Autocostruzione        

 

Come misurare la potenza di un Ampli con l'oscilloscopio

di Davide

 

 

Links :

Ottima introduzione all'uso dell'oscilloscopio , click sulla foto :

 

 

Introduzione:

 

Tutto e iniziato con la mia voglia  di scoprire e capire nuove cose , mi avevano detto che con l'oscilloscopio si riusciva a  misurare la potenza in uscita di un amplificatore  e non solo , controllare se l'amplificazione e buona e se i due canali rispondono in maniera simmetrica.

Visto che ultimamente i prezzi sono molto abbordabili , sopratutto per oscilloscopi usati , magari trovati su ebay , mi sono deciso.

Detto fatto , acquisto il mio oscilloscopio nuovo , un generatore di frequenza ( vi spiegherò dopo cosa serve esattamente)  e mi reco da mio riparatore di fiducia Roberto  ( persona con tanta pazienza e che ringrazio tanto http://www.mausound.it/  )

Come sempre io più che a spiegarvi a voi ,  scrivo questa pagina come mio promemoria personale e mi scuso per le inesattezze , anzi se volete correggermi o  ampliare questo  articolo siete i benvenuti.

Coma prima cosa vi faccio vedere uno schizzo che ho fatto:

 

 

Il concetto e questo ,creiamo un segnale fisso a 500 Hz  ( non e importante questo dato , va bene anche a 1000Hz o   un altra frequenza )  , lo amplifichiamo  , mettiamo un carico di resistenze per simulare i diffusori e andiamo a misurare con il nostro oscilloscopio l'onda prodotta.

Andiamo per ordine.

 

La sorgente, il generatore di frequenza:

 

 

Io ne ho uno veramente orrendo , ma funziona , questo produce un onda di frequenza  sinusoidale oppure quadra , da pochi Hz fino a frequenze altissime non udibili al nostro orecchio.

Con questo strumento si può  anche testare  fino a dove arrivano le nostre orecchie , normalmente a 40 anni si arriva a 16.000 Hz , i miei figli di 7 e 11 anni riescono a percepire frequenze fino a 20.000 Hz , mia madre 70 anni ariva 1 12.000 Hz circa..

Il mio istruttore mi ha detto che la frequenza di riferimento non e importante , lui fa le prove a 500 Hz  circa.

Penso che si possa usare anche un cd con inciso sopra una frequenza fissa , ma di questo non ne sono sicuro.

 

Il carico d'uscita dell'amplificatore.( la simulazione delle casse)

Per poter misurare correttamente la potenza di uscita  dell'amplificatore , dobbiamo simulare il carico di un diffusore ad 8 ohm oppure a 4 ohm , per fare ciò  dobbiamo usare delle resistenze.

Il problema e che in base alla potenza dell'amplificatore possiamo avere bisogno di resistenze molto potenti  non sempre facili da reperire.

 

Se abbiamo un piccolo amplificatore da  5 watt di potenza , sarà sufficiente  una resistenza da 8 ohm e 10 watt di potenza , di semplice reperibilità , ma se dobbiamo misurare qualcosa  da 100 , 150 watt dobbiamo mettere una serie di resistenze.

 

 

a sinistra possiamo vedere lo schema che ho fatto , o mettiamo una sola resistenza da 8 ohm per esempio da 100 watt , oppure  possiamo mettere 5 resistenze in parallelo da  40 ohm  20 watt , per ottenere lo stesso effetto di quella sopra.

Oppure anche 10 resistenze da 80 ohm e 10 watt cadauna.

Nella figura di destra vedete una grossa resistenza singola da 50 watt , disponibile sul catalogo RS Components.

 

I puntali dell'oscilloscopio:

 

 

Il puntale dell'oscilloscopio deve essere collegato all'uscita dell'amplificatore , in parallelo con il carico , vedi FIG 1 in alto , il puntale ha un  beccuccio che va collegato al positivo dell'uscita e una massa che va collegata al negativo dell'uscita.  Spero che dal disegno sopra si possa capire qualcosa , ma vi assicuro che e piu' semplice di quello che sembra.

IL puntale ha una selettore con scritto X1  oppure  X10 e una forma di riduzione  , vhe serve per poter misurare potenze elevate. Andremo a vedere dopo cosa servirà questa misura.

 

L'oscilloscopio:

 

Quando si e fatto tutto quello descritto sopra , possiamo concentrarci sull'oscilloscopio.

 

Per le varie regolazioni io vi metto una foto , non sapendo bene come spiegare tutte queste cose , ma vi assicuro che con alcuni tentativi si riesce a  selezionare tutto.

 

 

Questa e la parte bassa dell'oscilloscopio , ed e riferita ad un canale , gli oscilloscopi normalmente sono a doppia traccia , quindi possiamo  tranquillamente provare i due canali.

