:

Для угла отсечки 90 о . Таким образом, максимальный КПД каждого плеча схемы равен

Важным свойством усилителей мощности низкой частоты является их широкополосность, требующая применения резистора или широкополосного трансформатора в коллекторной цепи. Это приводит к тому, что на выходе при усилении больших сигналов могут иметь место нелинейные искажения, обусловленные появлением высших гармонических составляющих сигнала. Нелинейные искажения принято оценивать коэффициентом гармоник, который равен отношению среднеквадратического напряжения суммы всех гармоник, начиная со второй, к среднеквадратическому напряжению первой гармоники, когда на вход усилителя подается гармонический сигнал. Так как среднеквадратические значения пропорциональны амплитудам, коэффициент гармоник (или коэфициент нелинейных искажений — КНИ) равен:

Обычно коэффициент гармоник выражают в процентах и не допускают, чтобы он превышал 5-10%, причем при высококачественном усилении звуковых колебаний он не должен превышать 1 – 1,5 %.

Применяют и безтрансформаторные двухтактные схемы усилителей мощности низкой частоты. В этом случае должно быть использовано либо два источника питания, либо транзисторы разной проводимости . На рис.12 показаны примеры такого усилителя.

Главный недостаток схем бестрансформаторных усилителей заключается в трудности подбора двух транзисторов (особенно при использовании транзисторов разной полярности) с характеристиками, близкими на всем диапазоне значений выходного сигнала. Это приводит к значительному усложнению схемы. Многие усилители в микросхемном исполнении, в том числе и операционные, имеют достаточно сложные схемные реализации выходных каскадов.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004

Измерение выходной мощности усилителей звуковой частоты

Возьмём обычный усилитель НЧ с напряжением питания +12 Вольт, сопротивлением нагрузки 4 Ом, присоединим к нагрузке осциллограф, а к входу — генератор синусоидального сигнала, (рис.1) включим всё и наблюдаем на экране осциллографа «весёлые картинки» — синусоиду, пока она не достигнет видимых искажений (рис.2а). (Примечание Учёного 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 всё 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 — придётся вводить поправочные коэффициенты. Теперь вспомним начала начал — Закон Ома: I=U/R, а также формулы для вычисления мощности постоянного тока — P=U*I=I 2 R=U 2 /R.
Для синусоидального тока (и напряжения) формула вычисления мощности по измеренному осциллографом амплитудному напряжению будет выглядеть так:
P = (0,707U) 2 /Rн = U 2 /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, причём 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 ещё не всё! Можно измерить размах напряжения при переходе от минимального до максимального значения (рис.2ж) за очень небольшой период времени и получить мощность ещё больше! Вот они — десятки ватт от бумбокса и сотни ватт от бытового усилителя! Сведём полученные результаты в таблицу.

Среднеквадратическое напряжение Uскв=2в. Мощность на Rн 4 ом Рвых = 1 ватт	Амплитудное U=2.83в. Мощность на Rн 4 ом Рвых=2 ватта	Размах (двойная амплитуда)U=5.66в. Мощность на Rн 4 ом Рвых=8 ватт
Среднеквадратическое Uскв= 3,54в. Мощность на Rн 4 ом Рвых=3.12 ватт	Амплитудное U=5в. Мощность на Rн 4 ом Рвых=6,25 ватт	Размах (двойная амплитуда) 10 вольт. Мощность на Rн 4 ом Рвых=25 ватт
Среднеквадратическое Uскв=10в. Мощность на Rн 6 ом Рвых=16,7 ватт	Амплитуда U=14,14в. Мощность на Rн 6 ом Рвых=33,3 ватт	Размах (двойная амплитуда) 28,3 вольт.

