Mesure de la puissance de sortie des amplificateurs de fréquence audio. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Prenons un amplificateur basse fréquence conventionnel avec une tension d'alimentation de +12 Volts, une résistance de charge de 4 ohms, connectons un oscilloscope à la charge et un générateur de signal sinusoïdal à l'entrée, (riz 1)

(cliquez pour agrandir)

allumez tout et observez des "images amusantes" sur l'écran de l'oscilloscope - une sinusoïde jusqu'à ce qu'elle atteigne une distorsion visible (riz. 2a). (Note du chat scientifique : moins de 3 % de distorsion est invisible à l'œil nu. Nous parlerons de ce qu'est la distorsion dans un autre article.)

La surface occupée par une sinusoïde peut être calculée (ou mesurée) et remplacée par une tension continue équivalente de même surface (riz. 2b).

Cette tension s'appelle Tension efficace - SLE (abréviation anglaise - RMS), familièrement - "efficace". Ainsi, vous pouvez trouver la tension équivalente pour toute forme de courant (riz. 2c, d, e).

Pour le courant triangulaire, rectangulaire, sinusoïdal, exponentiel, il existe des expressions mathématiques pour la conversion équivalente. Pour faciliter la compréhension, les figures montrent la moitié des périodes des signaux symétriques. L'avènement de l'enregistrement informatique permet d'effectuer l'intégration numérique de n'importe quelle fonction sans rechercher son expression mathématique. A quoi ça sert tout ça ? Le courant continu équivalent trouvé produira le même travail thermique que notre courant étudié.

Tout courant alternatif peut être caractérisé par les types de tension suivants :

Amplitude - flèches bleues (cela ressort clairement du nom et des images);

moyenne - moyenne arithmétique de toutes les valeurs instantanées du signal pour la période mesurée (non représentée sur les figures);

RMS - flèches rouges (discutées ci-dessus).

Pour faciliter la compréhension de ces types de tension, vous pouvez les dessiner sur un papier millimétré et résumer indépendamment les valeurs numériques de la tension (pour tension sinusoïdale, rectangulaire et triangulaire). La plupart des voltmètres alternatifs ont un circuit de redressement alternatif correspondant à la tension moyenne - comme le plus simple, et à la graduation de l'échelle indicatrice - en RMS. Lors de la mesure de courants et de tensions sinusoïdaux, cela ne pose aucune difficulté, et si le courant ou la tension diffère d'une sinusoïde, vous devrez entrer des facteurs de correction.

Rappelons-nous maintenant le début du début - la loi d'Ohm : I = U / R, ainsi que des formules de calcul de la puissance continue - P=U*I=I2R=U2/R.

Pour un courant (et une tension) sinusoïdal, la formule de calcul de la puissance à partir de la tension d'amplitude mesurée par l'oscilloscope ressemblera à ceci :

P = (0,707U)2/Rн = U2/4Rн

où 0,707 est le facteur de conversion de la tension d'amplitude U du courant sinusoïdal en tension continue équivalente.

Nous avons trouvé un moyen pratique de mesurer la puissance de sortie d'un amplificateur en mesurant l'amplitude du signal sur l'écran de l'oscilloscope (riz. 2b). La puissance mécanique est un travail effectué en 1 seconde. L'énergie électrique ne contient pas le paramètre de temps explicite ; il est sous-entendu (mais pas observé, et c'est précisément lors de la mesure de la puissance des amplificateurs basse fréquence) que c'est aussi 1 seconde. Par exemple, pour un méandre de fréquence 100 Hz pendant une durée de 10 ms à tout instant du SLE, la tension est égale à sa valeur d'amplitude (riz. 2c)

Et qui empêche d'étendre une telle approche et jusqu'au signal sinusoïdal ? Pour une partie du sinus 100Hz pendant un temps de 1ms (riz. 2ème) nous obtenons presque un rectangle, pour lequel le coefficient de conversion de la tension d'amplitude en RMS est égal à 1, et, par conséquent, la puissance instantanée est deux fois plus que pour l'ensemble du demi-cycle de 10 ms.

Mais ce n'est pas tout! Vous pouvez mesurer l'oscillation de tension en passant de la valeur minimale à la valeur maximale (riz. 2g) en très peu de temps et obtenez encore plus de puissance ! Les voici - des dizaines de watts d'un boombox et des centaines de watts d'un amplificateur domestique !

Résumons les résultats dans un tableau.

