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Carico fittizio 1 kWPROLOGO

Mi sono trovato nella condizione di dover intervenire su degli amplificatori valvolari a radio frequenza per riparazioni e modifiche. Nei tanti anni di radiantismo, non ho mai provato il brivido di trasmettere con più dei 100 W delle mie radio, per cui ero sprovvisto di alcuni accessori che mi consentissero di fare le misurazioni necessarie sui predetti amplificatori. Ho comprato un accordatore d'antenna usato che potesse sopportare un'abbondanza imprecisata di watt, e mi sono costruito un carico fittizio da 1 kW, o giù di lì (e qui il termine "giù" non è casuale e non è sostituibile con "su"...) 

La decisione di costruirmi il carico fittizio è dovuta esclusivamente a questioni economiche (insomma, guardate in giro, i carichi fittizi costano un sacco di soldi, anche se non riesco a spiegarmi il perché), in quanto dal punto di vista dell'interesse scientifico e tecnologico non c'è molto: qualche resistenza collegata in serie o parallelo, pezzi di filo, connettore e dissipatore. 

Ora vi racconto quello che ho combinato anche se non credo che farete un montaggio identico al mio, non ve lo consiglierei. Quello che mi aspetto è che farete un vostro carico fittizio e farete qualche ricerca su internet per cercare degli spunti. Ecco, con questo articolo, io vorrei darvi qualche spunto e qualche argomento di meditazione per il vostro progetto.

RESISTORI

Iniziamo quindi dalla resistenza: deve essere da 50 Ω, direi che questo dovrebbe essere chiaro per tutti. Se non lo fosse, informatevi in giro e poi, se volete, tornate qua. Il punto è un altro: che potenza vogliamo che la resistenza possa dissipare? A me basterebbe arrivare a 500, massimo 600 W. Poco? Pensate che ho un piccolo termosifone elettrico ad olio da 500 W che, d'inverno, mi tiene compagnia nello studio con il suo tepore. Per risparmiare, ho ordinato su un sito di compravendite on line 4 terminazioni da 50 Ω / 250 W. Le terminazioni, che costano molto meno dei resistori, le ho pagate, in tutto, 10 Euro, comprese spese di spedizione. Le terminazioni sono dei resistori che hanno apparentemente un solo terminale perché l'altro è costituito dalla base metallica ("tab" o "base plate" se è molto grande) su cui è brasato il chip resistivo. Questo significa che, se non uso particolari accorgimenti, un terminale di ogni resistore sarà collegato con il dissipatore. Siccome voglio risparmiare denaro, non uso nessun accorgimento per isolare i tab, quindi collego le terminazioni due a due in parallelo, e poi collego i due paralleli in serie. Ottengo una resistenza equivalente di 50 Ω , anche se non mi illudo che il circuito arrivi a dissipare veramente 1 kW, ma tanto, per le mie esigenze, ci sto dentro largo. Uhm... troppo bello per essere vero. Cosa dovrò pagare in cambio di questa semplicità e basso costo? Quello che verrà fuori sarà un carico bilanciato. Se l'uscita del generatore è sbilanciata (come praticamente tutti i trasmettitori e gli amplificatori per uso radioamatoriale e CB), e la linea è parimenti sbilanciata, come è un cavo coassiale, e se non uso un balun (ipotesi che si verificheranno nel 100% dei casi), il punto comune dei quattro resistori (e quindi il dissipatore) sarà sotto tensione.

Circuito carico fittizio
Circuito carico fittizio. Attenzione, pericolo: il dissipatore risulta sotto tensione, bisogna isolarlo e renderlo inaccessibile a persone, animali o oggetti in materiale conduttore.

DANGER! PERICOLO!

In condizioni di adattamento, se l'amplificatore eroga 1 kW, la tensione sul dissipatore è di  circa 112 V. Se l'impedenza di uscita dell'amplificatore fosse molto bassa, la tensione sul dissipatore potrebbe anche raddoppiare. Se in giro per il circuito dovessero esserci impedenze parassite fortemente reattive, non saprei più dirvi a che tensione si potrebbe arrivare. In definitiva: non toccare, fa molto male alla salute! Questo tipo di carico fittizio va obbligatoriamente chiuso in un contenitore isolante. Attenzione: anche il dissipatore si deve trovare tutto dentro il contenitore isolante! Per garantire l'asporto del calore, dobbiamo provvedere con un sistema di convezione forzata cioè, in pratica, delle ventole. Per nessun motivo parti del carico fittizio dovranno essere accessibili, non devono poter essere toccate. Spero di essere stato chiaro, declino ogni responsabilità e non si accettano reclami per danni ad animali, cose e persone, anche se, in quest'ultima categoria, certamente stupide.

REALIZZAZIONE

I quattro resistori li ho montati con l'aiuto del mio amico Pier Paolo su una piastra di rame ricavata da un rottame che lo stesso Pier Paolo ha conservato per anni insieme a tanti altri rottami, in attesa che potessero servire a qualcuno; poi sono arrivato io, a far pulizia...

I resistori vanno posizionati il più vicino possibile tra di loro, in modo da minimizzare le induttanze parassite dovute ai fili di collegamento e, contemporaneamente, il più lontano possibile tra di loro per favorire la dissipazione del calore. Poiché mi interessa che il carico fittizio fornisca un ROS basso nelle sole HF, ho preferito privilegiare la dissipazione di calore. La reattanza induttiva alzerà il ROS solo a frequenze alte.