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). Возьмём 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, ёмкость 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 расчёт для влияния выходной ёмкости Свых= 1000 мкФ даёт: 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 ёмкости входного и выходного конденсаторов для получения заданной частотной характеристики в области низких частот.
Но это опять таки ещё не всё! Если наш громкоговоритель -двух- или трёхполосный- 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.)
Подведём 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 — её можно получить и чисто расчётным путём. Формула для прикидочного расчёта 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 ещё не всё!» (Хозяин, можешь говорить без употребления рекламных слоганов? примечание грамотного кота). Мощность, рассеиваемая на оконечных транзисторах усилителя, величина непостоянная (для наиболее распространённых усилителей класса АВ), и достигает максимума в диапазоне 0,25..0,5 выходной мощности. Исходя из этого, и надо рассчитывать необходимую площадь радиаторов. Источник: www.radiokot.ru

none Опубликована: 2006 г. 0 1

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

• Техническая грамотность

Статьи

Что такое номинальная мощность усилителя. 02.01.2022 17:50

Физики и лирики, «технари» и гуманитарии, инженеры и аудиофилы, практики и эзотерики – порой этим группам сложно найти точки соприкосновения и прийти к консенсусу хотя бы в чем-то. Одни апеллируют к техническим параметрам аудиотехники, вторые больше доверяют собственным ушам. Эта статья вряд ли что-то новое сможет рассказать первым, а для вторых постарается ответить на вопрос – что же скрывается за цифрами в таблице ТТХ вашего усилителя?

Сопровождать аудиотехнику, как и любую другую технику, подробными техническими характеристиками считается хорошим тоном – времена, когда Роллс-Ройс писал про свои автомобили «мощность двигателя достаточная», остались в прошлом веке, в том числе и для самого Роллс-Ройса – после присоединения к империи BMW автомобили марки сопровождаются стандартным подробным перечнем характеристик. Но что может дать изучение и сравнение этих параметров усилителя для рядового любителя музыки?

Про характер звучания эти цифры расскажут чуть более чем ничего. В далеком 1974 году немецкий институт стандартизации Deutsches Institut für Normung (DIN) опубликовал стандарт DIN 45500, в котором описывалась группа критериев, удовлетворяя которым аудиотехника имела основания быть отнесенной в категорию Hi-Fi (High Fidelity). Современная, да и не только современная, а любая вменяемая техника соответствует этим критериям с приличным запасом. Означает ли это, что два усилителя, удовлетворяющих DIN 45500, работая с одними и теми же акустическими системами, будут звучать одинаково? Конечно, нет. Соответствие этим критериям может гарантировать, что скрипка на этой технике прозвучит похоже на скрипку, а не на фрезерный станок. Но характер звучания у этих усилителей может отличаться достаточно сильно.

Или, к примеру, изучая показатель номинальной мощности, можно сделать вывод, что усилитель с большим значением этого показателя может звучать громче усилителя с более скромными цифрами в данной графе. При условии работы с одной парой акустики, разумеется. И насколько полезным будет этот вывод при выборе усилителя? Часто ли вы слушаете музыку на номинальной мощности вашего усилителя?

Возьмем другую теоретически важную характеристику – коэффициент гармонических искажений. Для транзисторных усилителей значения этого параметра могут колебаться от 0,005 до 0,05%. Сможете ли вы на слух почувствовать разницу между звучанием компонентов с коэффициентом 0,005% и 0,05%, причем, обусловленную именно значениями этих коэффициентов? Сомнительно. Можно ли утверждать, что усилитель с меньшим значением этого параметра будет звучать лучше? Нет, нельзя. А для ламповых аппаратов и 0,1% искажений не является чем-то из ряда вон выходящим – и при этом звучание таких усилителей может нравится больше.

Если два разных усилителя имеют в точности совпадающие параметры ТТХ, но демонстрируют при этом разный характер звучания, то в этом нет ничего эзотерического и потустороннего. Это всего лишь означает, что перечень этих параметров описывает звучание усилителя не в полной мере, а разница скрыта как раз в неучтенных характеристиках.

