Czy moc jest z nami_cz1_MiT_02_2009.pdf

w iedza i TeChnologia moc wyjściowa

Czy moc jest z nami?

deiniowanie mocy wyjściowej wzmacniaczy

Pisząc jakiś czas temu artykuł

o końcówkach mocy (MiT 9/2007),

próbowałem rzucić trochę światła na

kwestię definiowania pojęcia mocy

wyjściowej tego typu urządzeń. Niniejszy

artykuł z założenia ma służyć nieco

bardziej wnikliwej analizie powyższej

kwestii. Uznałem bowiem, że nadal

wielu użytkowników aparatury nie bardzo

wie, jak sensownie interpretować dane

producentów w kontekście deklarowanej

przez firmy mocy wyjściowej. Kwestia

ta nabiera dziś coraz większego

znaczenia, choćby z racji łatwo

zauważalnego procesu ciągłego wzrostu

mocy wzmacniaczy oraz z uwagi na rozwój

nowoczesnych technologii. Te bowiem,

w pewnej mierze, obligują do nieco

odmiennego potraktowania tematu,

niż miało to miejsce w czasach

minionych.

Normy techniczne

– czy wciąż

obowiązują?

Może na początek prosta definicja: czym jest „zna-

mionowa moc wzmacniacza”?

Jest to moc, którą wzmacniacz może wydzielić na

znamionowej impedancji obciążenia przy danej

częstotliwości lub w danym paśmie częstotliwości,

bez przekroczenia określonego współczynnika znie-

kształceń nieliniowych, w ciągu 10 min.

Definicja pochodzi z dość starej Polskiej Normy

z lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Myślę, że

warto poświęcić kilka zdań na temat przepisów

obowiązujących obecnie, gdyż od strony formalnej

trochę się zmieniło – jak zobaczymy, zmiany te nie

są zbyt korzystne dla konsumentów.

Do 31 grudnia 1993 roku stosowanie PN (Polskich

Norm) było obowiązkowe – pełniły one rolę prze-

pisów, a nieprzestrzeganie ich postanowień było

traktowane jako naruszenie prawa.

od 1 stycznia 1994 roku stosowanie Pn jest do-

browolne, przy czym do 31 grudnia 2002 istniała

możliwość nakładania obowiązku stosowania PN

przez właściwych ministrów i w określonych przy-

padkach.

Od 1 stycznia 2003 stosowanie PN jest już całkowi-

cie dobrowolne.

Widzimy więc, że zniknął dość ważny czynnik „na-

cisku” na nierzetelnych producentów, którzy mogą

teraz podawać dowolne dane na temat swoich wyro-

bów, nie narażając się na żadne formalne konsekwen-

cje z tytułu odstępstw od co prawda istniejących, ale

nieobligatoryjnych norm. Ktoś mógłby zapytać, czy

w takim razie z racji akcesji Polski do UE nie należało-

by kierować się normami europejskimi?

Otóż Normy Europejskie nie są powszechnie do-

stępne (nie można nabyć Normy Europejskiej), są

natomiast dostępne w implementacjach krajowych.

W każdym kraju członkowskim UE i EFTA (European

Free Trade Association – Europejskiego Stowarzy-

szenia Wolnego Handlu – dop. Red.) teksty norm

krajowych wprowadzających Normy Europejskie są

takie same (Polska Norma wprowadzająca Normę

Europejską ma oznaczenie PN-EN , niemiecka DIN-

EN itd.) Poza tym ich stosowanie również nie jest

obowiązkowe. Jak wiadomo, wiele produktów z in-

teresującej nas działki pochodzi spoza Unii, najczę-

ściej z Chin, a w odniesieniu do nich trudno w ogóle

mówić o jakichś unormowaniach, więc – jak widać,

od tej strony raczej nie uda się już niestety „dys-

cyplinować” producentów. Dlatego tak ważne jest,

102

muzyka i technologia

luty 2009

www.muzyka-tech.pl

w iedza i TeChnologia moc wyjściowa

żeby przeciętny użytkownik, nabywając konkretny

wyrób, potrafił choćby z grubsza ocenić, czy dekla-

rowane przez wytwórcę dane techniczne są zgodne

ze stanem faktycznym.

