Розуміння потужності підсилювача - Geoff the Gray Geek

Потужність підсилювача - це, мабуть, найбільш неправильно зрозумілий і зловживаний параметр підсилювачів та динаміків. Тим не менш, це часто перший (і, можливо, єдиний) параметр, на який дивляться люди, купуючи підсилювач або колонки.

Менеджери з маркетингу додають плутанини, використовуючи такі терміни, як середньоквадратична потужність, безперервна середня потужність, потужність музики, пікова потужність, динамічна потужність, максимальна потужність тощо.

Розуміння потужності підсилювача допоможе зрозуміти терміни, які часто використовуються (і зловживають) для опису потужності підсилювача. У цій статті буде пояснено, що таке потужність підсилювача, а що це ні. Подальші статті пояснюватимуть, як виробники підсилювачів вимірюють потужність, що таке потужність динаміків та як підібрати ваші підсилювачі та динаміки. Перш за все нам потрібно зрозуміти потужність підсилювача.

Потужність підсилювача обчислюється, а не вимірюється

Вольтметр вимірює напругу у вольтах. Амперметр вимірює силу струму в амперах (амперах). Омметр вимірює опір в Омах. Будь-які два з цих вимірювань дозволять розрахувати потужність підсилювача (у ватах). На жаль, це означає використання певної математики та деяких формул. Я постараюся зробити це простим і використовувати лише одну формулу. Якщо вам подобаються формули і ви хочете зрозуміти, як потужність, напруга, струм і опір взаємозв'язуються, ви можете прочитати мої статті про закон про електричну потужність та Ом. В іншому випадку прийміть таку формулу:

Потужність = напруга в квадраті, поділена на опір.

Давайте використаємо цю формулу на простому прикладі. Скажімо, у вас підсилювач підключений до навантаження 5 Ом (я використовував 5 Ом, щоб зробити розрахунки простими - зазвичай це буде 4 Ом або 8 Ом для динаміка). З постійним входом синусоїди ви вимірюєте 10 вольт змінного струму на виході динаміка підсилювача. Оскільки ви знаєте опір (5 Ом) і напругу (10 Вольт), ви можете розрахувати потужність:

Потужність = (10 разів на 10), поділена на 5 = 100/5 = 20 Вт.

Розуміння вимірювань змінного струму

Ну, це був простий приклад. Насправді це не так просто з ряду причин. Основна складність полягає в тому, що вихід не є постійним рівнем, оскільки вхід не є постійним рівнем. Почнемо з простого введення синусоїди. Результатом також буде синусоїда, наприклад:

Як бачите, вхід і вихід не є постійними. Він постійно йде вгору і вниз, позитивний і негативний. Це стосується будь-якого сигналу змінного струму (змінного струму). Однак, вимірюючи його за допомогою лічильника, ви отримуєте постійну напругу. Це тому, що лічильник повідомляє вам середньоквадратичну напругу.

RMS означає Коренева середня площа (про яку ви тепер можете забути). Це математичний термін, що означає фактично робочу напругу. Це розрахунок для визначення еквівалентного нагрівального ефекту постійної напруги. Не потрібно занадто брати участь у визначенні середньоквадратичного значення, просто пам’ятайте, що це ефективна робоча напруга. Це також напруга, яку вимірює ваш лічильник. Це 70,7% від пікової напруги.

Це стосується всіх вимірювань змінного струму. Наприклад, розетка в деяких країнах становить 120 вольт змінного струму - це середньоквадратична напруга. Синусоїда хвилі 120 вольт змінного струму переходить від +169,5 вольт до -169,5 вольт або від пікової до пікової (р-р) напруги 339 вольт. 70,7% 169,5 вольт дає середньоквадратичну напругу 120 вольт. У країнах, що використовують 230 вольт, пікова напруга становить +/- 325,3 вольт.

Вимірювання напруги та струму підсилювача

Добре, тепер ми знаємо, що середньоквадратичне значення - це ефективна робоча напруга (і струм) змінного струму. Як це допомагає нам зрозуміти потужність підсилювача? Радий, що ви запитали.

У нашому простому прикладі вище ми виміряли середньоквадратичну значення 10 вольт на виході підсилювача. Це означає, що вихід фактично змінився від +14,14 вольт до -14,14 вольт. 70,7% з 14,14 вольт - це 10 вольт.

Розрахунок потужності підсилювача

Тепер найцікавіша частина. Ми вже говорили раніше, що потужність дорівнює напрузі в квадраті, поділеній на опір. Це справедливо в будь-якій точці вздовж синусоїди. Отже, якщо ми візьмемо значення напруги (показано синім кольором) і зведемо його в квадрат (помножимо на нього сам), а потім розділимо на постійний опір (5 Ом), ми отримаємо вихідну потужність, як показано помаранчевим:

Пара, якщо що зауважити на цьому графіку:

По-перше, потужність змінного струму не буває позитивною і негативною. Це завжди позитивно. Тому розрахунки середньоквадратичної віддачі не застосовуються.
По-друге, потужність становить 40 Вт від піку до піку. Однак не можна сказати, що потужність підсилювача становить 40 Вт, оскільки це лише те, що на піках кожної синусоїди, а не в будь-який інший час.

Ви можете використовувати мій калькулятор потужності, напруги та струму підсилювача, щоб легко бачити середньоквадратичне значення та пікові значення для вашого підсилювача на основі його специфікацій.

Тепер давайте розглянемо середньоквадратичні значення. У нашому прикладі ми знаємо, що середньоквадратична напруга становить 10 вольт. Раніше ми бачили, що 10 квадратів - це 100, а 100, поділене на 5, дає нам розрахункову потужність 20 Вт. Давайте подивимося, що станеться, коли ми додамо це до нашого графіка:

Середня безперервна потужність

Правильно, ефективна робоча потужність становить половину пікової потужності. Насправді це середнє значення потужності синусоїди. Середня потужність - це рівень потужності, який підсилювач повинен мати змогу виробляти безперервно. Звідси вона відома як середня безперервна потужність. Технічні характеристики повинні використовувати середню безперервну потужність, щоб вказати потужність підсилювача. «Безперервна потужність» - це скорочений термін «середня безперервна потужність». Обидва терміни стосуються (середньої) безперервної потужності або стійкої потужності, яку підсилювач може виробляти із заданим навантаженням.