Тем не менее, понимать, что написано в таблице ТТХ, бывает полезно – хотя бы для предварительного анализа и отбора кандидатов для вашей аудиосистемы, что позволит сэкономить время на прослушивание заведомо плохо совместимых тандемов усилителей и акустики. К примеру, однотактных ламповых усилителей, развивающих всего несколько Ватт, с акустикой, отличающейся низкой чувствительностью. Итак, обратим внимание на параметры, встречающиеся в таблице ТТХ усилительной аудиотехники.

Номинальная мощность

Номинальная мощность это мощность усилителя, которую он способен развить до достижения нелинейными искажениями заданного порога – обычно для определения номинальной мощности выбирается низкий порог оценки, составляющий доли процента. Измерения проводятся на синусоидальном сигнале частотой 1 кГц при работе на нагрузку с определенным сопротивлением – обычно 4 или 8 Ом. Нюансы заключаются в том, что, во-первых, реальный музыкальный сигнал весьма далек от тестового – к примеру, на определенных частотах сопротивление акустической системы может падать до весьма низких значений, и поведение усилителя в этом случае этот параметр никак не характеризует. Во-вторых, зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности далеко не линейна. К примеру, в усилителях с выходными каскадами, работающими в классе АВ, при низком уровне выходной мощности, к примеру, 1Вт, КНИ может быть гораздо выше, чем при работе на номинальной мощности. Учитывая, что статистическая плотность музыкального сигнала находится в диапазоне амплитуд от 5 до 15% от пиковых значений, реальные искажения при прослушивании музыки могут быть гораздо выше порога, установленного при измерении номинальной мощности. Что же полезного можно выяснить, опираясь на этот показатель? К примеру, если известно его значение как для нагрузки 8 Ом, так и 4 Ома (совсем хорошо, если есть информация о номинальной мощности при работе на нагрузку 2 Ома), то о качестве усилителя можно судить по пропорциональности роста мощности при уменьшении сопротивления нагрузки. Если при уменьшении импеданса вдвое номинальная мощность растет также вдвое – перед нами хороший усилитель.

Максимальная мощность

Максимальная мощность – это выходная мощность усилителя без ограничений на значения коэффициента нелинейных искажений. Другими словами, на какой мощности способен работать усилитель без фатальных для себя последствий, невзирая на искажения звучания. Насколько может быть полезна подобная характеристика запаса прочности аппарата определите для себя сами.

Для усилителей иностранного производства используют другой набор параметров мощности. Точнее говоря, называются они иначе, а суть очень близка.

DIN Power

DIN Power по сути – аналог номинальной мощности усилителя. Это мощность, развиваемая усилителем при работе на нормированную нагрузку с коэффициентом нелинейных искажений, не превышающем определенного порога. Измерения параметра проводятся синусоидальным сигналом частотой 1 кГц в течение 10 минут – ограничение КНИ составляет 1%. Разновидность этого параметра, которая называется IHF Power, ограничивает искажения на уровне 0,1%. Другой разновидностью этой характеристики является DIN Music Power, описывающая мощность не синусоидального, а музыкального сигнала. В этом случае как правило указывают, что измерения проводились в конкретной полосе частот. Например, для усилителя можно встретить такую характеристику мощности – 150 W (8 Ω, 20 – 20000 Hz, THD 0,1%). Как отмечалось выше для номинальной мощности – этот параметр наиболее полезен из всех мощностных характеристик, приводимых для усилителей звуковой частоты. Ещё более показательным был бы график зависимости коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности и частоты сигнала при работе на нагрузку определенного сопротивления. Но подобная информация встречается очень редко.

RMS Power

RMS (Root Mean Squared) Power – это среднеквадратичное значение мощности при нелинейных искажениях, не превышающих определенного порога. Чаще всего измерения проводятся на синусоидальном сигнале частотой 1 кГц с порогом КНИ 10%. Данный параметр был заимствован из электротехники и для аудио несет мало полезной информации, поскольку слух фиксирует амплитудные значения сигнала, а не среднеквадратичные – усреднение в данном случае вряд ли будет уместным.

