音频放大器的额定功率

1 引言

　　1.1 额定功率基准和基本定义

　　关于音频放大器额定功率的定义，目前已有多种标准。美国联邦贸易委员会(FTC)针对家庭音频放大器额定功率建立了公平合理的广告国际惯例，详情请参见FTC文档63FR37233，16 CFR，Chapter 1，Part 432的描述。另一个标准为美国电子工业协会(EIA)制定的SE-101-A。在汽车音频领域，一些制造商则采用消费电子协会的CEA-2006-A标准，该标准定义了如何对放大器功率以及信号失真进行测试。

　　如何区分额定功率参数定义的优劣呢?对于一个好的额定功率参数来说，其所有规定参考点都应该是可测量的。

　　欧姆定律表明了电压、电流以及负载之间的关系，V=I×R，其中V为电压；I为电流，单位为安培；R为负载电阻，单位为欧姆。

　　功率是单位时间内所做的功，表达式为：

　　P=V×I=V2／R=I2×R。

　　对于音频信号，其电压采用Vrms(均方根)表示，计算功率时，通常采用1 000 Hz的基准频率，负载采用阻性负载，因此计算得到的功率为放大器所能承受的平均功率。

　　FFC的标准更加严格，要求放大器须采用频率为1 000 Hz的正弦波作为输入信号，先以1／8总额定输出功率，预热1小时(多输出系统，所有通道都处于开启状态)，然后在周围环境空气温度不低于25℃、持续时间大于5分钟的条件下，让其工作在最大额定功率下，观测输入为20 Hz至20 000 Hz的音频信号时两通道的功率频谱。

　　还有一些制造商则采用额定平均功率，但是在将原始输入信号放大到一定值时，会产生削波，从而导致较高的失真率。THD+N为10%时，其额定平均功率要比THD+N为1％时大的多。TI公司PurePath Digital功率级器件数据资料中给出了未出现削波和出现削波两种情况下测得的额定功率值。

　　1.2 额定功率参数的扩展

　　PMPO表示峰值音乐输出功率或峰值瞬时性能输出，这两种名称可以相互替换，含义也基本相同。PMPO没有明确定义测量标准，PMPO额定功率测量无参考点，通常不能用于高保真音频的性能测试。实际上，制造商提供的PMPO通常是理论上的数值。AB类音频放大器的电源与数字音频放大器的电源存在较大差别。对于AB类音频功率放大器而言，由于模拟元件的物理特性，其PMPO要比数字音频放大器的高的多。AB类音频放大器启动时，电源往往会产生瞬时高压，从而导致较大的电源毛刺。通常所说的PMPO就是基于这一瞬时启动电压定义的。由于客户总是期望音频放大器兼具较高的额定功率和较低的价格，因此PMPO也成为一个非常好的卖点。

　　利用峰值电压可计算出额定峰值功率。额定峰值功率有时指音乐功率。音乐功率是当输入动态范围大的音乐信号时，音频功率放大器对音乐信号的瞬间最大输出功率。

　　如果音频放大器的动态余量规定为3 dB，则放大器的峰值功率为平均功率的2倍。例如，如果放大器的额定平均功率为200 W，峰值功率为400 W。某些高端音频放大器由于采用性能良好的电源，因此其动态余量较低，能对任意动态输入音乐信号提供较高且几乎相等的输出功率。

　　下面介绍两种额定功率的定义，分别为峰值功率和瞬时峰值功率。为了促进某些放大器产品在特定市场或领域的推广，要求额定功率大于标准均方根功率，这时可用峰值功率和瞬时峰值功率来表示PMPO。相对于更侧重理论定义的PMPO，这两种额定功率在实际硬件上都是可测量的。下面以TexasInstruments公司的3款功率级器件TAS5142、TAS5152和TAS5186为例来阐述用于攻略测量的测试设备连接、测试过程。

　　2 测试设备

　　采用的仪器如下：

　　Audio PrecisionTM的TwoTM-2322音频测试系统(AP)；

　　实验室电源- HP6024A、HPE3610A、HPE3616A以及Sorensen DLM 60-10；

　　示波器-Tektronix TDS784A；

　　电流探头-Tektronix TCP202；

　　电压探头-Tektronix P6139A；

　　负载-额定功率为200 W的DALE各种阻值的电阻；

　　参考设计电路板-DAVREF635和DAVREF636。
　
　　测试设备连接框图如图1所示，并按以下步骤连接；

　　将电源连接至参考设计电路板；

　　将阻性负载连接至被测功率级器件的输出端；

　　将电流探头连接至被测功率级器件的输出端；

　　将电压探头连接至被测功率级器件的输出端；

　　将AP连接至被测功率级器件的输出端。

　　3 功率测试

　　3.1 RMS功率

　　测试步骤如下：

　　1) 将PVDD电压(MOSFET电压)设置为各器件数据资料中所规定的工作电压典型值。

　　2) 用AP产生一个0 dBFS的1 kHz连续正弦波。

　　3) 负载阻抗取各数据资料中规定的典型值。

　　4) 调制器增益设置为0 dB。

　　5) 用电流探头捕获输出电流的波形。

　　6) 用电压探头捕获输出电压的波形。

　　讨论：

　　根据引言部分给出的功率公式可计算出平均功率：