功率基本介绍

功率（英语：power）是单位时间内做功的大小或能量转换的大 小。若是在时间内所做的功，这段时间内的平均功率由下式给出：瞬时功率是指时间趋近于0时的平均功率：在讨论能量转换问题时，有时用字母代替。

功率 Power  表示做功快慢程度的物理量。功与做功所用时间之比称为功率，它在数值上等于单位时间内所做的功，用P表示。若在时间间隔dt内作功dA，则功率为故功率等于作用力与物体受力点速度的标量积。

功率可分为电功率，力的功率等。故计算公式也有所不同。

电功率计算公式：P=W/t =UI，根据欧姆定律U=IR代入P=UI中还可以得到：P=I*IR=(U*U)/R

在动力学中：功率计算公式：P=W/t（平均功率）；P=Fvcosa（瞬时功率）

因为W=F（f 力）×S（s位移）（功的定义式），所以求功率的公式也可推导出P=F·v（当v表示平均速度时求出的功率为相应过程的平均功率，当v表示瞬时速度时求出的功率为相应状态的瞬时功率）。

公式中的P表示功率，单位是“瓦特”，简称“瓦”，符号是W。

W表示功。单位是“焦耳”，简称“焦”，符号是J。

T表示时间，单位是“秒”，符号是"s"。

力的功率为p=w/t

P表示功率，单位是“瓦特”，简称“瓦”，符号是“W”。W表示功，单位是“焦耳”，简称“焦”，符号是“J”。“t”表示时间，单位是“秒”，符号是“s”。

功率越大转速越高，汽车的最高速度也越高，常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用马力（PS）或千瓦（kW）来表示，1马力等于0.735千瓦。1W=1J/s

功率就是表示物体做功快慢的物理量，物理学里功率P=功W/时间t，单位是瓦w，我们在媒体上常常看见的功率单位有kw、ps、hp、bhp、whpmw等，还有意大利以前用的cv，在这里边千瓦kW是国际标准单位，1kW=1000W，用1秒做完1000焦耳的功，其功率就是1kw。日常生活中，我们常常把功率俗称为马力，单位是匹，就像将扭矩称为扭力一样。

在汽车上边，最大的做功机器就是引擎，引擎的功率是由扭矩计算出来的，而计算的公式相当简单：功率(w)=2π×扭矩(Nm)×转速(rpm)/60，简化计算后成为：功率（W）=扭矩（Nm）×转速（rpm）/9.549。

由于英制与公制的不同，对马力的定义基本上就不一样。英制的马力(hp)定义为：一匹马于一分钟内将200磅(lb)重的物体拉动165英尺(ft)，相乘之后等于33，000lb-ft/min；而公制的马力（PS）定义则为一匹马于一分钟内将75kg的物体拉动60米，相乘之后等于4500kg.g.m/min。经过单位换算，(1lb=0.454kg；1ft=0.3048m)竟然发现1hp=4566kgm/min，与公制的1PS=4500kg.g.m/min有些许差异，而如果以瓦作单位（1W=1Nm/sec=1/9.8kg.g.m/sec）来换算的话，可得1hp=746W；1ps=735W，两项不一样的结果，相差1.5%左右。

德国的DIN与欧洲共同体的新标准EEC有日本的JIS是以公制的PS为马力单位，而SAE使用的是英制的hp为单位，但由于世界一体化经济的来临和为了避免复杂换算，越来越多的原厂数据已改提供毫无争议的国际标准单位千瓦kW作为引擎输出的功率数值。

电功率的计算公式，用电压乘以电流，这个公式是电功率的定义式，永远正确，适用于任何情况。

对于纯电阻电路，如电阻丝、灯炮等，可以用“电流的平方乘以电阻”“电压的平方除以电阻”的公式计算，这是由欧姆定律推导出来的。

但对于非纯电阻电路，如电动机等，只能用“电压乘以电流”这一公式，因为对于电动机等，欧姆定律并不适用，也就是说，电压和电流不成正比。这是因为电动机在运转时会产生“反电动势”。

