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Costruzione Carico Fittizio 4,8,16 Ω per amplificatori audio di potenza

Indice Argomento Corrente

1) Introduzione

2) Schema elettrico del carico fittizio per amplificatori audio

3) Realizzazione del carico fittizio per amplificatori audio

4) Costruzione del mobile per il carico fittizio e cablaggi vari

5) Note finali sull'autocostruzione del carico fittizio da 4, 8, 16 ohm

6) Collaudo del carico fittizio da 4, 8, 16 ohm

7) Versione stereo

8) Conclusioni

Introduzione

L'esigenza di avere un carico fittizio per amplificatori audio (4,8,16 Ω) nasce dalla necessità di eseguire delle misure per verificare i parametri tipici di un amplificatore di questo tipo, come la potenza, la distorsione, la diafonia, il fattore di smorzamento.
Un carico fittizio per amplificatori audio deve avere le seguenti caratteristiche:

• Il carico deve avere le varie impedenze di riferimento che si utilizzano nelle misure di questo tipo ovvero 4,8,16Ω che corrispondono alle impedenze tipiche dei diffusori acustici.

• Per eseguire delle misure su amplificatori stereo occorrono ovviamente due carichi fittizi di questo tipo esattamente uguali (almeno dal punto di vista dell'impedenza di prova).

• La potenza gestita dal carico fittizio deve essere tale da poter eseguire misure sulla maggior parte degli amplificatori audio, quindi da una decina di Watt a qualche centinaio.

• I valori di induttanza e capacità parassite devono essere i più bassi possibile.
  Questo, in genere, per le frequenze in gioco, non rappresenta un problema.
  Certo, sarebbe meglio utilizzare resistenze antiinduttive.

• Buona stabilità del carico al variare della temperatura.

E buona norma che:

• Il mobile del carico fittizio sia adatto a dissipare il calore e che sia di materiale isolante.

• La ventola di raffreddamento se presente sia alimentata da un alimentatore esterno in modo da non introdurre campi elettrici o magnetici nel sistema di misura.
  In alcuni carichi fittizi si utilizza la stessa tensione che viene mandata sul carico per azionare la ventola con un circuito raddrizzatore-stabilizzatore di tensione, questo implica una non linearità del carico (maggior assorbimento sui valori di cresta della tensione) che unitamente al rumore di commutazione della ventola altera lievemente le misure e complica il circuito.

• Nel casi di impiego con alte potenze non è da sottovalutare l'impiego di un termometro digitale per tenere sotto controllo la temperatura dell'aletta di raffreddamento.
  Questo necessariamente implica la necessità di alimentare il carico fittizio per fornire alimentazione al termometro digitale e alla ventola di raffreddamento.

• Il carico fittizio deve avere un connettore BNC adatto al collegamento ad un oscilloscopio in modo da monitorare la forma d'onda ai capi del carico e fare misure di distorsione e potenza.

Schema elettrico del carico fittizio per amplificatori audio

Nell'immagine in basso lo schema elettrico del carico fittizio.
Si tratta di uno schema molto semplice in cui i vari valori di impedenza sono ottenuti con dei gruppi di resistenze corazzate di potenza.

In parallelo al primo ramo, quello da 4Ω che viene utilizzato per tutte le misure è stato posto un piccolo altoparlante escludibile con l'interruttore S1. Serve per avere un'idea diretta del segnale che arriva al carico. Questo piccolo altoparlante è collegato tramite un trasformatore di piccola potenza con il primario posto in serie ad un condensatore atto a eliminare la componente continua che in ogni caso non servirebbe. Il trasformatore ha un rapporto di trasformazione di 10:1. Tutte le resistenze vanno montate su una aletta di raffreddamento adeguata, se l'uso è continuo, come nel caso di collaudi che durano diverso tempo la temperatura dell'aletta di raffreddamento potrebbe aumentare troppo, quindi occorre anche un sistema di ventilazione adeguato con tanto di ventola. Questo necessita di una alimentazione separata.

Realizzazione del carico fittizio per amplificatori audio

Prima di tutto occorre procurarsi una aletta di raffreddamento adeguata, sia dal punto di vista meccanico, per poter ospitare tutte le resistenze corazzate che servono, sia dal punto di vista della dissipazione, con la possibilità di canalizzare un flusso di aria adeguato con una ventola.
Nel nostro caso si tratta di un dissipatore recuperato ad una fiera dell'elettronica.
Era veramente sporco e lo abbiamo dovuto pulire con scrupolo.

Poi abbiamo acquistato su un catalogo online le resistenze corazzate da 50W.
Le abbiamo controllate una ad una per evitare sorprese una volta montate.
Abbiamo a questo punto preso le misure e praticato i fori di fissaggio delle resistenze con un trapano a colonna non trascurando di svasare tutti i fori e togliere tutte le bave dai fori per favorire l'accoppiamento meccanico fra il corpo delle resistenze e il corpo dell'aletta di raffreddamento.

