Medir la potencia de CA consumida por un altavoz

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Figura 1. Configuración de prueba evitando los cortocircuitos.

La Figura 1 muestra una forma de medir y evitar los problemas de conexión a tierra. Sufre de las desventajas de modificar el circuito bajo prueba como señala en su pregunta.

Tenga en cuenta que incluso esta configuración podría tener problemas si hay corrientes elevadas en el cable de retorno, ya que esto aumentará el voltaje y parte de la corriente puede retornar a través de la conexión a tierra y el cableado a tierra de la red.

  

La referencia de tierra para el osciloscopio debe estar en el punto de tierra de la estrella del amplificador para evitar que el osciloscopio lea la caída de voltaje en el cable de retorno del altavoz. ( Según lo comentado por soosai steven. )

Hay otras formas de medir la corriente además de las resistencias shunt, como los transductores de corriente de efecto Hall, que detectan el campo magnético creado por la corriente que pasa a través del cable. Si puede muestrear eso y el voltaje aplicado a una frecuencia suficientemente alta, debería poder calcular el consumo de energía promedio.

  

No pondrá una resistencia en serie para medir la corriente con una   El osciloscopio que prueba la resistencia causa tanto problemas de conexión a tierra como   ¿Cambiar la impedancia general y el consumo de energía?

No causará un problema de conexión a tierra si se aísla la tierra del amplificador de la tierra del alcance.

La impedancia no se modificará significativamente si utiliza una resistencia de detección de valor lo suficientemente baja (p. ej., 0.1 & ohm;). Puede eliminar su efecto por completo conectando el fondo del alcance (aislado) a la unión de la resistencia sensorial y el altavoz, luego invierta uno de los canales.

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El principal problema es cómo obtener energía de las formas de onda de voltaje y corriente. Si tiene un alcance digital, entonces puede tener una función de "multiplicación" que muestra voltios x amperios instantáneos en un tercer canal. Puedes obtener el promedio de esta forma de onda para obtener potencia.

  

Esto debe hacerse en la industria todo el tiempo ...

Probablemente no, porque la eficiencia absoluta del hablante no es tan importante. El amplificador tiene (con suerte) una salida plana de voltaje en el rango de frecuencia de audio, por lo que la sensibilidad y la respuesta de frecuencia de los altavoces se basan generalmente en la potencia calculada en la impedancia nominal , no en la real Impedancia del altavoz a diferentes frecuencias.

Aquí se explica cómo medir la inductancia:

Si resuena la bobina de voz del altavoz con una capacitancia conocida, las reactancias del capacitor y la voz se cancelarán en la resonancia y todo lo que quedará será la resistencia de la bobina de voz a esa frecuencia.

Conociendo la capacitancia y la frecuencia de resonancia del capacitor y la inductancia de la bobina de voz, la reactancia capacitiva se puede calcular a partir de:

$$ X_c = \ frac {1} {2 \ pi f C} $$

Luego, dado que \ $ X_L = X_C \ $ en resonancia, podemos calcular el valor de la inductancia de la bobina de voz sustituyendo el valor de \ $ X_C \ $ por \ $ X_L \ $, de esta manera: $$ L = \ frac {X_L} {2 \ pi f} = \ frac {X_C} {2 \ pi f} $$

Lo probé utilizando este equipo, donde la impedancia de salida del generador es de 50 ohmios, resistiva, R1 es de 10 ohmios (solo para aumentar un poco la impedancia de salida del generador), C1 es una caja de decenas de condensadores, Ls es la inductancia del altavoz, Rs es la resistencia del altavoz y "V" y "f" son un alcance analógico y un contador de frecuencia, respectivamente.

Para usarlo, configuré C1 a 500 nF y ajusté el generador para una caída en la respuesta del alcance, registré la frecuencia y la capacitancia de C1, luego repetí el procedimiento para 100nF y 1 \ $ \ mu F \ $. Después de la aritmética, aquí están mis resultados:

  C1     f      Xc      L    
  nF    kHz    ohms    uH
 100   50.4     31     100
 500   20.6     15.5   120
1000   14.6     11     120

Ahora para el poder ...

Para determinar cuánta energía está siendo disipada por la bobina de voz, con un voltaje dado a través de ella, podemos escribir:

$$ P = \ frac {E ^ 2} {Z} $$

Donde P es la potencia en vatios, E es el voltaje RMS a través de la bobina y Z es la impedancia de la serie RL que comprende la bobina.

Para determinar la impedancia de la bobina podemos escribir: $$ Z = \ sqrt (R ^ 2 + X_L ^ 2) $$

La resistencia medida de la bobina en CC fue de 8,1 ohmios, y conectarla a la fórmula junto con la reactancia calculada de la bobina a 14,6 kHz nos da:

$$ Z = \ sqrt (8.1 \ Omega ^ 2 + 11 \ Omega ^ 2) \ approx 13.7 \ text {ohms} $$

El altavoz que usé para obtener los datos es un Panasonic EAS6P22S con capacidad para 500 milivatios, por lo que para averiguar qué voltaje necesitamos para conducirlo a la máxima potencia (a 14.6 kHz) podemos reorganizar:

$$ P = \ frac {E ^ 2} {Z} $$

a

$$ E = \ sqrt PZ $$

y resuelve:

$$ E = \ sqrt (0.5W \ times 13.7 \ Omega) \ approx 2.6VRMS $$