Nel mondo dell’elettronica, avere nel proprio laboratorio dei carichi resistivi affidabili e ben dimensionati è fondamentale per testare degli alimentatori, amplificatori o altri circuiti di potenza e tanti progetti in corrente continua e in bassa frequenza. In questo articolo desideriamo descrivervi la realizzazione di alcuni carichi resistivi da noi autocostruiti e progettati per resistere fino a 100W continui (e fino a 150W o potenze superiori per brevi periodi con un raffreddamento attivo). Abbiamo utilizzato per la realizzazione dei componenti semplici come dei resistori di potenza, boccole da pannello e alette dissipanti in alluminio.
Si tratta di un progetto pratico, economico e versatile, perfetto per gli hobbisti dell’elettronica, per i radioamatori sperimentatori o per i tecnici elettronici.
NOTA BENE: Queste realizzazioni sono molto versatili e possono essere da voi adattate, selezionando dei componenti in base alle attrezzature che desiderate collaudare. Sentitevi liberi di modificare i valori dei componenti e la loro disposizione a vostro piacimento!
Con la speranza che questo articolo possa essere per voi uno spunto positivo ed un progetto per allestire il vostro primo laboratorio, vi auguriamo una buona lettura!
AVVERTENZE OPERATIVE
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COMPONENTI E STRUTTURA DEL CARICO
I carichi elettronici da noi realizzati, sono costruiti con vari resistori fissati su delle alette dissipanti (di dimensioni generose ed adeguate), per gestire il calore prodotto durante l’utilizzo di laboratorio. I nostri carichi sono collegati a dei connettori “a boccola” da pannello, che consentono una connessione semplice e sicura, utilizzando dei connettori a boccola maschio.
I vari carichi resistivi del nostro laboratorio, sono stati montati in contenitori separati, favorendo la modularità per ottenere diverse configurazioni ed effettuare varie prove a varie tensioni e con le più disparate correnti.
LISTA DEI MATERIALI E IPOTESI COSTRUTTIVE
Per la realizzazione di questo progetto, abbiamo per voi selezionato materiali di facile reperibilità (ma sicuri elettricamente per questo progetto), creando una dotazione essenziale e utile per collaudare i vostri circuiti sotto test. Qui di seguito vi riportiamo l’occorrente per realizzare alcuni carichi utili in un laboratorio di elettronica.
IPOTESI 1
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IPOTESI 2
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IPOTESI 3
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IPOTESI 4
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NOTA BENE: Le correnti indicate in precedenza sono dei range di lavoro con gli assorbimenti in Ampere (A) che i carichi possono reggere. Per provare sotto carico gli utilizzatori con correnti maggiori, operate con cautela effettuando dei ragionamenti ponderati e ricordandovi di raffreddare correttamente le alette dissipanti.
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CONFIGURAZIONI POSSIBILI
Questo tipo di progetti consentono diverse configurazioni elettriche, adattabili alle esigenze di test, andando a collegare lo strumento da testare sotto carico alle boccole più adatte, interponendo anche i vari carichi tra loro.
1. Utilizzo di un carico singolo:
Ogni modulo può essere utilizzato singolarmente, selezionando un resistore singolo a seconda della necessità. Questa configurazione è utile per test a bassa potenza o per tarature.
2. Configurazione in parallelo: 4 Ω e 4 Ω = 2 Ω
Collegando i due resistori da 4Ω (uno per ciascun modulo) in parallelo, si ottiene una resistenza equivalente da 2 Ω, utile per test più impegnativi su alimentatori sotto carico in grado di fornire correnti elevate.
3. Configurazione in parallelo tra due carichi da 2 Ω = 1 Ω
Configurando ciascun modulo ottenendo 1 Ω, collegandolo all’altro in parallelo, si ottiene una resistenza complessiva di 1 Ω. Questa modalità è ideale per test estremi, ma richiede particolare attenzione alla dissipazione termica e alla sicurezza.
NOTA: Pianificate la realizzazione dei carichi resistivi in base alle vostre necessità di test. Aiutatevi con la legge di Ohm e la letteratura elettronica, al fine di comprendere le migliori configurazioni per allestire il vostro parco carichi elettronici.
ALCUNE CONSIDERAZIONI
I carichi presenti in questa realizzazione sono progettati per sostenere una potenza di 100W a regime continuo, ma possono arrivare a 150W (per periodi molto brevi), a patto che siano ben raffreddati.
È buona norma quindi gestire la temperatura adottando le seguenti precauzioni:
- Utilizzare ventole per garantire un raffreddamento attivo;
- Limitare la durata delle prove a potenza elevata;
- Monitorare spesso la temperatura dei resistori, ad esempio con una termo-camera o una sonda termica (uno strumento di misura termica è ottimo per questi scopi).
NOTA BENE: Un surriscaldamento eccessivo può danneggiare IRRIMEDIABILMENTE i componenti o falsare i risultati delle misurazioni.
MISURAZIONE DEI RESISTORI
Per la verifica e la misurazione dei resistori da impiegare nel carico, abbiamo scelto di utilizzare la misura a 4 fili (detta anche tecnica Kelvin), al fine di misurare il resistore ottenendo una lettura precisa e affidabile della sua resistenza reale, selezionando un valore di resistenza il più vicino possibile a quello nominale del componente.