PMPO

Параметр PMPO (Peak Music Power Output) близок по смыслу к максимальной мощности усилителя, но ещё менее полезен, поскольку оценивает пиковое значение мощности независимо от искажений, но на очень коротком интервале времени, как правило не превышающем 10 миллисекунд. Зато эта характеристика очень любима отделами маркетинга производителей аудиотехники, поскольку позволяет никого не обманывая написать, к примеру, на пластмассовом бумбоксе PMPO 500 W. При этом, номинальная мощность усилителя такого бумбокса при 1% КНИ не будет превышать 10 Вт.

С мощностью разобрались – обратим внимание на другие характеристики усилителей.

Частотный диапазон

Рабочий частотный диапазон нашего слуха определяет, звуки каких частот мы в состоянии услышать. Границы этого диапазона во многом индивидуальны и определяются не только состоянием здоровья вообще, и органов слуха в частности, но и возрастом – к сожалению, чем мы становимся старше, тем доступный нам частотный отрезок становится короче. Прежде всего, страдает способность воспринимать высокочастотный спектр. Тем не менее, общепринято считать, что звуковой частотный диапазон простирается от 20 Гц до 20 кГц.

Большинство современных (и не только современных) усилителей звука способны работать с сигналами в гораздо более широком диапазоне. Нередки, к примеру, значения от 5 Гц до 100 кГц, а производители некоторых High End аппаратов указывают для них и вовсе запредельные границы – к примеру, от 0 Гц до 500 кГц. И здесь есть несколько существенных моментов, даже абстрагируясь от вопроса необходимости в таком протяженном диапазоне с учетом возможностей человеческого уха. Во-первых, реализовать поддержку расширенного частотного диапазона в усилителе технически намного проще, чем в акустических системах. То есть, итоговый рабочий диапазон вашей аудиосистемы будет определяться самым «узким» её звеном – то есть, колонками. Во-вторых, при анализе этого показателя нужно обязательно обращать внимание на условия измерения.

Частотный диапазон фиксируется при неравномерности АЧХ, укладывающейся в определенные рамки. Идеальный усилитель имеет в рабочем частотном диапазоне абсолютно горизонтальную амплитудно-частотную характеристику, но идеальных усилителей не бывает. Потому, рабочим частотным диапазоном называют диапазон частот, в пределах которого АЧХ не выходит за пределы заданного коридора – к примеру, +/- 0,1 дБ или +/- 3 дБ. При этом, усилитель, к примеру, может иметь рабочий диапазон от 20 Гц до 20 кГц с неравномерностью +/- 0,1 дБ, а при расширении коридора до +/- 3 дБ частотный диапазон у него расширится от 10 Гц до 100 кГц.

К сожалению, часто встречается ситуация, когда условия измерения не указываются вовсе – в этом случае информативность рабочего частотного диапазона оказывается весьма условна.

Коэффициент гармонических искажений

Идеальный усилитель в точности повторяет форму входного сигнала, лишь увеличивая его амплитуду. Но в реальной жизни для усиления используются активные элементы с нелинейными характеристиками, искажающими исходную форму сигнала. В результате, к чистой синусоиде на входе добавляются гармоники с частотой, кратной частоте полезного сигнала. Их амплитуда невелика, но суммирование с входным сигналом вызывает изменения исходной формы, то есть, приводит к искажениям.

Коэффициент гармонических искажений (THD – Total Harmonic Distortion) характеризует отношение суммарной мощности паразитных сигналов (дополнительных гармоник) к мощности полезного гармонического сигнала. Чаще всего измерения этого параметра проводятся на частоте 1 кГц при определенном уровне мощности, в качестве которого выбирают либо половину номинальной мощности усилителя, либо полную номинальную мощность. Возвращаясь к субъективному восприятию, чувствительность слуха к паразитным гармоникам зависит от многих факторов, среди которых их уровень по отношению к исходному сигналу, тип гармоники (чётная или нечётная), её порядок, а также громкость, на которой проходит прослушивание. Как правило, этот параметр укладывается для транзисторных усилителей в доли процента. При этом, как отмечалось выше, низкое значение этого показателя не гарантирует высокое качество звучания усилителя. Кроме того, уловить на слух разницу между КНИ 0,01% и 0,0001% практически невозможно. Если говорить о зависимости этого коэффициента от частоты сигнала, то, как правило, на краях рабочего диапазона этот показатель имеет тенденцию к росту.