例如，外电压为8伏，电阻为2欧，反电动势为6伏，此时的电流是（8－6）/2=1（安），而不是4安。因此功率是8×1=8（瓦）。

另外说一句焦耳定律，就是电阻发热的那个公式，发热功率为“电流平方乘以电阻”，这也是永远正确的。

还拿上面的例子来说，电动机发热的功率是1×1×2=2（瓦），也就是说，电动机的总功率为8瓦，发热功率为2瓦，剩下的6瓦用于做机械功了。此电动机的效率就是有用的6瓦除以总功率8瓦得百分之75的效率。

匀功率运动指功率P不变的运动

基本关系（无阻力）：

P=Fv

则：

s³=（16pt³）/（27m）

v² =（2Pt）/m

a² =P/（2mt）

由于自然情况下大多数机械或生物的功率是大致不变的，匀功率运动有它的实际意义。

用电器的额定功率是用电器长期正常工作时的最大功率，也是用电器在额定电压或额定电流下工作时的电功率。用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为保证用电器正常工作，要求实际功率不能大于其额定功率。

电功率P=U(电压)×I(电流)由欧姆定律：U=I×R(电阻)可以得到：P=I²R=U²÷R

功率测量用于测量电气设备消耗的功率，广泛应用于家用电器、照明设备、工业用机器等研究开发或生产线等领域中。本文重点介绍了几种功率测量的方法及其具体应用。

测量功率有4种方法：

（1）二极管检测功率法；

（2）等效热功耗检测法；

（3）真有效值/直流(TRMS/DC)转换检测功率法；

（4）对数放大检测功率法。

下面分别介绍这4种方法并对各自的优缺点加以比较。

用二极管检测输入功率的电路如图l所示，图l(a)为简单的半波整流、滤波电路，该电路的总输入电阻为50Ω。D为整流管，C为滤波电容。射频输入功率 PIN经过整流滤波后得到输出电压U0。但是当环境温度升高或降低时U0会显著变化。图1(b)为经过改进后的二极管检测输入功率的电路，该电路增加了温度补偿二极管D2，可对二极管D1的整流电压进行温度补偿。二极管具 有负的温度系数，当温度升高时D1的压降会减小，但D2的压降也同样地减小，最终使输出电压仍保持稳定。

需要指出，二极管检测电路是以平均值为响应的，它并不能直接测量输入功率的有效值，而是根据正弦波有效值与平均值的关系来间接测量有效值功率的。显然，当被测波形不是正弦波时，波峰因数就不等于1．4142，此时会产生较大的测量误差。

等效热功耗检测法的电路如图2所示。它是把一个未知的交流信号的等效热量和一个直流参考电压的有效热量进行比较。当信号电阻(R1)与参考电阻(R2)的温度差为零时，这两个电阻的功耗是相等的，因此未知信号电压的有效值就等于直流参考电压的有效值。R1、R2为匹配电阻，均采用低温度系数的电阻，二者的电压降分别为KU1和 KU0。为了测量温差，在R1、R2附近还分别接着电压输出式温度传感器A、B，亦可选用两支热电偶来测量温差。在R1和R2上还分别串联着过热保护电阻。

尽管等效热功耗检测法的原理非常简单，但在实际应用中很难实现，并且这种检测设备的价格非常昂贵。

功率法

真有效值/直流(TRMS/DC)转换检测功率法

真有效值/直流转换检测功率法的最大优点是测量结果与被测信号的波形无关，这就是“真正有效值”的含义。因此，它能准确测量任意波形的真有效值功率。测量真有效值功率的第一种方法是采用单片真有效值/直流转换器(例如AD636型)，首先测量出真有效值电压电平，然后转换成其真有效值功率电平。