Ruotiamo i selettori , alziamo il volume dell'ampli fino ad ottenere una bella onda .

A questo punto dobbiamo controllare fino a che punto l'ampli lavora senza distorsione , per fare questo dobbiamo vedere l'onda.

Per capire se  l'ampli lavora senza distorcere , alziamo il volume fino a che l'onda e lineare senza distorsioni, ecco un esempio di onda non distorta e distorta.

 

Onda lineare

Onda distorta

 

Penso che sia chiaro a tutti cosa intendo per onda lineare.

In queste foto vedete due linee , questo e perche' ho messo entrambi i canali.

Ora andiamo a fare la nostra misurazione , forse riuscite a capire meglio con un esempio pratico , ho voluto misurare la potenza di questo ampli  che vedete a destra:

Ho impostato il range  dell'oscilloscopio sui 0,5 volt  che vuole dire che ogni quadretto sul display rappresenta 0,5 volt

 

    

Prendo come riferimento solamente la semionda superiore e misuro prima di distorcere 2,2 quadretti

 

vado ad eseguire questa formula:

 

2,2 quadretti x 0,5 volt x 10 puntale =  11

questo numero 11  diviso 1,4142 = 7,778

7,778 x 7,778 = diviso 8 ohm = 7,5 watt RMS

 

questo e il calcolo da fare , naturalmente se vogliamo provare la potenza a 4 ohm dobbiamo  mettere un carico  di resistenze da 4 ohm e dividere per 4.

 

Come ho scritto all'inizio io di elettronica non so nulla e riporto quello che mi hanno detto , se avete correzioni , consigli o altro mandatemi tutto che sarò  felice di pubblicarlo.

Davide Sbisa'  info@audiocostruzioni.com

 

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Dal forum del sito:

 

Giaime

 

 


Ad una prima lettura mi sembra tutto corretto.

Sarebbe però forse da sottolineare che, prima di intraprendere questo genere di operazioni, è bene imparare ad usare un oscilloscopio: per esempio non hai citato la regolazione della base dei tempi, per vedere bene l'onda come l'hai fotografata non solo devi impostare un tempo non troppo grande nè troppo piccolo, ma soprattutto devi regolare il trigger orizzontale per "tenerla ferma" sullo schermo, è dura capire se c'è clipping su un onda che va a spasso velocissima sullo schermo.

La misura di potenza comunque secondo le vecchie norme DIN va effettuata a 1kHz: quindi si può al limite registrare un CD con una traccia test da 1kHz da mettere in loop.

Siccome è abbastanza poco critico il problema del balance tra i canali, varrebbe più la pena attaccare il secondo ingresso dell'oscilloscopio direttamente agli ingressi dell'ampli (o alle boccole del generatore di segnale) per confrontare in tempo reale il segnale in ingresso con quello in uscita, per rendersi conto BENE di QUANDO avviene il clipping. Occhio che per fare questo c'è bisogno di saper abilitare la modalità 2 canali dell'oscilloscopio, cosa non banale, e regolare la sensibilità del secondo canale (e il segnale d'uscita del generatore di segnale) per ottenere due onde della stessa ampiezza visiva.

Se si dispone anche di generatore di segnale, come il tuo nelle foto, si possono fare misure ulteriori: per esempio la risposta in frequenza, misura da farsi sia a 1W che alla piena potenza.

E' semplice, per l'estremo inferiore si fa scendere la frequenza finchè la tensione dell'onda diventa 0.7 volte la tensione a 1kHz. Così si ottiene il punto di -3dB inferiore. Ad esempio nel tuo caso, hai 11V di picco (corrispondenti a 7.8VRMS circa): quando scendi con la frequenza e vedi che la tensione è diventata circa 7.7V picco, ossia 5.4Vrms, quella frequenza corrispondente è circa il punto di -3dB. Il discorso è identico per l'estremo acuto dello spettro.

E' interessante notare che in molti ampli col trasfo d'uscita (molti valvolari quindi), verso l'estremo inferiore, prima che la tensione sia diventata 0.7V quella di "riferimento" di 1kHz, l'onda inizia a distorcere, tipo quella che hai fotografato tu. E' un segnale della saturazione dei trasformatori d'uscita, tipico dei single ended (e uno dei motivi per cui non faccio single ended). In tal caso l'estremo di frequenza inferiore andrebbe preso con l'onda ancora pulita, appena prima che inizi a distorcere.
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saluti termoionici
Giaime Ugliano
 

 

 

Davide

 

Intanto grazie della risposta , sei sempre molto gentile e non ti risparmi in consigli ...
Ora pero' hai scoperchiato la pentola e io ti chiedo altro , ma prima una premessa :
Sono contento di non aver scritto asinate , per il discorso Trigger , speravo che uno ci arrivasse da solo , ma quando sistemo l'articolo , anche con i tuoi consigli , lo provo a spiegare.

