基于MC1495的有效值音頻數(shù)字功率計的設(shè)計

　　1 引言

　　目前，對音頻電功率進行測量的主要方法有3類：一是通過測量負載(揚聲器)兩端電壓的方式估算出功率，測量設(shè)備簡單，但通常是依靠峰值檢波或均值檢波法來標(biāo)定正弦有效值，只適用于正弦信號功率測量，不能真實測量音樂、語音等復(fù)雜信號的實際功率;二是使用真有效值電壓表或真有效值音頻電功率計，不依賴于信號種類而對音頻功率進行準(zhǔn)確測量，但這離不開價格較昂貴的專用設(shè)備。三是主要用于工頻電力系統(tǒng)的電功率數(shù)字化采樣測量方法，軟硬件結(jié)合完成所要求的運算和測量，準(zhǔn)確度好，但工作頻率不高，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。由于3種方案各自的特點，很難將上述測量方法應(yīng)用到音頻設(shè)備(如功率放大器)中去實現(xiàn)(從直流到)音頻范圍的電功率測量。本設(shè)計通過檢測負載電流與電壓的乘積信號來測量電功率，該測量方法與負載產(chǎn)生的相移無關(guān)，不依賴于負載阻抗的變化，以有效值方式實現(xiàn)了有功功率的數(shù)字化測量。

　　2 工作原理及電路設(shè)計

　　2.1 工作原理

　　電路組成如圖1所示，由取樣電路、乘積運算電路、電平轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LED顯示部分組成。

　　本設(shè)計基于電功率等于電流與電壓乘積的基本原理。完成該乘積運算的核心器件是模擬乘法器MC1495，配合使用運算放大器LM741實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，ICL7107完成A/D轉(zhuǎn)換并驅(qū)動LED實現(xiàn)功率的數(shù)字顯示。

　　其中，取樣電路獲取負載電壓UL和負載電流IL，模擬乘法器MC1495實現(xiàn)負載電流與電壓的乘積運算，即功率運算，該模擬乘法器采用差動方式從2腳和14腳輸出與負載功率成比例的電流I2-I14口由運放LM741組成的電平轉(zhuǎn)換電路將乘法器輸出的差動電流轉(zhuǎn)換成電壓VO，此電壓正比于負載上的平均有功功率PO，再配接由ICL7107為核心組成A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路，LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字即為負載有功功率。

　　2.2 電路設(shè)計

　　總體電路如圖2所示。整個電路制作在一塊5