另一种测量真有效值功率的电路框图如图3所示，该电路所对应的典型产品为AD8361型单片射频真有效值功率检测系统集成电路。U1 为射频信号输入端， U0为直流电压输出端。US端接2．7～5．5V电源，COM为公共地。IREF为基准工作方式选择端，PWDN为休眠模式控制端。FLTR为滤波器引出端，在该端与US端之间并联一只电容器，可降低滤波器的截止频率。SREF为电源基准控制端。

从U1端输入的射频有效值电压为U1，经过平片器1产生一个与U12成比例的脉动电流信号i，该电流信号通过由内部电阻R1和电容C构成的平方律检波器获得均方值电压U12，输入到误差放大器的同相输入端。利用平方器2与误差放大器可构成一个闭合的负反馈电路，将负反馈信号加到误差放大器的反相输入端进行温度补偿。当闭环电路达到稳定状态时，输出电压U0(DC)就与输入有效值功率PIN成正比。有关系式

式中：k为真有效值/直流转换器的输出电压灵敏度，AD8361的k=7.5 mV/dBm。

这种检测方法有以下优点：第一，由于两个平方器完全相同，因此在改变量程时不影响转换精度；第二，当环境温度发生变化时，两个平方器能互相补偿，使输出电压保持稳定；第三，所用平方器的频带非常宽，可从直流一直到微波频段。

功率法

对数放大检测器是由多级对数放大器构成的，其电路框图如图4所示。图4中共有5个对数放大器(A～E)，每个对数放大器的增益为20dB(即电压放大系数为10倍)，最大输出电压被限制在为lV。因此，对数放大器的斜率ks=lV/20dB，即50mV/dB。5个对数放大器的输出电压分别经过检波器送至求和器(∑)，再经过低通滤波器获得输出电压U0。对数放大器能对输入交流信号的包络进行对数运算，其输出电压与kS、PIN的关系式为

式中：b为截距，即对应于输出电压为零时的输入功率电平值。

普通对数放大器的特性曲线仅适用于正弦波输入信号。当输入信号不是正弦波时，特性曲线上的截距会发生变化，从而影响到输出电压值。此时应对输出读数进行修正。需要指出，尽管ADI公司生产的AD8362型单片射频真有效值功率检测器也属于对数检测功率法，但它通过采用独特的专利技术能适用于任何输入信号波形，并且特性曲线上的截距不随输入信号而变化。

测量系统的设计

MAX42ll 属于低成本、低功耗、高端直流功率/电流测量系统，它是利用精密电流检测放大器来测量负载电流，再利用模拟乘法器来计算功率的，因此并不影响负载的接地通路，特别适合测量电池供电系统的功率及电流值。检测功率和电流的最大误差均低于±1．5%，频率带宽为220kHz。被测源电压的范嗣是4—28v。检测电流时的满量程电压为100mV或150mV。电源电压范嗣是2．7~5.5V，工作电流为670μA(典型值)。

MAX42ll A/B/C的简化电路如图5所示，主要包括精密电流检测放大器，25：1的电阻分压器，模拟乘法器。外围电路包括被测的4~28V源电压，2． 7～5.5V的芯片工作电压，电流检测电阻RSENSE和负载。其测量原理是利用精密电流检测放大器来检测负载电流，获得与该电流成正比的模拟电压，再将该电压加至模拟乘法器，将负载电流与源电压相乘后，从POUT端输出与负载功率成正比的电压。令功率检测放大器的增益为G，RSENSE上的电压为 USENSE，RS+引脚的源电压为URS+，则有

MAX42l1A/B/C内部的分压器电阻，接到RS+端和模拟乘法器的输入端。这种设计可精确测量电源负载的功率并为电源(例如电池)提供保护。从 POUT端、IOUT端输出的功率信号和电流信号，可分别经过A/D转换器送至单片机。理想情况下，最大负载电流在RSENSE两端产生满量程检测电压。选择合适的增益，使电流检测放大器既能获得最大输出电压，又不会出现饱和。在计算 RSENSE的最大值时，应使RS+端与RS一端之间的差分电压不超过满量程检测电压。适当增加RSENSE的电阻值，可提高USENSE，有助于减小输出误差。

