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Misura economica dell'impedenza d'ingresso di un amplificatore audio

L'impedenza di ingresso di un amplificatore audio è un parametro difficile da reperire, e ben pochi costruttori lo forniscono. In questo articolo è presentato un metodo rapido per stimare con una buona approssimazione tale valore, facendo uso di semplici strumenti economici che si trovano in casa di qualsiasi hobbista di elettronica.

Schema di misura dell'impedenza di ingresso di un amplificatore audio Figura 1: Schema di collegamento per misurare l'impedenza di ingresso di un amplificatore audio.

1 - Materiale occorrente

Di seguito è elencato il materiale occorrente per compiere la misura. Per ciasun elemento sono riportate alcune considerazioni teoriche e pratiche circa il suo utilizzo.

1.1. - Un multimetro

E' uno strumento che tutti gli appassionati di elettronica possiedono. La funzione che ci interessa è quella di misura delle tensioni alternate. Anche i più economici hanno questa capacità, e normalmente, nonostante siano progettati per funzionare con frequenze di rete di 50 Hz o 60 Hz, possono misurare correttamente anche frequenze leggermente maggiori. Il tester utilizzato per scrivere questa esperienza è l'economicissimo modello DT9208A, comprato a una fiera dell'elettronica del nord Italia per 7 euro nel 2010, che permette di misurare frequenze fino a 200 Hz.

1.2 - Un computer

In mancanza di un generatore di funzioni, utilizzeremo la scheda audio di un comune computer per ottenere una sinusoide di test. La frequenza della sinusoide deve essere abbastanza alta da oltrepassare i condensatori che tipicamente si trovano in uscita alla scheda audio e in ingresso all'amplificatore. Tenendo conto dei limiti del multimetro, un valore di 150 Hz è ragionevole.

Esistono mille modi per generare tale segnale. Una soluzione è usare un file audio wave; è invece sconsigliato l'mp3, poichè è un formato con perdite dovute alla compressione, e dunque il segnale risultante potrebbe non essere una sinusoide perfetta. Un'altra soluzione sono i programmi che trasformano il PC in un piccolo banco di misura da laboratorio. Un buon esempio è Visual Analyzer.

Le tensioni all'uscita di linea di una scheda audio arrivano al massimo a 1V o 1.5V circa. Tali livelli sono gli stessi comunemente accettati dall'ingresso di un amplificatore audio, dunque sono adatti a compiere la misura. L'impedenza di uscita della scheda audio è normalmente compresa tra 1 Ω e 150 Ω, e poichè nel procedimento di misura quì proposto sarà in serie a resistenze dell'ordine dei KΩ è tranquillamente trascurabile. In ogni caso, il metodo descritto in questo articolo è indipendente dall'impedenza della sorgente.

1.3 - Resistenze da 10 KΩ e da 100 KΩ

Utilizzeremo tali resistenze per misurare la corrente che viene assorbita dall'ingresso audio dell'amplificatore. Se infatti la possibilità di misurare tensioni alternate è comune a tutti i multimetri, la possibilità di misurare correnti alternate non è un'opzione sempre offerta. Inoltre, visto che una tensione di linea audio è al massimo 1.5 Volt e l'impedenza di ingresso varie decine di KΩ, le correnti in gioco sono davvero piccole, dell'ordine dei µA.

1.4 - Un amplificatore audio

E' l'oggetto di cui vogliamo conoscere l'impedenza di ingresso. Bisogna ricordare che questo parametro non è costante con la frequenza: soprattutto nel caso di amplificatori a alimentazione singola, all'ingresso sono presenti dei condensatori di disaccoppiamento che in genere fungono da filtro passa alto, bloccando tutte le frequenze al di sotto di 50 Hz. Inoltre i parametri parassiti e le protezioni di stabilità limitano la massima frequenza. Una misura a 150Hz è comunque sufficiente a dare una stima approssimativa dell'impedenza, anche se normalmente tali operazioni sono effettuate a 1 KHz.

2 - Il metodo di misura

  1. Misuriamo la resistenza RS per conoscerne con precisione il valore.
  2. Colleghiamo tutti i componenti come mostrato nello schema.
  3. Accendiamo l'amplificatore, dopo averlo eventualmente collegato a un altoparlante per udire la frequenza e essere sicuri che tutto funzioni.
  4. Accendiamo il computer e, tramite il programma che abbiamo scelto, mettiamo in uscita una sinusoide a 150 Hz, a volume massimo. La tensione VA in uscita dal computer non è necessaria per compiere la misura, ma verifichiamo comunque che sia compresa 1V e 1.5 V.
  5. Misuriamo la tensione VAB ai capi della resistenza RS.
  6. Misuriamo la tensione VB all'ingresso dell'amplificatore.
  7. Calcoliamo l'impedenza di ingresso dell'amplificatore come: Latex: Z_{in} = \dfrac{V_B}{I_B} = V_B \cdot \dfrac{R_S}{V_{AB}}
  8. Ripetiamo con un'altra resistenza, in modo da avere un confronto.

3 - Un esempio di misura

A titilo esemplificativo, con questo metodo è stata misurata l'impedenza di ingresso del Fenice 20, un amplificatore in classe T con potenza 15W + 15W basato sull'integrato Tripath TA2024C. Di seguito sono riportati i risultati per due valori di RS:

Frequenza VA RS VAB VB IA calcolata RIN calcolata
150 Hz1,48 V10,00 KΩ0,5 V0,94 V50 uA18,8 KΩ
150 Hz1,48 V101,2 KΩ1,25 V0,19 V12,35 uA 15,35 KΩ

Come si può notare, l'impedenza ottenuta è soggetta a fluttuazioni, ma possiamo comunque stimarla intorno ai 15 - 20 KΩ (ben diversa, ad esempio, dagli ingressi a alta impedenza bastati sui FET di alcuni operazionali, dell'ordine dei MegaOhm).

Bibliografia e ulteriori letture

  1. Visual Analyzer

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