Коэффициент интермодуляционных искажений

Гармонические искажения – далеко не самая большая проблема усилителей. Более того, с гармониками мы встречаемся даже при прослушивании настоящих музыкальных инструментов – когда звучание основного тона сопровождается обертонами – гармониками более высоких порядков, которые не только не портят звучание, а во многих случаях обогащают его. Здесь важен уровень этих гармоник по отношению к полезному сигналу, а также порядок гармоник. К примеру, исследования в области психоакустики показывают, что наличие на выходе усилителя значимых по уровню чётных гармоник субъективно воспринимается лучше, чем присутствие нечётных, даже невысокого уровня.

Куда большую проблему представляют интермодуляционные искажения (IMD – Inter Modulation Distortion), которые возникают при усилении мультитонового музыкального сигнала. При этом на выходе усилителя возникают паразитные компоненты с частотами, являющимися суммой или разностью частот спектра входного сигнала, а также суммой или разностью частот паразитных гармоник основного сигнала благодаря обратной связи попавших на вход усилителя. Проблема заключается в том, что такие искажения никак не соотносятся с основными тонами музыкального сигнала и легко различимы на слух.

К тому же, величина интермодуляционных искажений во многом определяется уровнем входных сигналов и их частот, а общепринятых подходов по измерению этого показателя не существует. Именно поэтому при всей важности этой характеристики для оценки нелинейных свойств усилителя, её практически никогда не указывают.

Отношение сигнал/шум

Попробуйте отключить от вашего усилителя все источники, после чего включите его и выверните ручку громкости на максимум. В большинстве случаев прислушавшись вы различите шум, исходящий из колонок. Вы слушаете собственный шум вашего усилителя, который обусловлен как внешними электромагнитными наводками разного происхождения на компоненты усилителя, так и собственными шумами элементов схемы, возникающих, к примеру, при нагреве активных электронных компонентов.

Отношение сигнал/шум (S/N ratio) – это отношение мощности полезного гармонического сигнала к уровню собственных шумов усилителя. Для современной транзисторной техники этот параметр зачастую превышает уровень 100 дБ. То есть, уровень собственных шумов усилителя более чем в 10 миллиардов раз меньше уровня полезного сигнала. Другими словами, собственным шумом в этом случае можно просто пренебречь. И это будет справедливо в одинаковой степени для усилителя с отношением сигнал/шум 100 дБ, и для модели с таким показателем, находящимся на уровне 85 дБ.

Разделение между каналами

Разделение между каналами (Channel separation) в многоканальных усилителях характеризует степень проникновения сигнала из одного канала в другой. Учитывая, что наведенный в другой канал сигнал по сути является паразитным, этот параметр иногда называют перекрестными помехами. Измеряется этот параметр в децибелах – чем уровень меньше, тем менее объемная строится сцена с менее четким позиционированием виртуальных источников звука в пространстве. В большинстве случаев разделение между каналами уменьшается с ростом частоты сигнала. То есть, наиболее явно проникновение сигналов из одного канала в другой проявляется в высокочастотном спектре.

Коэффициент демпфирования

Коэффициент демпфирования или, как его часто называют, демпинг-фактор характеризует способность усилителя подавлять паразитные напряжения, возникающие из-за инерционных движений звуковой катушки в магнитном поле в динамиках акустических систем. При всем искусстве производителей динамических головок и продвинутости современных материалов, применяемых для изготовления диффузоров, сделать совершенно невесомый (а значит безинерционный) диффузор, обладающий при этом необходимой жесткостью, по-прежнему не удается. Эти инерционные перемещения не связаны с воспроизводимым материалом, а обусловлены в большей степени упругими свойствами подвеса диффузора.