Dla dociekliwych i dla chcących zapoznać się aktu-

alnymi normami w zakresie wzmacniaczy elektro-

akustycznych podam teraz aktualnie obowiązującą

polską normę, która jest dokładnym odpowiedni-

kiem normy europejskiej o symbolu iec-60628-3.

W Polsce funkcjonuje ona pod nr PN-EN 60628-

3:2004 i można ją nabyć w Polskim Komitecie Nor-

malizacji i Miar (również drogą elektroniczną) za

„jedyne” 130,78 PLN (brutto). Jest to dość obszer-

ny dokument, bo liczy 55 stron, a na jego publiczne

cytowanie należy uzyskać specjalne zezwolenie. Po-

wiem więc tylko własnymi słowami, że jeśli chodzi

o definicję mocy znamionowej wzmacniaczy audio,

to w zasadzie niewiele się zmieniło w stosunku do

norm z końca ubiegłego wieku, tyle że współcze-

sne przepisy bardziej szczegółowo definiują różne

warunki i metody pomiarowe dla różnych rodzajów

mocy, jak np. moc długotrwałą, moc krótkotrwałą,

moc ograniczoną temperaturą itd. Warto też dodać,

że norma ta zawiera np. opisy klasy wzmacniaczy,

co może być przydatne dla osób, które intryguje ten

modny ostatnio temat. Oczywiście norma podaje

również metody pomiarów wszelkiego typu znie-

kształceń, jakie mogą występować we wzmacnia-

czach, a nawet zawiera oddzielny rozdział dotyczący

połączeń symetrycznych. Dla konstruktorów i pasjo-

natów jest cennym źródłem wiedzy i najnowszych

uregulowań technicznych w zakresie szeroko pojętej

techniki wzmacniania i dystrybucji sygnałów audio.

do wzmacniacza głośniku. Żaden wzmacniacz nie

odda bowiem, nawet w ułamku sekundy, większej

mocy, niż wynika to z napięcia wyjściowego, jakim

dysponuje. W klasycznych końcówkach z zasilaniem

transformatorowym można wyliczyć tę moc (z pew-

nym przybliżeniem), znając napięcie wyjściowe na

uzwojeniach wtórnych. We wzmacniaczu „idealnym”,

w którym nie występowałyby żadne straty, moc na

wyjściu byłaby równa połowie napięcia zasilania

podniesionego do kwadratu i podzielonego przez im-

pedancję obciążenia. Niestety, w każdym urządzeniu

powstają nieuniknione straty, które w efekcie powo-

dują, że rzeczywista moc jest zawsze mniejsza.

Tak więc przykładowo, jeśli napięcie na uzwojeniu

wtórnym transformatora wynosi 2×50 V (układ syme-

trycznego zasilacza), to moc takiej końcówki, przy za-

łożeniu sprawności w klasie AB na poziomie ok. 60%,

można szacować na ok. 180 W na impedancji obcią-

Do niedawna jednym z najbardziej kosztownych elementów wzmacniacza

bywał jego zasilacz, a przede wszystkim transformator sieciowy,

który w końcówkach dużej mocy potrafił ważyć kilkanaście kilogramów.

Skąd bierze się moc?

trochę teorii

Zastanówmy się teraz przez chwilę, skąd bierze się

moc i z czego wynika, że w konkretnym przypadku

ma taką a nie inną wartość, wyrażoną w ogólnie

znanej jednostce wat [W]. Przekonamy się też, że

dla celów marketingowych wat watowi nie równy...

Moc wydzielona na obciążeniu jest prostym iloczy-

nem prądu i napięcia według klasycznego wzoru:

P=U×I

Ponieważ na ogół nie stosuje się pomiarów przy

pomocy amperomierzy, moc wyliczamy ze wzoru:

U2/R

czyli podnosimy napięcie zmierzone na obciążeniu

do kwadratu i dzielimy przez znamionową impedan-

cję obciążenia. Jak wynika ze wzoru, moc wzrasta

z kwadratem napięcia, jasne więc jest, że to właśnie

parametry napięciowe i wydajność prądowa zasi-

lacza oraz stopni końcowych decydują o tym, jaką

mocą dysponuje wzmacniacz.