射频功率测量系统的设计

对通信系统的要求是在发送端必须确保功率放大器能满足发射的需要，并且输出功率不超过规定指标，否则会导致设备过热损坏。因此，在发射机电路中必须增加射频功率测量和功率控制电路。同样，射频功率测量对接收机也是必不可少的。根据有效值定义所计算出的功率就称为“真有效值功率”(True Root Mean Square Power)，简称“真功率”(True Power)。由于现代通信系统具有恒定的负载和阻抗源(通常为50Ω)，因此只需知道有效值电压就能计算出功率，即可将功率测量转化为对有效值电压的测量。

传统的射频功率计或射频检测系统的电路复杂，集成度很低。最近，美国ADI公司相继推出AD8361、AD8362和AD8318型全集成化的单片射频真有效值功率测量系统，不仅能精确测量射频(RF)功率，还可测量中频(IF)、低频(LF)功率。

AD8318是采用将晶片绝缘硅与超高速互补双极型相结合的高速硅锗制造工艺而制成的单片射频功率测量系统。其内部解调式对数放大器的输出电压与被测功率成正比，能精确测量1MHz～8GHz的射频功率。适合测量于机和无线LAN基站的无线输出功率。AD8318不仅远优于传统的产品，而且比模块式测量系统具有更高的性价比，比采用二极管检测功率法的精度更高。AD8318集高精度、低噪声、宽动态范围等优点于一身。AD8318在高达5.8GHz的输入频率下，测量精度优于±ldB，动态范围是55dB；在8GHz时精度优于±3dB，动态范围超过58dB。而输出噪声仅为

它采用对数放大检测功率法，对数斜率的额定值为一25mV/dB，并可通过改变UOUT、USET引脚之间反馈电压的比例系数来进行凋整。在从IN+端输入信号时，截距功率电平为一25dB。AD8318的典型应用电路如图6所示。

AD8318是专为测量高达8 GHz的射频功率而设计的，因此保持IN+、IN一引脚之间及各功能单元电路的绝缘性至关重要。AD8318的正电源端UPSI、UPS0必须接相同的电压，由UPSI端为输入电路提供偏置电压，由UPSO端为UOUT端的低噪声输出驱动器提供偏置电压。AD8318内部还有一些独立的公共地。CMOP被用作输出驱动器的公共地。所有公共地应接到低阻抗的印制扳地线区。允许电源电压范围是4．5～5．5V。C3～C6为电源退耦电容，应尽量靠近电源引脚和地。

AD8318采用交流耦合、单端输入方式。当输入信号频率为lMHz～8GHz时，接在IN+、IN一端的耦合电容(C1、C2)可采用0402规格的 lnF表面封装式瓷片电容，耦合电容应靠近IN+、IN-引脚。外部分流电阻R1(52．3Ω)与IN+端相配合，可提供一个具有足够带宽的50Ω匹配阻抗。AD8318的输出电压可直接送给数字电压表(DVM)，亦可送至带A/D转换器的单片机（μC）。视在功率、有功功率、额定功率、最大功率、经济功率　1）视在功率的单位为KVA，我国习惯用于表达变压器及UPS的容量。

2）有功功率为视在功率的0.8倍，单位是KW，我国习惯用于发电设备和用电设备。

3）柴油发电机组的额定功率是指12小时可连续运行的功率。

4）最大功率是额定功率的1.1倍，但12小时内仅容许使用1小时。

5）经济功率是额定功率的0.75倍，是柴油发电机组不受时间限制可长期运行的输出功率。在该功率运行时，燃油最省、故障率最低。    

音箱音质的好坏和功率没有直接的关系。功率决定的是音箱所能发出的最大声强，感觉上就是音箱发出的声音能有多大的震撼力。

瞬间峰值功率(PMPO功率)。是指扬声器短时间所能承受的最大功率。

美国联邦贸易委员会于1974年规定了功率的定标标准:以两个声道驱动一个8Ω扬声器负载，在20~20000Hz范围内谐波失真小于1%时测得的有效瓦数，即为放大器的输出功率，其标示功率就是额定输出功率。通常商家为了迎合消费者心理，标出的是瞬间(峰值)功率，一般是额定功率的8倍左右。所以在选购多媒体音箱时要以额定功率为准。