La misurazione del valore di resistenza di ogni resistore può essere tuttavia effettuata con un multimetro preciso in funzione “Misurazione Ohm”, andando a verificare tramite i due puntali il corretto valore del componente. Per ottenere una lettura di maggiore precisione si consiglia però caldamente la misura a 4 fili, tramite un multimetro da laboratorio.
Questa tecnica è particolarmente indicata per testare i componenti a bassa resistenza, dove l’influenza dei cavi di collegamento e dei contatti può compromettere significativamente la misurazione.
Con il metodo a 4 fili, due conduttori forniscono la corrente al resistore, mentre gli altri due misurano la caduta di tensione direttamente ai capi del componente, eliminando così gli errori dovuti alla resistenza parassita presente nei conduttori del sistema di misura.
In questo modo ci siamo assicurati una misurazione più accurata, essenziale in ambiti dove anche pochi milliohm possono fare la differenza.
Come da aspettative, misurando ogni resistore tramite un multimetro HP 3478A, adoperando la tecnica precedentemente nominata, abbiamo constatato il corretto funzionamento dei resistori e il loro valore con precisione. Nelle seguenti immagini, potrete vedere il valore dei resistori testati e le connessioni effettuate per la misura a 4 fili. Nella prima immagine, vi illustriamo inoltre il sistema di misurazione allestito sul nostro banco.
Qualora desideraste approfondire le misurazioni a 4 fili ed il loro preciso funzionamento, vi consigliamo di consultare questa guida, disponibile cliccando questo link.
Vi riportiamo, qui di seguito, una serie di tabelle contenenti le misurazioni effettuate. I risultati rilevati dalle misurazioni effettuate con multimetro HP e sistema di pinze Kelvin, dimostrano la qualità dei componenti utilizzati e l’affidabilità della misura stessa.
MISURAZIONI SUI RESISTORI DA 4 e 8 Ω
MISURAZIONI SUI RESISTORI DA 2,2 e 4,4 Ω
MISURAZIONI SUI RESISTORI DA 0,3 e 0,6 Ω
MISURAZIONI SUI RESISTORI DA 0,1 e 1Ω
NOTA BENE: Le misure effettuate (nonostante il multimetro HP utilizzato, sia uno strumento di precisione), potrebbero presentare delle minime variazioni sui valori rilevati, in quanto lo strumento seppur preciso non è stato calibrato di recente.
LA REALIZZAZIONE E LO SCHEMA
Realizzare questi carichi resistivi risulta semplice, una volta pianificata la disposizione dei componenti e selezionati i materiali necessari.
Di seguito abbiamo per voi inserito alcune immagini che illustrano i vari passaggi dell’autocostruzione e i risultati finali. Per ogni carico, i resistori sono stati fissati e collegati utilizzando tecniche simili. Nel nostro caso, abbiamo selezionato dei valori compatibili ai nostri scopi di test (effettuati prevalentemente su alcuni motori e alimentatori). Abbiamo quindi disposto i componenti a nostro piacimento su vari dissipatori che avevamo disponibili in laboratorio.
Qui di seguito, potrete osservare gli schemi elettrici delle configurazioni da noi adottate. Si tratta di disposizioni essenziali ed estremamente semplici.
Qui di seguito vi riportiamo alcune immagini che illustrano la realizzazione pratica, le disposizioni e i risultati finali.
NOTA BENE: Per riconoscere nell’immediatezza il valore di carico da utilizzare (prevenendo collegamenti errati e spiacevoli incidenti), vi consigliamo di contrassegnare con delle etichette o con delle scritte, i valori dei resistori in corrispondenza dei punti di collegamento.
MISURAZIONI E PROVE TERMICHE
Al fine di verificare l’efficacia dei carichi e la corretta misurazione elettrica, abbiamo condotto delle prove (elettriche e termiche) su ognuno dei carichi realizzati. In questo paragrafo, vi illustriamo i risultati ottenuti, tramite delle tabelle, che indicano la corrente e la potenza assorbita a determinate tensioni di lavoro. Vi alleghiamo inoltre dei grafici termici per ogni carico, che visualizzano la curva d’innalzamento della temperatura in un determinato intervallo di tempo.
Per le varie misurazioni, abbiamo utilizzato diversa strumentazione, al fine di rilevare i dati nella maniera più corretta e veritiera possibile. I carichi sono stati testati tramite degli alimentatori da laboratorio, mentre la temperatura è stata rilevata utilizzando una pistola termica ad infrarossi. Qui di seguito, vi riportiamo i dati ottenuti rispettivamente per ogni carico.
NOTA BENE: Tutta la serie di misurazioni è stata effettuata in un ambiente ventilato con una temperatura di circa 25° C.
CARICO DA 8Ω
CARICO DA 4,4Ω
CARICO DA 0,6Ω
CARICO DA 1 Ω
CONCLUSIONI
Ci auguriamo che questa realizzazione possa avervi incuriosito e fornito degli spunti per arricchire il vostro laboratorio oppure condurre ulteriori test. Per qualsiasi curiosità o quesito, potrete contattarci tramite l’apposita sezione “commenti” che potrete trovare al termine di questo articolo. Vi auguriamo delle buone auto costruzioni.
Un saluto dal Team di IV3 RadioLab
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