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Carichi fittizi: realizzazione e utilizzo

Cosa si intende per carico fittizio

Un carico fittizio è in genere costituito da un utilizzatore di prova atto a prendere il posto dell'utilizzatore reale di cui ha le caratteristiche ideali.
Facendo un esempio pratico, per provare un amplificatore finale di potenza in genere si collega alla sua uscita un carico fittizio costituito da una resistenza che ha lo stesso valore ohmnico della cassa acustica che verrà collegata.
Altri impieghi di un carico fittizio possono essere nello sviluppo top-down di elettroniche e nello specifico la ricerca sperimentale del miglior punto di lavoro possibile.

Tipologia dei carichi fittizi

I carichi fittizi possono essere resistivi, ovvero costituiti da una o più resistenze collegate per ottenere un adatto valore di resistenza o costituiti da componenti attivi che simulano il funzionamento di una resistenza.
Possono essere fissi o variabili (per quello che riguarda la resistenza) e hanno una potenza massima che non va superata pena la distruzione del carico stesso.
Alcuni dispositivi di questo tipo impiegati sopratutto in apparati a radiofrequenza sono costituiti da resistenze a bagno d'olio, per meglio dissipare il calore.
Di seguito analizzeremo vari tipologie di carico fittizio, sia fissi che variabili.

Carico Fittizio da 0 a 1.111.100 Ohm a resistenze e commutatori

A sinistra un carico fittizio detto "a sostituzione" in quanto viene usato in sostituzione della resistenza di carico nei preamplificatori. Uno dei più semplici carichi fittizi variabili, composto da resistenze e una serie di commutatori.
E' utilizzato per ricercare sperimentalmente il miglior punto di lavoro di una valvole preamplificatrice in una progettazione di tipo top-down.
E' possibile selezionare una resistenza compresa fra 0 e 1.111.100 Ohm a incrementi di 10 Ohm.
La precisione è funzione del tipo di resistenze che si utilizzano. Uno strumento di questo tipo realizzato con resistenze con precisione 1% è già di ottima qualità, tuttavia ha un costo proporzionato.
Il limite di questo tipo di carico fittizio è la potenza massima dissipabile che è funzione della potenza dissipabile dalle singole resistenze.
Questo impone un limite di tensione diverso per i vari valori di resistenza che si vogliono ottenere.
Avendo noto il valore di potenza dissipabile da una resistenza è facile calcolare la massima corrente che può scorrervi e da questa, avendo noti i valori di corrente e resistenza ricavare la massima tensione applicabile.
Il problema si pone sopratutto per valori resistivi bassi.
Facendo un esempio si vuole determinare la massima tensione applicabile ad una resistenza di 2200Ω ottenuta selezionando 2 resistenze da 100Ω e e da 1000Ω. Sapendo che le singole resistenze hanno una potenza massima dissipabile di un watt prendiamo in esame solo la resistenza più alta quella da 1000Ω. essendo W=R*I*I oppure W=R*I2 abbiamo che I2=W/R quindi I2=1/1000.
Quindi I=0,031A ovvero 31 mA. quindi V=R*I = 31,6 Volt.
Tenendo conto della caduta sulle resistenze da 100Ω che è un decimo a parità di corrente la massima tensione applicabile alla serie di 4 resistenze (2 da 100 e 2 da 1000 Ω) è uguale a Vmax=(31,6*2)+(3,16*2)=69,52 Volt. Ovviamente come si desume facilmente dal precedente calcolo, più la resistenza è alta più è alta la tensione che possiamo applicare senza bruciare tutto.

Carico fittizio

A questo punto analizzeremo uno dei più utilizzati carichi fittizi, quello per provare un amplificatore di potenza.
Normalmente si tratta di un carico fittizio in grado di presentare all'amplificatore una resistenza di 4-8-16Ω che sono le impedenze tipiche di un diffusore commerciale. A questo tipo di carico fittizio è richiesto di poter dissipare molta potenza, quindi sopportare correnti notevoli (in funzione della potenza dell'amplificatore) senza surriscaldarsi.
Questo tipo di carico è sottoposto a frequenze di funzionamento che sono quelle audio, quindi deve avere un comportamento lineare per tutta la banda passante dell'amplificatore in esame.
Inoltre è richiesta, vista la gamma possibile di temperature di funzionamento, una certa stabilità termica.
I parametri di induttanza e capacità parassita devono essere il più possibile bassi, quindi è opportuno utilizzare resistenze antiinduttive.

Carico fittizio audio di grande potenza

Questo tipo di carico fittizio può arrivare a potenze anche molto alte dell'ordine di svariati KW quando si tratta di collaudare amplificatori per discoteca o palco.
Di solito le resistenze sono sistemate su un'aletta di raffreddamento e in qualche caso raffreddate da aria forzata.

Carichi fittizi con componenti attivi

Si tratta di carichi fittizi che contengono al loro interno componenti attivi che permettono la variazione lineare della resistenza degli stessi.
In funzione delle caratteristiche che si vogliono ottenere, sopratutto per quello che riguarda la potenza da dissipare e la tensione massima sopportabile, si sceglie un componente attivo piuttosto che un altro.

Carico fittizio per alta tensione

Questo è un esempio di carico fittizio realizzato con un triodo, adatto ad un impiego in corrente continua.
Il potenziometro multigiri R1 è utilizzato per variare la tensione di polarizzazione della griglia controllo allo scopo di variare lo stato di conduzione del triodo andando dall'interdizione, momento in cui il carico fittizio ha resistenza infinita, a zero, potenziale di griglia per cui si ha la minima resistenza e stato di massima conduzione del triodo.
La resistenza interna del triodo è facilmente calcolabile in ogni momento leggendo la tensione ai capi del triodo e la corrente che lo attraversa poi applicando la legge di Ohm. Questo tipo di circuito può essere impiegato per verificare gli alimentatori per alta tensione (anodica) tipici di un circuito valvolare simulandone il funzionamento sotto carico.
Per questo tipo di impiego i componenti allo stato solido sono limitati dalla massima tensione sopportabile.
Ma può essere anche utilizzato per simulare la resistenza di carico di una valvola allo scopo di trovare sperimentalmente il miglior punto di funzionamento (in regime statico).

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