Chciałbym wyraźnie podkreślić, że w żadnym wy-

padku nie można mówić o jakiejkolwiek mocy – czy

to RmS, czy muzycznej, chwilowej czy jakiejkolwiek

innej, która byłaby większa niż maksymalne możliwe

do osiągnięcia napięcie wyjściowe na podłączonym

Nawet jeśli wzmacniacz pracuje w klasie D, górną granicę jego

możliwości wyznaczają parametry tranzystorów wyjściowych.

luty 2009

muzyka i technologia

103

w iedza i TeChnologia moc wyjściowa

Wzmacniacze pracujące w klasie H mają wyższą efektywność niż tradycyjne

końcówki klasy AB, niemniej przy dużych mocach odprowadzenie energii

wytraconej w postaci ciepła stanowi wyzwanie dla konstruktorów.

żenia 8 Ohm. (50×50/8, pomnożone przez 60%). Ten

sposób wyliczenia mocy jest obarczony oczywiście

pewnym błędem i, jak wspomniałem, stosować go

można wyłącznie do szacowania mocy w końcówkach

z tradycyjnym zasilaczem, uwzględniając w szacun-

kach fakt, że zasilacz wnosi straty własne, tym większe,

im mniejsza jest impedancja obciążenia. Dlatego moc,

którą wyliczymy za pomocą tej uproszczonej metody

będzie zazwyczaj nieco większa niż moc faktyczna,

a dodatkowo na mniejszych impedancjach praktycz-

nie wzór jest bezużyteczny, ze względu na znaczne

zazwyczaj spadki napięcia zasilacza. Niemniej jednak,

pozwala on na zgrubne oszacowanie, czego możemy

się spodziewać po wstępnych oględzinach, nie mając

możliwości lub umiejętności przeprowadzenia testów

pomiarowych.

„ideologia” klasy H.

Tego typu konstrukcja jest obecnie tak często sto-

sowana, że wypiera już klasyczną klasę AB z rynku,

co oczywiście jest tendencją pozytywną i godną na-

śladowania, gdyż w zasadzie ma same zalety, a po-

zbyła się już wad okresu „dziecięcego”.

wiednie dla celów marketingowych.

Dużo lepszą sytuację mamy wtedy, gdy podawana

jest moc RMS, dawniej określana jako sinus. Warto

w tym miejscu dodać, że od strony matematycznej

wyliczanie pierwiastka średniokwadratowego (Root

Mean Square) pozwala otrzymać faktyczną moc bez

względu na to, jaki kształt ma sygnał pomiarowy

(może to być również sinus). Ale to również może

być informacja niezbyt precyzyjna, jeśli nie wiemy,

jak ją zmierzono, czyli np. w jakim przedziale czasu.

Jeśli bowiem moc RMS wzmacniacz jest w stanie

oddać zaledwie w ciągu ułamka sekundy, to w zasa-

dzie mamy do czynienia z mocą chwilową (impulso-

wą), a nie ciągłą mocą znamionową, która powinna

być mierzona w dłuższym okresie, np. w ciągu 10

minut. Tak zdefiniowaną moc możemy określić jako

ciągłą (continue RMS). Należy wspomnieć, że daw-

no temu spotykało się czasem wzmacniacze, któ-

rych moc producent określał jako 24h cont. power,

co, jak łatwo się domyśleć, oznaczało możliwość

pracy z pełnym obciążeniem w praktycznie nieogra-

niczonym czasie. No, ale jak to mówią bracia Czesi:

„to se ne vrati”...

W przypadku wzmacniaczy beztransformatorowych

sytuacja wygląda nieco inaczej, bo co prawda moc

nadal zależy od maksymalnego, możliwego do osią-

gnięcia napięcia wyjściowego, ale nie występują już

wtedy pewne ograniczenia, wynikające z właściwo-

ści transformatora i klasycznego zasilacza. Rozsze-

rza to znacznie możliwości aplikowania różnych

zabiegów konstrukcyjnych, gdyż w takim wypadku

mamy do dyspozycji pełne napięcie sieci, co po-

woduje, że osiągane moce mogą mieć bardzo duże

wartości, ale w krótkich impulsach. Dodatkową za-

letą tego typu konstrukcji jest ich znacznie wyższa

sprawność, czasem przekraczająca nawet 90%,

a co za tym idzie, mniejsze problemy z chłodzeniem.