Nous avons examiné la mesure de la puissance sur une charge résistive (telle qu'une résistance bobinée lourde) couramment utilisée dans les tests d'amplificateurs. Un radioamateur attentif, mesurant la résistance du haut-parleur avec un ohmmètre numérique, constatera qu'elle s'avère être inférieure à 4 ohms, par exemple 3,8 ohms. "Ouais, donc j'aurai plus que ce qui est sur le tableau !" - s'exclame-t-il - et il aura raison, mais pas tout à fait. Le fait est que le haut-parleur a deux composants de résistance - actif, qui peut être mesuré avec n'importe quel ohmmètre, et inductif - en fonction du nombre de tours de la bobine du haut-parleur et de ses propriétés magnétiques (mesurées par le compteur RCL). Prenons par exemple un haut-parleur 3GD-32-75 avec une résistance de bobine DC nominale R = 4 Ohm ; inductance L=150 microHenry. L'impédance Z du haut-parleur se compose de deux composants - actif Rx et inductif XL. Calculons-les pour deux fréquences :

fréquence		1000 Hz	10 kHz
La réactance inductive est calculée par la formule		0,94 ohm	9,4 ohm
Impédance - selon la formule		4,11 ohm	10,21 ohm

On voit qu'à 10 kHz la résistance de la charge réelle a augmenté de 2,5 fois, et la puissance délivrée à cette charge, respectivement, a diminué du même 2,5 fois (riz. 3b). Rappelez-vous maintenant qu'il y a un condensateur à l'entrée de l'amplificateur (et à la sortie).

Supposons que Rin = 100 kOhm, la capacité du condensateur Swx = 0,1 μF. A une fréquence de 1 kHz, sa résistance sera de 1,6 kOhm ; à une fréquence de 100 Hz - 16 kOhm ; à une fréquence de 10 Hz - 160 kOhm, c'est-à-dire la tension fournie à l'entrée du premier étage de l'amplificateur diminuera de 0,38 fois, et proportionnellement, la puissance de sortie diminuera (riz. 3c).

Un calcul similaire pour l'influence de la capacité de sortie Cout = 1000 μF donne : 1 kHz - 0,16 Ohm ; 100 Hz - 1,6 ohms ; 10 Hz - 16 ohms. Dans ce dernier cas, la charge de 4 Ohm ne recevra que 0,2 tension de sortie et la puissance de sortie chutera à 1/25 du maximum possible (riz. 3g). Par conséquent, ne soyez pas paresseux pour calculer les capacités minimales requises des condensateurs d'entrée et de sortie pour obtenir une réponse en fréquence donnée dans la région des basses fréquences.

Mais encore une fois, ce n'est pas tout ! Si notre haut-parleur est un haut-parleur à deux ou trois voies, il est assez difficile de prédire le comportement de l'impédance du haut-parleur en raison de l'influence des inductances, des condensateurs et des résistances de croisement, il est plus facile de mesurer (riz. 3ème). (Note du chat sage. Oui, en général, ce n'est pas trop nécessaire.)

Récapituler

1.La mesure de la puissance de sortie est mieux effectuée en observant un signal sinusoïdal illimité sur l'écran de l'oscilloscope et en convertissant la valeur mesurée de la tension d'amplitude en RMS (pour obtenir une puissance sinusoïdale), ou en la laissant telle quelle (pour une puissance de crête). Mesurer la tension avec un voltmètre CA n'est pas souhaitable, car nous ne verrons pas de distorsion du signal à une puissance proche du maximum, et nous ne savons généralement pas comment le voltmètre est assemblé et calibré. La mesure de la puissance de crête d'amplitude est douteuse - elle peut également être obtenue uniquement par calcul. La formule pour un calcul approximatif de la puissance d'un signal sinusoïdal est la suivante : Р = (Up:3)2/Rн, où Up est la tension d'alimentation, Rн est la résistance de charge à une fréquence donnée. Les amateurs de précision peuvent soustraire la chute de tension aux bornes des transistors de sortie de Up et prendre en compte la baisse de Up lorsque l'alimentation est instabilisée.

2.Maintenant, nous savons comment faire le lien avec la puissance déclarée sur la plaque signalétique d'un home cinéma "cool": "la puissance totale de tous les canaux est de 400 watts" avec une consommation électrique de -100 watts du réseau. 3.La manière la plus correcte serait de dire : puissance d'amplification mesurée - X watts à un coefficient harmonique de Y% et une fréquence de Z hertz à une charge de R ohms. (Pour les curieux - les anciens GOST impliquaient un coefficient harmonique de 1% à la puissance nominale et de 10% au maximum). A propos du coefficient harmonique (nous en reparlerons plus tard, maintenant j'ai besoin de nourriture sous forme de poisson, pas de courant électrique ! - note d'un chat affamé).

4.« Mais encore une fois, ce n'est pas tout ! (Maître, pouvez-vous parler sans utiliser de slogans publicitaires ? note d'un chat lettré). La puissance dissipée sur les transistors terminaux de l'amplificateur n'est pas constante (pour les amplificateurs de classe AB les plus courants), et atteint un maximum dans la plage de puissance de sortie 0,25..0,5. Sur cette base, il est nécessaire de calculer la surface requise des radiateurs.

Publication : radiokot.ru

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