Mi fa anche piacere il sapere che si puo' usare una traccia cd a 1000 Hz , avete idea di dove trovarla su internet ??? puo' essere molto comoda per altre persone....

Bene ora le domande :

1: Hai parlato di usare le due tracce una in entrata e una in uscita , per capire bene quando avviene il clipping .. prova a spiegarmi bene come si fa a vedere con questo sistema.

2: Mi devi spiegare meglio il discorso risposta in frequeza ... con parole piu' comprensibili ...

Scusami ma sono un vero e proprio IGNORANTE DI QUESTA MATERIA ANCHE SE MI PIACE TANTO Embarassed Embarassed Embarassed Embarassed Embarassed e sono sicuro che quando capisco le cose io le capiscono tutti
grazie di tto ciaooo davide
 

Giaime

 

 


Figurati Davide. Vedrò di essere un pochino più chiaro.

Per il cd test, penso che questa pagina sia abbastanza esauriente:
http://www.psy.unipd.it/~grassi/cdtest.html

La storia delle due traccie. Beh, dunque. Imposti l'oscilloscopio nello stesso modo nel quale l'hai messo per far vedere le due traccie, come si vedono nelle foto. Però uno dei due puntali dell'oscilloscopio lo metti all'ingresso dell'amplificatore. Questo può essere difficile senza smontare l'amplificatore, a meno che tu non stia prelevando il segnale dal generatore di segnale (in tal caso basta attaccarsi alle boccole di quest'ultimo). Basta che metti il puntale sul pin centrale dell'RCA d'ingresso, e la massa sulla massa dell'RCA.

A questo punto regoli la sensibilità degli ingressi dei canali dell'oscilloscopio in modo da vedere bene le due traccie: usi quella dell'ingresso come "riferimento" di segnale puro. Ti serve per un confronto diretto, appena vedi che i picchi dell'onda non sono più come quelli del segnale d'ingresso, ma un po' schiacciati, sei già in saturazione dell'amplificatore.

Il discorso della risposta in frequenza, non è molto difficile: basta che ripeti lo stesso test della potenza d'uscita, solo che non fai suonare 1kHz, ma regolando il generatore di segnale lo porti giù, verso frequenze più basse, fintantochè la tensione che leggi (è giusto come la leggi tu, attraverso la conta dei quadratini) è diminuita di un fattore 0.7. A quella precisa frequenza per la quale l'uscita dell'ampli è andata SOTTO il valore della tensione a 1kHz moltiplicata 0.7, corrisponde il punto di -3dB in basso.

Sai quando scrivono "Frequency Response: 20Hz - 20kHz under full output" ebbene questi due valori sono i punti di -3dB, il primo in basso, il secondo in alto. Cosa vuol dire? Che se a 1kHz l'ampli ti dava 10V, tu scendi con la frequenza (con la manopola del generatore di segnale) finchè non hai 10 * 0.7 = 7V. Quella è la prima frequenza. Poi sali sali sali con la frequenza finchè non ripassi da 1kHz e vai ancora su, su su su finchè la tensione non è calata di nuovo al valore che avevi a 1kHz moltiplicato 0.7, ossia 7V nel nostro esempio. A quella frequenza corrisponde il punto di -3dB superiore.

Occhio che il fattore 0.7 vale per i VOLT dell'uscita, non per i WATT, per i quali il numerino è diverso (è circa 0.5). Vale ovviamente indifferentemente per il valore di picco (quello che leggi sul picco dell'onda sullo schermo dell'oscilloscopio) e anche quello RMS (ossia il picco diviso per radice di 2).

Nota che avrai dei punti di -3dB DIVERSI a seconda della potenza che fai erogare all'amplificatore: puoi fare la lettura della risposta in frequenza a qualsiasi livello d'uscita (ossia manopola del volume). Di solito si fa una misura a 1W (ossia si imposta l'ampli in modo che eroghi 1W a 1kHz) e anche alla piena potenza (ossia subito prima che distorca, sempre a 1kHz).

Spero di essere stato chiaro, in ogni caso sono qui per ulteriori chiarimenti.

saluti termoionici
Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org/

 

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Il commento di Enzo:

 

Salve,

Qualche cosa per spiegare la differenza tra resisenza puramente omica ed una omica + induttiva(o capacitiva) penso che sarebbe troppo lungo e tecnico e tedioso (e forse io non sono capace di farlo in modo brevissimo,sono più bravi gli insegnanti di professione).

 

Io mi limiterei  di  ricordare che per la misura in oggetto occorre fare uso di resitenze ANTIINDUTTIVE , altrimente si corre

 il rischio di  rilevare valori  non reali. 