W oczywisty sposób przekłada się to na mniejsze

gabaryty i masę. Jednak nawet w tych supernowo-

czesnych wzmacniaczach o faktycznej mocy i tak

zawsze decyduje wydajność prądowo-napięciowa

stopnia wyjściowego, czyli np. parametry użytych

tranzystorów.

Jeśli już wspominamy o tych wyrafinowanych kon-

Kilka słów na temat

mocy „muzycznej”

Warto sobie uświadomić, że tzw moc „muzyczna”

to nic innego, jak moc znamionowa, tyle że mie-

rzona przy chwilowym, krótkotrwałym obciążeniu

wzmacniacza. Jeśli wzmacniacz wyposażony jest

w dobry stabilizator napięcia, moc muzyczna będzie

równa znamionowej. Jeśli natomiast (tak jak to ma

miejsce w klasycznych końcówkach mocy) będzie-

my wykorzystywać zasilacze niestabilizowane, moc

muzyczna będzie większa od mocy znamionowej –

tym bardziej, im „słabsze” parametry będzie miał

zasilacz, gdyż pod obciążeniem jego napięcie będzie

malało w mniejszym lub większym stopniu.

W związku z powyższymi, mam nadzieję, zrozumia-

łymi dla czytelnika prawami fizyki, spróbujemy się

teraz zastanowić, skąd biorą się liczne przekłama-

nia i nieporozumienia w kwestii definiowania mocy

urządzeń będących w ofercie różnych producentów.

Skupimy się oczywiście na rynku sprzętu profesjo-

nalnego, pomijając litościwym milczeniem sprzęt

domowy oferowany w marketach.

Skoro przyjęliśmy słuszne założenie, że praw fizyki

nie da się przeskoczyć, warto wiedzieć, jakie tricki

stosują producenci, aby móc pochwalić się mocą

większą niż konkurencja. A ponieważ ta nie śpi, wy-

ścig trwa i póki co, końca jego nie widać...

Klasa H

– nic tajemniczego

Odczytując napięcia podane dla uzwojenia wtórnego

transformatora sieciowego współczesnych wzmac-

niaczy, coraz częściej możemy zaobserwować,

że zasilacz sterowany jest nie z dwóch, ale z czte-

rech symetrycznych uzwojeń i wtedy schemat

wyprowadzeń głównych uzwojeń prądowych może

wyglądać przykładowo tak: 25V-0-25V oraz 50V-0-

50V. Tak skonfigurowane wyjścia po stronie wtórnej

będą świadczyć o tym, że dany wzmacniacz pracuje

w popularnej od jakiegoś czasu klasie H.

