基于MC1495的有效值音频数字功率计的设计

1 引言

　　目前，对音频电功率进行测量的主要方法有3类：一是通过测量负载(扬声器)两端电压的方式估算出功率，测量设备简单，但通常是依靠峰值检波或均值检波法来标定正弦有效值，只适用于正弦信号功率测量，不能真实测量音乐、语音等复杂信号的实际功率;二是使用真有效值电压表或真有效值音频电功率计，不依赖于信号种类而对音频功率进行准确测量，但这离不开价格较昂贵的专用设备。三是主要用于工频电力系统的电功率数字化采样测量方法，软硬件结合完成所要求的运算和测量，准确度好，但工作频率不高，系统复杂，成本较高。由于3种方案各自的特点，很难将上述测量方法应用到音频设备(如功率放大器)中去实现(从直流到)音频范围的电功率测量。本设计通过检测负载电流与电压的乘积信号来测量电功率，该测量方法与负载产生的相移无关，不依赖于负载阻抗的变化，以有效值方式实现了有功功率的数字化测量。

　2 工作原理及电路设计

　　2.1 工作原理

　　电路组成如图1所示，由取样电路、乘积运算电路、电平转换电路、A/D转换电路和LED显示部分组成。

　　本设计基于电功率等于电流与电压乘积的基本原理。完成该乘积运算的核心器件是模拟乘法器MC1495，配合使用运算放大器LM741实现电平转换，ICL7107完成A/D转换并驱动LED实现功率的数字显示。

　　其中，取样电路获取负载电压UL和负载电流IL，模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，即功率运算，该模拟乘法器采用差动方式从2脚和14脚输出与负载功率成比例的电流I2-I14口由运放LM741组成的电平转换电路将乘法器输出的差动电流转换成电压VO，此电压正比于负载上的平均有功功率PO，再配接由ICL7107为核心组成A/D转换及显示电路，LED数码管显示的数字即为负载有功功率。

　　2.2 电路设计

　　总体电路如图2所示。整个电路制作在一块5