Pupoi sempre far ricorso a siti internet tipo WiKipedia, ecc.    ecc   -vedi x esempio l'allegato-

 

L'impedenza (Z) , si misura in ohm, come la resistenza pura, ma a differenza  di quest'ultima il suo valore effettivo nel circuito varia  con il variare della frequenza della corrente che lo attraversa (aumenta la z con l'aumento della frequenza);   ne consegue che la d.d.p. rilevabile ai capi di un resistore non antiinduttivo sarà più elevata a 1000 Hz rispetto ad una misura eseguita a 100Hz, con conseguente calcolo della potenza più elevato del reale.(vedi legge di ohm)

 

Questo è il motivo per cui gli altoparlanti tendono a mandare in tilt gli ampli alle basse frequenze ,  come tu sai  la impedenza di alcununi scende sotto i 2 ohm intorno ai 30 Hz ,quasi un corto-circuito per i finali;  

 se non ricordo male le mitiche AR6 ,  impedenza nominale a 1000 Hz: 8  hom ,con segnali bassi  intorno ai 30 Hz scendevano a 1,6 hom per cui per pilotarle dovetti cercare un ampli che le sopportasse.

 

Cordialmente saluto : Enzo Roberto F. (Franchin) da TO  HOBBY_1@ALICE.IT

 

Come da consiglio di Enzo ecco l'articolo di  WiKipedia:

http://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale

 

L'impedenza è la grandezza fisica che rappresenta il rapporto tra un fasore della tensione e un fasore della corrente. Se i fasori sono definiti su bipoli diversi (o su porte diverse di un n-porta) viene solitamente chiamata transimpedenza. Comunemente è indicata con Z ed, essendo il rapporto di due fasori, è un numero complesso. Il termine fu coniato da Oliver Heaviside nel luglio del 1886.

In termini classici si può dire che l'impedenza esprime la "resistenza" che un bipolo oppone al passaggio di una corrente elettrica alternata e si misura in ohm. Il concetto di impedenza generalizza la Legge di Ohm estendendola ai circuiti funzionanti in regime sinusolidale (comunemente detto corrente alternata).

In regime di corrente continua rappresenta la resistenza elettrica. Essa tiene conto dei fenomeni di consumo di energia elettrica e dei fenomeni di accumulo di energia elettromagnetica. L'impedenza è descritta matematicamente da un numero complesso, la cui parte reale rappresenta il fenomeno dissipativo e corrisponde alla resistenza, R, nella schematizzazione con elementi in serie; la parte immaginaria, detta reattanza, X, è associata ai fenomeni energetici di accumulo. Per un bipolo passivo la resistenza è un numero sempre positivo, la reattanza può essere positiva o negativa: nel primo caso prevale l'accumulo di energia magnetica (impedenza induttiva), nel secondo quello di energia elettrostatica (impedenza capacitiva). Esistono circuiti, ovviamente non passivi, in grado di cambiare segno sia alla parte reale che alla parte immaginaria di una qualsiasi impedenza passiva. Questi componenti (che possono essere schematizzati come doppio bipolo) sono comunemente detti NIC da negative impedance converter.

Riassumendo si ha, indicando con V ed I i numeri complessi che rappresentano i fasori di tensione e corrente:

\frac {\mathbf{V}} {\mathbf{I}}= \mathbf Z = R + j X

X>0 \rightarrow impedenza INDUTTIVA

X<0\rightarrow impedenza CAPACITIVA

|\mathbf Z| = \sqrt{R^2+X^2} è il modulo dell'impedenza e corrisponde al rapporto dei valori efficaci di tensione e corrente;

\theta =\arctan \left(\frac{X}{R}\right) il suo argomento ed è l'angolo formato dai vettori rappresentativi della tensione e della corrente.

In notazione polare, o esponenziale, l'impedenza si rappresenta come

\mathbf {Z} = |\mathbf Z| e^{i\theta} \,


L'inverso dell'impedenza è detta ammettenza:

\mathbf{Y} = \frac{1}{\mathbf Z}

 

Impedenza in serie e parallelo [modifica]

Se poniamo N impedenze in serie abbiamo:

\mathbf{Z}_s = \sum_{i=1}^{N} \mathbf{Z}_i

In parallelo:

\frac{1}{\mathbf{Z}_p} = \sum_{i=1}^{N} \frac{1}{\mathbf{Z}_i}

 

Impedenza caratteristica del vuoto [modifica]

L'impedenza caratteristica del vuoto, Z_\circ è una costante universale definita come:

 Z_\circ=\sqrt{{\mu_\circ \over \varepsilon_\circ}}

dove

Nelle unità del Sistema Internazionale si ha:

 Z_\circ= 376.730313461\, \Omega

La propagazione di un'onda elettromagnetica nel vuoto avviene con impedenza pari a questa costante.

 

 

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