Z uwagi na jej duże rozpowszechnienie warto wiedzieć,

że ta tajemnicza literka nie oznacza bynajmniej jakiejś

bardzo wyrafinowanej, „kosmicznej” technologi. Tak

na prawdę, jest to klasyczna, znana od początków ery

wzmacniaczy tranzystorowych klasa AB, tyle że wzbo-

gacona o układy kluczowania napięcia zasilania. Dzięki

temu zasilacz może dostarczać dwóch (a czasem na-

wet trzech) napięć do sterowania stopniem wyjścio-

wym, dostosowując je do aktualnego zapotrzebowania

na moc. Ponieważ przełączanie następuje bardzo szyb-

ko, jest zupełnie niesłyszalne, a końcówka ma nieco

większą sprawność (mniej się grzeje) i lepszą dynami-

kę. Ponieważ – jak już wiemy, moc na wyjściu rośnie

z kwadratem napięcia, to łatwo wyliczyć, że w sytuacji

jego podwojenia moc wzrośnie czterokrotnie – ot i cała

Rzetelne informacje

i nowoczesne

technologie

Pierwszym popularnym sposobem na uzyskanie

„dobrego wrażenia”, jest podawanie mocy urządze-

nia bez sprecyzowania, o jaką moc chodzi. Takiego

sprzętu w ogóle bym nie klasyfikował, gdyż jego

producent, nie ograniczony żadną definicją, może

podawać dowolne wartości, które uzna za odpo-

104

muzyka i technologia

luty 2009

www.muzyka-tech.pl

w iedza i TeChnologia moc wyjściowa

strukcjach, to jak zapewne zauważyli co bardziej

dociekliwi pasjonaci techniki estradowej, moc tych

wzmacniaczy deklarowana przez producenta na wyj-

ściach głośnikowych często jest dużo większa niż no-

minalna moc pobierana z sieci, wynikająca chociaż-

by z wartości bezpiecznika sieciowego. Oczywiście

nie wymyślono perpetum mobile, chodzi tylko o to,

że dzięki zaawansowanej technologii udaje się kon-

struować układy, będące w stanie oddać olbrzymią

moc w krótkich impulsach, a jednocześnie aplikuje

się we wzmacniaczach bardzo rozbudowane syste-

my kontroli pracy urządzenia, które nie pozwalają na

przekroczenie „realnych” możliwości końcówki, czyli

np. uniemożliwiają ciągłą pracę z bardzo dużą mocą.

Tego typu podejście ma swoje racjonalne uzasad-

nienie, z uwagi na charakter sygnałów przebiegów

muzycznych, ale niestety dość mocno komplikuje

możliwość weryfikacji podawanych danych tech-

nicznych.

Ale wracając do definiowania mocy w tradycyjnym

rozumieniu: kolejnym sposobem na jej określenie

może być podanie mocy RMS i dodatkowo mocy

określanej jako „program power” w czym celują

niektóre firmy amerykańskie. Z grubsza rzecz biorąc,

jest to moc, jaką wzmacniacz może oddać przy ste-

rowaniu jego wejścia „typowym sygnałem muzycz-

nym”, czyli przebiegami impulsowymi, zmiennymi

w czasie i w amplitudzie. Połączenie tych dwóch de-

finicji (mocy programowej i RMS) w odniesieniu do

tego samego urządzenia, daje nam już pewien obraz

jego faktycznych możliwości. Większość wytwórców

określa zazwyczaj moc programową na poziomie

dwukrotnie wyższym niż RMS.

Wielu użytkowników wzmacniaczy mocy zauważyło

zapewne, że zazwyczaj jest tak, że na niższych opor-

nościach obciążenia (np. na 4 Ohm) moc rośnie nie-

proporcjonalnie mniej, tj praktycznie nigdy nie jest

dwukrotnie większa niż na obciążeniu 8 Ohm. Jest

to związane z ograniczoną wydajnością zasilacza lub

(i) z działaniem układów zabezpieczeń prądowych,

nie pozwalających na przekroczenie danej mocy na

wyjściu.

W tym miejscu chciałbym zwrócić uwagę na swego

rodzaju paradoks. Z punktu widzenia efektów czysto

akustycznych, wzmacniacz o bardziej „miękkim”

zasilaniu, czyli taki, którego napięcie mocno spada

przy obciążeniu, może czasem sprawiać wrażenie

bardziej dynamicznego, gdyż będzie bardziej akcen-

tował szybkie impulsy, które są normalnym zjawi-

skiem w sygnale muzycznym. Jednak rzeczywista

wydajność prądowa takiej końcówki raczej dyskwa-

lifikuje ją do stosowania np. do zasilania zestawów

basowych, które z powodu rozkładu częstotliwości

w widmie, pochłaniają większą część energii całego

sygnału. W efekcie dużego spadku napięcia na za-

silaczu, przy obciążeniu mocno energetycznym (np.

ciężka muzyka rockowa), taki wzmacniacz będzie się

(mówiąc popularnym językiem) „dusił”. Bas może

stać się mało konkretny, „zamulony”, choćby dla-

tego, że z deklarowanych przez producenta watów

realnie będziemy mieli do dyspozycji np. zaledwie

połowę. Przy pracy na niskich opornościach obcią-

żenia, taki oszczędnie zaprojektowany wzmacniacz

będzie pracował na granicy swoich możliwości, co

może dość łatwo doprowadzić do jego uszkodzenia,

lub co najmniej do zadziałania zabezpieczeń. Oprócz

tego, przy pracy na niskich opornościach zaczynają

już grać rolę rezystancje kabli głośnikowych, które

wpływają na tzw. Damping Factor wzmacniacza,

czyli na parametr, który ma duży wpływ na tłumienie

rezonansów własnych współpracujących ze wzmac-

niaczem głośników.