Il montaggio delle resistenze sull'aletta è stato fatto con l'interposizione fra le resistenze e l'aletta di uno strato di pasta termoconduttiva per migliorare il passaggio del calore.
La superficie di fissaggio dell'eletta ha una buona finitura e lo stesso si può dire per le resistenze, quindi il montaggio è avvenuto nel migliore dei modi.
Il fissaggio delle resistenze sull'aletta è stato fatto con dei bulloni con dado, una rondella piana e una rondella grower lato dado.
La rimozione delle bave lato dado è stata fatta con una piccola fresa collegata ad un trapano a colonna.
L'accoppiamento meccanico e termico ha richiesto molta cura ma a questo punto si può dire perfetto.
L'aletta è caratterizzata da un peso notevole (nonostante si tratti di alluminio) indice di una grande massa e di una grande inerzia termica.
Questo implica che alcune prove di breve durata si possano fare senza uso di ventilazione forzata anche per potenze notevoli.
Ora si tratta di costruire un mobile adeguato e di fare tutti i collegamenti fra le resistenze.

Costruzione del mobile per il carico fittizio e cablaggi vari

Il mobile deve integrare la ventilazione forzata, il piccolo altoparlante, l'interruttore, il trasformatore e il condensatore in serie al primario dello stesso, le boccole per il collegamento esterno.
Poi occorre montare una presa bnc per collegare la strumentazione.
In più il sistema di alimentazione della ventola (12V) che verrà alimentata da un alimentatore esterno e solo quando la potenza in gioco lo giustifica.
Per motivi legati soprattutto alla facilità di lavorazione realizzeremo il contenitore in legno e i pannelli frontali e laterali in plexiglass.
La ventola di raffreddamento verrà fissata sulla parte anteriore del mobile e genererà un flusso d'aria laminare che lambirà per tutta la lunghezza l'aletta di raffreddamento.
L'aria calda verrà espulsa dalla parte posteriore.

Nelle foto sopra l'avanzamento della costruzione del mobile per il carico fittizio.
Si noti la costruzione massiccia per dare degno alloggiamento alla pesante aletta di raffreddamento.
Il quadrotto di legno di pino utilizzato per la struttura portante è stato incollato e unito con viti autofilettanti dopo aver fatto i fori per introdurre le viti con un trapano per evitare tensioni eccessive nel legno che potrebbero generare delle crepe.
Le viti hanno anche la funzione di fissare i pannelli di plexiglass.

Nelle foto sopra la messa in opera del pannello superiore in plexiglass su cui sono fissate le boccole per collegare gli amplificatori (la nera è quella comune, le tre rosse nell'ordine i valori di 4,8,16 Ω).
Sempre sopra la presa BNC per eseguire le misure e l'interruttore dell'altoparlante (inclusione, esclusione).
Il risultato estetico finale dovrebbe essere buono, grazie al plexiglass che permette di vedere all'interno.
Anche l'estetica ha la sua importanza.

Montaggio delle pareti del mobile in plexiglass.
Si nota il foro circolare in corrispondenza con la ventola fatto con una fresa da 50 mm.

Vari punti di vista ad assemblaggio ultimato.
L'assemblaggio dei pannelli esterni di plexiglass è stato fatto con viti autofilettanti direttamente sul legno che funge da scheletro interno.

Vista anteriore e posteriore del carico fittizio da 4, 8, 16Ω per amplificatori audio completamente assemblato e funzionante.

Particolare dell'altoparlante e del jack di alimentazione della ventola.
L'altoparlante è escludibile con l'interruttore posto vicino alla presa BNC e serve come spia per avere un'idea diretta del segnale che giunge al carico fittizio.

Particolare del gruppo altoparlante-trasformatore.
Si vede anche il condensatore di disaccoppiamento.

Particolare della presa BNC collegata in parallelo al carico che si utilizzerà per eseguire delle misure e dei collegamenti esterni per l'amplificatore da sottoporre a test.

Note finali sull'autocostruzione del carico fittizio da 4, 8, 16 ohm

Per fare questo carico fittizio abbiamo usato per la maggior parte materiale che già avevamo, come il legno e il plexiglass.
Questo ha condizionato molto l'estetica del prodotto finale.
Anche per quello che riguarda le viti, sono di tanti tipi diversi, derivate dallo smontaggio di altre cose.

Collaudo del carico fittizio da 4, 8, 16 ohm

Abbiamo collegato al carico fittizio nella sezione da 8Ω un alimentatore da 32Volt verificando il passaggio di 4 ampere (32x4=128 Watt).
Lasciando il tutto collegato per 5 minuti l'aletta di raffreddamento diventa tiepida.
Abbiamo infine alimentato la ventola di raffreddamento, constatando che quella utilizzata aveva un movimento poco fluido, non saliva di giri ed emetteva un rumore poco rassicurante l'abbiamo smontata e riparata.
Alla fine dell'operazione abbiamo ripetuto il test con esito positivo.

Versione stereo

Per realizzare questo carico fittizio in versione stereo occorre ovviamente realizzarne due identici.
Si può adottare la soluzione di racchiudere i due carichi fittizi in un unico mobile per motivi di praticità.

Conclusioni

Il lavoro è venuto abbastanza bene, l'oggetto ha una certa bellezza e funziona egregiamente.
Certo, una volta finito vengono in mente decine di possibili migliorie, sarà per la prossima volta.