音箱的功率由功率放大器芯片的功率和电源变压器的功率两者主要决定，考虑到其他一些因素，可以算出如果变压器的额定功率是100W的话，它实际能顺利带动的功放芯片的功率要在45W以下，所以通过算音箱变压器与功放的功率关系也可以验证音箱的实际额定功率是否能达到标称值。

音箱的功率不是越大越好，适用就是最好的，对于普通家庭用户的20平米左右的房间来说，真正意义上的60W功率(指音箱的有效输出功率30W x 2)是足够的了，但功放的储备功率越大越好，最好为实际输出功率的2倍以上。比如音箱输出为30W，则功放的能力最好大于60W，对于HiFi系统，驱动音箱的功放功率都很大。

功率放大器的储备功率与扬声器标称功率之间的关系

在声频工程中功率放大器的主要功能是放大信号并提供负

载（扬声器系统）足够的功率。功率放大器对音质的影响主要取决于输入信号能否在不失真的状态下得到放大与伟输，给负载以足够大的功率。功率放大器放大和传输的节目信号不同于简谐信号，是一个瞬时变化的复杂信号。它具有很多尖峰，它们的能量不大，但是峰很尖、很高。这此示威峰对响度的贡献很小，但对音质的影响却很大。如果发生削波，则放大的声音听起来让人感到发燥、发硬。如果只注意能量的传输（对应的量为响度），而不注意传输过程中波形的变化，那么，我们有可能听到的声音很响，但是不好听。 根据多种乐器和不同剧种节目信号的调查结果，在部分节目信号的最大均方根功率（即节目信号的峰——峰值在负载上的功率）与平均均方根功率（即节目信号在负载上的平均功率）之经为3—10，最高达12.7。如果功率放大器的额定功率对应于节目信号的平均均方根功率，那么功率放大器的最大输出功率应为其3—10倍方能保证输出信号不出现削波。这就是为什么我们选用功率放大器的功率要比放大节目信号的平均均方根功率大得多的缘由，这也是我们通常说的功率储备。

功率放大器的功率与扬声器的功率不是同一概念。

功率放大器的输出功率一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率。例如，厂家规定的总谐波失真为0.1%，当功放在额定负载上的输出信号达到该失真时的输出电压称为最大输出电压，用这电压来计算功率放在器的输出功率，就是功率放大器标称的输出功率，这也可以理解为该功放的最大输出功率。而扬声器的标称功率，厂家经常提供的是粉噪功率，它是指在扬声器额定频率范围内，馈给以规定的模拟节目信号，连续工作100小时而不产生热和机械损坏的功率。显然，这两个功率是从完全不同的角度作出的规定和测试的，两者是不可比的。如果厂家能提供扬声器的正弦功率（指用正弦信号作为测试信号时馈给的功率），则两者有可比性，然而，厂家一般不提供这一数据。那么，对扬声器而言，扬声器的粉噪功率与正弦功率是否有一定的对应关系呢？正确的答案是——没有！扬声器的粉噪功率和正弦功率对于不同结构，不同材料和不同规格的扬声器完全不同，后者还与频率有关。因上我们可以在声频工程中用功率放大器的功率与扬声器标称功率作比较以表征其功率储备的方法是不可取的。

在声频工程中所需的扬声器的功率与听众区所需的声压级，声源的指向特性，声源覆盖的范围以及扩声场所的声学环境等有关。而所需的功放的功率与扬声器的辐射效率，被放大的信号的特性和对音质的要求等有关，并不是千篇一律地选用1——2倍的扬声器的标称功率就能满足所有演出的需求。