Warto również wiedzieć, że wzmacniacze konstru-

owane przy użyciu tranzystorów MOSFET, nawet bez

udziału wyrafinowanych zabezpieczeń, same potrafią

zmniejszyć moc wyjściową w miarę wzrostu tem-

peratury stopnia końcowego, gdyż taką właściwość

mają właśnie MOSFET-y.

nie na wzmacniacz, w którego specyfikacji są tak

sprecyzowane kryteria pomiaru, a już na pewno nie

możemy na to liczyć przy zakupie sprzętu z grupy

budżetowej.

Pomiar mocy

– czynność niezbyt

skomplikowana

Jeśli już o pomiarach mowa, to zatrzymam się jesz-

cze na chwilę na kwestii, jak poprawnie zmierzyć

moc urządzenia. Jestem o to dość często pytany,

a temat jest dość popularny, również na forach in-

ternetowych, więc myślę, że warto mu poświęcić

trochę uwagi.

Zmierzenie mocy klasycznego, transformatorowego

wzmacniacza nie stanowi specjalnego problemu,

o ile posiada się podstawową wiedzę w dziedzinie

elektroniki oraz oscyloskop, generator i ewentu-

alnie miernik zniekształceń nieliniowych (harmo-

nicznych). Jeśli chodzi o zaawansowane, specjali-

zowane przyrządy pomiarowe, w rodzaju urządzeń

firmy Audio Precision lub o stosowanie programów

komputerowych, to nie ma zupełnie konieczności

sięgania po takie narzędzia. Służą one jedynie do

pomiarów o bardzo dużej dokładności, w powta-

rzalnych cyklach produkcyjnych i zapewniam, że

„zwykły” pomiar możemy wykonać z powodzeniem

samodzielnie. Oczywiście mówię o „klasycznej”

metodzie badania, przy sterowaniu wejścia wzmac-

niacza sygnałem sinus lub ewentualnie przebiegiem

prostokątnym, dla zmierzenia „szybkości” zmian

napięcia na wyjściu wzmacniacza (parametr slew

rate). Tak więc, aby określić moc, wystarczy podać

na wejście badanej końcówki sygnał z generato-

ra (dobrze, jeśli będzie on miał niewielkie własne

zniekształcenia) i obserwować przebieg sygnału na

oscyloskopie, na podłączonym do wyjścia wzmac-

niacza obciążeniu, które symuluje pracę głośnika.

Ten ostatni człon naszego toru pomiarowego może

być dość trudny do wykonania, szczególnie gdy

zechcemy mierzyć duże moce, rzędu kilowatów.

Ponieważ trudno jest zdobyć pojedyncze rezystory

o tak dużej mocy, dość często łączy się większą ich

ilość równolegle tak, aby łączna rezystancja była

zbliżona do wartości typowej dla głośnika. Przy

okazji uzyskujemy wtedy mniejszą indukcyjność, co

zbliża warunki testu do pomiaru na „czystej rezy-

stancji”. Dawniej niektóre firmy podawały, że moc

mierzono właśnie na „czystej rezystancji”, czyli na

Pełna informacja

Idealna byłaby sytuacja, gdyby producent wzmac-

niacza podał nam np. następujące parametry urzą-

dzenia:

1. moc RMS na akceptowalnych przez końcówkę

opornościach obciążenia, podając jednocześnie,

w jakim czasie wzmacniacz jest w stanie oddać

taką moc w sposób ciągły;

2. moc muzyczną (program power) według defini-

cji, którą podałem wyżej;

3. chwilową moc szczytową (w określonym prze-

dziale czasu, np. 5 ms).

Gdybyśmy znali powyższe dane (zakładając, że są

one rzetelne), zniknęłaby większość wątpliwości,

ale z przykrością trzeba stwierdzić, że era tak opisy-

wanych urządzeń odeszła już chyba do przeszłości.