A sua volta, la piastra sarà montata su un dissipatore di recupero che mi ha regalato il mio amico Fabio. In realtà, si tratta di due profilati di alluminio simmetrici che unirò insieme attraverso la piastra di rame. Insomma, si fa prima a guardare le fotografie che a descriverlo a parole. Vedete che i dissipatori sono piuttosto distanziati tra loro perché mi dispiaceva ridurre la larghezza della piastra di rame.

Dunque, ho fatto una tracciatura della piastra per marcare i punti (in corrispondenza delle asole sulle flange dei resistori) in cui forare la piastra di rame, e l'abbiamo forata negli otto punti segnati. Poi, usando degli spessori di legno per mantenere tutto in piano, abbiamo sovrapposto la piastra ai dissipatori e abbiamo forato i dissipatori attraverso i fori già presenti sulla piastra, per garantire la corrispondenza dei fori nel rame con i fori nell'alluminio. I fori nell'alluminio li abbiamo filettati M3. Quando fisserete i resistori sulla piastra di rame, mi raccomando di usare rosette elastiche, tipo quelle spaccate o quelle che volete voi, purché siano elastiche, quindi non usate quelle piane, almeno non da sole. Nelle foto non si vedono le rosette perché, inizialmente, non le avevo usate, ma è stato un mio errore. sotto le resistenze, applicate un sottilissimo strato di grasso al silicone, o qualsiasi thermal compound. Se siete persone eleganti (e allora avreste sbagliato sito web da consultare), potete usare dei thermal pad. Il grasso termico si applica sia sotto il tab del resistore sia sulla superficie di rame dove lo stesso resistore verrà posizionato; poi, pulite con uno straccio il grasso da tutte e due le superfici, ma non dovete pulire bene, solo fare un paio di passate per togliere il grasso sovrabbondante. Infatti, il grasso termico deve riempire gli interstizi dovuti alla rugosità e eventuali graffi sulle due superfici che, in assenza del composto, sarebbero "pieni" d'aria e quindi isolati termicamente. Il grasso ha conducibilità termica migliore dell'aria ma, se ne mettete talmente tanto da formare uno strato di separazione tra le superfici tale da impedire il contatto tra i due metalli, peggiorerete la situazione. Argomento di meditazione: da dove passerà la corrente che scorre nel resistore verso la flangia? Attraverso il grasso? Attraverso le viti? Attraverso i punti di contatto tra i metalli dove non c'è grasso?

Per collegare i resistori in parallelo dal lato del terminale, ho realizzato delle striscette di vetronite ramata singola faccia. La pista di rame deve essere distante dai bordi del supporto di vetronite per non innescare archi fotovoltaici con la piastra di rame.

Il più è fatto. Il connettore coassiale femmina da pannello l'ho montato su uno scarto di plexiglass che mi ha regalato il mio amico Danilo. Questo pannellino di plexiglas l'ho montato sui dissipatori usando quattro distanziali di plastica (ricordate che è previsto che i dissipatori siano sotto tensione, quindi i materiali che li toccano e che sono esposti all'utente devono essere isolanti). Ho dovuto mettere uno spessore sotto le striscette che ho realizzato con dei ritagli di vetronite.

Direi che c'è poco altro da dire, lasciatevi ispirare dalla foto del carico fittizio assemblato che ho messo in apertura dell'articolo e... cercate di fare un assemblaggio meno precario del mio.

Carico fittizio 1 kW: materiale per realizzare il pannello per il connettore UHF
Carico fittizio 1 kW: materiale per realizzare il pannello per il connettore UHF
Carico fittizio 1 kW: dettaglio del connettore UHF femmina e di come spelare il cavo coassiale
Carico fittizio 1 kW: dettaglio del connettore UHF femmina e di come spelare il cavo coassiale
Carico fittizio 1 kW: strisce di vetronite ramata e stagnata con cui ho realizzato i collegamenti per mettere in parallelo le resistenze
Carico fittizio 1 kW: strisce di vetronite ramata e stagnata con cui ho realizzato i collegamenti per mettere in parallelo le resistenze

 EPILOGO 

Ho usato il nanoVNA per misurare la curva di ROS e  l'impedenza del carico fittizio rispetto alla frequenza. Come potete vedere dai grafici qua sotto, acquisiti tramite il software open source nanoVNASaver di Rune B. Broberg, il ROS è inferiore a 1,3 almeno fino a 55 MHz, quindi il carico si può usare su tutte le bande HF e sui 6 m. Da altre misure che ho fatto, e che non riporto, si vede che il carico fittizio è utilizzabile fino a 108 MHz con completa soddisfazione, cosa che permetterebbe di usarlo sulla banda dei 4 m (70 MHz) e sulla banda commerciale FM (88 - 108 MHz), anche se non credo che quest'ultima applicazione sia di grande interesse per chi frequenti questo sito.

ROS carico fittizio
ROS carico fittizio da 1 MHz a 55 MHz

 

Impedenza carico fittizio
Impedenza carico fittizio (resistenza in blu e reattanza in verde)

 Dal punto di vista pratico, ho collegato il dummy load all'uscita Alternate del mio accordatore d'antenna QRO e l'ho usato decine di volte in HF con circa 500 W.

Adesso però, vi devo dire una cosa importantissima: dopo circa un anno di uso frequente… (Continua nella seconda parte, che pubblicherò solo dopo qualche centinaio di letture di questo articolo )

Fonte: prodotto in proprio www.ik1hge.com

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Autore: ik1hge Roberto Filippo

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