Коэффициент демпфирования – это отношение номинального сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя. Чем это отношение выше (а выходное сопротивление усилителя, соответственно, ниже), тем увереннее усилитель будет компенсировать такие колебания. В топовых моделях усилителей выходное сопротивление может составлять тысячные доли Ома, более массовые демонстрируют значение этого показателя в районе десятых долей Ома. С точки зрения анализа коэффициента демпфирования при выборе усилителя, достаточным можно считать значение, превышающее 100. Если этот коэффициент больше 300, то c большой степенью вероятности перед нами усилитель, способный справиться с самой сложной нагрузкой.

Прочие параметры

Прочие параметры, указываемые в технических характеристиках усилителей, как правило не требуют дополнительных пояснений. Размеры корпуса, вес, цвет отделки, потребляемая мощность – названия этих характеристик говорят сами за себя. Единственное, что хотелось бы отметить – для моделей с выходными каскадами, работающими в классе A и AB вес аппарата довольно точно характеризует его уровень – небольшой вес в данном случае должен вызвать настороженность. Аналогично, с потребляемой мощностью – чем она выше, тем увереннее усилитель будет контролировать акустические системы. Но если ваш усилитель работает в классе D, отличающемся высокой энергоэффективностью, то эти характеристики будут не так показательны. Ну и не нужно забывать о том, что чёрный усилитель всегда будет звучать лучше серебристого (шутка).

Денис Репин

7 октября 2021 года

Редакция Hi-Fi.ru

Измерение выходной мощности усилителя

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Поделиться

Последние посетители 0 пользователей онлайн

• Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

Объявления

Сообщения

@vostok68 отличная работа в разработке эта схема с импульсным БП и предстабилизатором на магнитном усилителе, пока в макете в основном все работает, предстабилизатор начинает работу с 11 В, что снижает потери при большом токе, диапазон 0-32 В ток макс 2,5 А(можно и 5 А сделать и более, но не вижу смысла, изначально планировался импульсный БП без предстабилизатора, но докурил доки до МУ), потери не более 30 Вт суммарно. Успехов Доделаю, открою отдельную ветку, чтоб не засорять эту тему

Увы, уже подделывают https://aliexpress.ru/item/1005005178139520.html?spm=a2g2w.detail.rcmdprod.0.4b077c23x0ofHC&mixer_rcmd_bucket_id=aerabtestalgoRecommendAbV16_controlRu1&ru_algo_pv_id=6be187-61b690-54f186-bdee0a-1707091200&scenario=aerSimilarItemPdpRcmd&sku_id=12000031987529903&traffic_source=recommendation&type_rcmd=core Коль это не оригинал, значит подделка. Вполне возможно что и неплохая.

Измерял двумя мильтиметрами и плюс этот китайский показометр. Как раз на ней и буду сабирать. Плюс ардуина считает Вольты, амперы, ватты, А/ч. Плюс вход на этот показометр будет переключатся либо ЛБП либо внешний вход. На внешний вход будут подключаться разные источники питания для их проверки, а выход нагружается на электронную нагрузку.

А давайте без снобизма. Я вам показал видео, где автор собирает идентичную схему. Питание направляет исключительно на COM, у него все работает. Это вопреки законам природы?)

Внимательно посмотрите на страницу 11 мануала.

Он может подавать куда угодно, есть законы природы, что, совсем не в теме? Читайте, изучайте.

Mosfet-ы статикой пробить практически не возможно, это не Jfet-ы. Микросхемы? Ну может быть и мосфеты . если сетевая фаза висит на корпусе паяльника. Но тогда и самого должно трахом токнуть. Off: Вопрос ко всем адреналиньщикам, пытающим шим-контроллер IR2153 в схеме усилителя D-класса: что изменяется на выходе такого увеселителя после LC-фильтра при изменении напряжения на 3-й ноге этой микросхемки, скважность прямоугольных импульсов , или их частота?