Firmy prześcigają się w deklaracjach i pobożnych

życzeniach, a prawdziwą rzadkością jest natrafie-

Nowoczesne wzmacniacze coraz częściej

wyposażane są w cyfrowe układy przetwarzające

sygnał bądź monitorujące stan końcówki.

luty 2009

muzyka i technologia

105

w iedza i TeChnologia moc wyjściowa

Przy większej ilości użytkowanych jednocześnie wzmacniaczy,

niebagatelną rolę odgrywają ich gabaryty i masa.

obciążeniu bezindukcyjnym, co określało precyzyj-

nie warunki pomiaru. Taki zresztą pomiar zaleca

przywoływana przeze mnie nowa norma.

Tak więc, gdy podłączymy już nasz zestaw pomiaro-

wy do wzmacniacza, należy ustawić jego regulatory

wzmocnienia na maksimum i stopniowo zwiększać

poziom sygnału wejściowego. W momencie, gdy za-

obserwujemy obcinanie wierzchołków sinusa, spraw-

dzamy, jakiemu napięciu na obciążeniu to odpowia-

da, i już możemy wyliczyć moc wyjściową, dzieląc

napięcie przez oporność obciążenia. Oczywiście

możemy odczytać amplitudę bezpośrednio z ekranu

oscyloskopu, ale wygodniej jest użyć miernika, po-

siadającego funkcje pomiaru True RMS. Ostrzegam,

że zwykłe, tanie multimetry mogą dawać spore prze-

kłamania, zwłaszcza gdy będziemy mierzyć moc na

wyższych niż sieciowa częstotliwościach.

Warto wiedzieć, że to, co obserwujemy na oscylosko-

pie jako zniekształcenie przebiegu, odpowiadać może

już kilku procentom zniekształceń, więc pomiar tego

typu jest bardziej „liberalny” niż gdybyśmy podłączyli

równolegle z oscyloskopem miernik zniekształceń

harmonicznych i zwiększali moc tylko do momentu,

gdy zniekształcenia nie przekroczą akceptowalnej

wartości, czyli ok. 1%. Przy okazji możemy również

zbadać, jaką czułość ma testowany wzmacniacz,

przez proste odczytanie napięcia na wejściu, przy

którym wzmacniacz osiąga nominalną moc. Jeśli

będzie to np. 0,775 V RMS, to oznacza, że nomi-

nalna czułość końcówki wynosi 0 dBu. O ile badany

wzmacniacz posiada wbudowany limiter, możemy

nie zaobserwować zniekształcenia sinusa, tylko za-

uważymy, że po prostu amplituda napięcia na oscy-

loskopie nie rośnie, mimo zwiększania napięcia na

wejściu. To będzie właśnie punkt, w którym zaczyna

działać limiter, i więcej mocy ze wzmacniacza w tych

warunkach pomiaru nie „wydusimy”. Zmniejszając

oporność obciążenia (np. z 8 na 4 Ohm) zauważy-

my, że przy tym samym napięciu wejściowym sygnał

będzie już najczęściej zniekształcony, nawet gdy

w badanym urządzeniu jest wbudowany limiter. To

zupełnie normalne zjawisko związane ze wspominaną

już wcześniej ograniczoną wydajnością zasilacza lub

prądowymi ograniczeniami stopnia wyjściowego. Pa-

trząc na to zjawisko od strony wejścia wzmacniacza,

można stwierdzić, że czułość wzmacniacza rośnie dla

mniejszych impedancji obciążenia.

Wtedy należy zmniejszyć napięcie wejściowe lub

ograniczyć moc przy pomocy wbudowanych we

wzmacniacz potencjometrów do momentu, gdy

sygnał znów będzie pozbawiony zniekształceń. Po

sprawdzeniu napięcia na wyjściu będziemy wiedzieć,

na co stać nasz wzmacniacz, gdy będzie pracował

pod większym obciążeniem.

Przeważnie tego typu pomiarów dokonujemy na

częstotliwości 1 kHz, ale oczywiście powinniśmy

zmierzyć urządzenie w całym zakresie pasma aku-

stycznego. Przy takim pomiarze używamy okre-

ślenia „pasmo mocy” i podajemy szerokość tego

pasma z zaznaczeniem w dB, jakie spadki wystę-

pują na jego krańcach. Tak więc przykładowy opis

w rodzaju: Moc 200 W, w paśmie 20 Hz - 40 kHz

(-3 dB) oznacza, że w określonym paśmie przeno-

szenia wzmacniacz oddaje moc 200 W, przy czym

na skrajach pasma spada ona o 3 dB w stosunku

do mocy znamionowej, często wyznaczonej uprzed-

nio na typowych 1000 Hz. Mając do dyspozycji

generator impulsów, możemy również „pobawić

się” w próbę określania mocy szczytowej, poprzez

sterowanie wejścia przebiegami w formie paczek

impulsów o ustalonym czasie trwania i określo-

nych przerwach między nimi. Zmniejszając czas

impulsu, powinniśmy teoretycznie zaobserwować

większe niezniekształcone napięcie chwilowe na

wyjściu niż to, które zmierzyliśmy w przypadku ste-

rowania przebiegiem ciągłym, ale nie jest to raczej

powszechna i popularna metoda badawcza w co-

dziennej praktyce.

Pomiary w rodzaju opisanych powyżej mogą być

niemiarodajne przy próbach badania wzmacniaczy

wykonanych w technologii cyfrowej, a to z uwagi na

specyfikę pracy układów detekcji i sterowania, które

czasem traktują sygnał sinus jak coś nienaturalnego

albo jak stan awaryjny (np. wystąpienie sprzężenia),

i przy takim teście uaktywniają się różnego rodzaju

zabezpieczenia i ograniczniki. Jednak nawet w takiej

sytuacji można w przybliżeniu określić możliwości

mocowe, analizując np. ilość i parametry katalogowe

końcowych tranzystorów mocy. Zakładając bowiem

nawet bardzo wysoką sprawność wzmacniacza, po-

wiedzmy w granicach 90% (co sprawia, że tylko 10%

mocy wydzieli się w postaci ciepła na radiatorach),

i tak nie możemy w dłuższym okresie przekroczyć

nominalnej, łącznej mocy użytych tranzystorów oraz

nominalnego prądu zadziałania zabezpieczeń, nieza-

leżnie od tego, czy będą to bezpieczniki tradycyjne,

czy układy elektroniczne. Natomiast to, jak duży

będzie zapas mocy w elementach wykonawczych,

zależy już od konkretnego producenta i od założeń

konstrukcyjnych.

Zapewnienie wysokiej niezawodności urządzenia gra

dość ważną rolę w kosztach produkcji i co za tym

idzie, stanowi o cenie rynkowej wyrobu. Do niedaw-

na jednym z najbardziej kosztownych elementów

wzmacniacza bywał jego wykonany w tradycyjnej

technologii zasilacz, a przede wszystkim transforma-

tor sieciowy, który w końcówkach dużej mocy potra-

fił ważyć kilkanaście kilogramów. Obecnie co prawda

odchodzi się powoli od takiej konfiguracji na rzecz

układów beztransformatorowych, ale za to bardzo

komplikują się systemy sterowania, a samo opraco-

wanie takiej końcówki, stanowi poważnie wyzwanie

konstrukcyjne. W efekcie ceny utrzymują się na dość

wysokim poziomie, szczególnie w odniesieniu do wy-

robów markowych.

Podsumowanie

Na koniec kilka słów podsumowania.

Zapamiętajmy przede wszystkim, że moc KAŻDEGO

wzmacniacza jest definiowana przez napięcie wyj-

ściowe na obciążeniu, przez wydajność prądową

stopnia mocy i przez zdolność urządzenia do zacho-

wania założonych parametrów w określonym czasie.

Skoro już z grubsza wiemy, o co chodzi z tą mocą

i jak ją zmierzyć, dysponując podstawowymi przy-

rządami pomiarowymi, zapraszam za miesiąc, kiedy

to przyjrzyjmy się typowym zabiegom, które stosują

producenci, aby wyjść na przeciw zapotrzebowaniu

rynkowemu na coraz większe moce sprzętu estrado-

wego.

Piotr Peto

PMP Electronics

106

muzyka i technologia

luty 2009

www.muzyka-tech.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: