I blog di Alessioempoli

Data 29 ottobre 2017

L’ONDA QUADRA per controllare gli amplificatori HI-FI

Per ingrandire il testo, cliccare sul browser

Per ingrandire le foto, cliccarci sopra

1-73k

 

Sono molti coloro che,appassionati dell’alta fedeltà,realizzano per conto proprio degli amplificatori,abbinando parti di schemi prelevati da più progetti per ottenere un complesso la cui linearità di risposta sia ottima,sia alle frequenze più basse (20-30 Hz) sia a quelle più alte (20.000-30.000 Hz).

Nella maggior parte dei casi per verificare tale linearità si usa inviare all‘entrata dell’amplificatore delle onde sinusoidali,controllando poi all’uscita con un oscilloscopio se avvengono distorsioni e a quale frequenza.

Pur essendo tale sistema ottimo sotto tutti gli aspetti,a volte,specialmente se gli apparecchi da controllare sono molti,può diventare abbastanza noioso.

Comunque anche se l’onda sinusoidale risulta indispensabile tuttavia essa non permette di esaminare contemporaneamente una vasta gamma di frequenze, cosa che invece diventa possibile impiegando in sostituzione un’onda quadra,che si può ottenere applicando tra il generatore di onde sinusoidali e un oscilloscopio,uno squadratore di facile costruzione.

Per capire meglio è bene partire dall’onda sinusoidale che la fig.1 riproduce come appare sullo schermo dell’oscilloscopio quando è priva di deformazioni ,mentre in linea tratteggiata ho indicato la stessa onda,ma di forma quadra.

Un amplificatore,perchè possa rendere in modo perfetto tutte le sfumature di un suono,dovrà riprodurre,oltre alla frequenza fondamentale,anche le sue armoniche,fintanto che,sommando all’onda fondamentale la 3°,la 5°,la 7° armonica,e così via,la forma dell’onda non comincia  ad assomigliare grossolanamente  ad un’onda quadra,come in fig.2,anche se non ha ancora raggiunto gli spigoli vivi presenti in essa come appare in fig.3 cui generalmente si arriva aggiungendo almeno un centinaio di armoniche.

 

2-54k

 

Un’onda quadra ottenuta da una frequenza di 2.000 Hz è più che sufficiente per stabilire se un amplificatore è in grado di riprodurre fedelmente fino a 25.000 hertz ( cioè fino alla 25° armonica) ed è sufficiente controllarlo con solo tre onde quadre esattamente a 100,a 1.000 e a 5.000 Hz per sapere se risulta lineare da un minimo di 10 Hz fino ad un massimo di 250.000 hertz,mentre con l’onda tradizionale è necessario provare singolarmente ogni  gamma.

Naturalmente l’onda sinusoidale è indispensabile per trovare l’esatta frequenza dove l’apparecchio distorce; come dire che l’onda quadra serve per indirizzare rapidamente lo sperimentatore nella sua ricerca di imperfezioni,l’altra invece ad averne una visualizzazione  più particolareggiata.

L’onda quadra inoltre,non serve solo per controllare la linearità di un amplificatore,ma risulta utilissima anche per svelare disturbi, inversioni di fase del segnale,o instabilità,sintomi che verranno implacabilmente  denunciati dalla forma che appare sul video del nostro oscilloscopio.

Quindi se desiderate controllare il rendimento  del vostro amplificatore nelle varie frequenze corrispondenti ai bassi e agli acuti, basterà sottoporlo alla prova dell’onda quadra nelle tre frequenze di 100, 1.000, 5.000 Hz per sapere con esattezza  “tutto” sul vostro apparecchio da 10 fino a 250.000 Hz.

Lo spigolo vivo sinistro  dell’onda corrisponde al tono degli acuti, quello destro dà il responso sui bassi, mentre la linea di centro riguarda le frequenze medie, come si può notare nella fig.4.

Perciò se sullo schermo dell’oscilloscopio si noterà una forma d’onda del tipo di fig.5, si saprà subito che l’amplificatore attenua nei bassi, mentre va benissimo nei toni acuti e in questo caso il difetto facilmente può consistere nei condensatori di accoppiamento  di capacità inferiore al necessario, oppure nel controllo dei toni messo in posizione Attenuazione toni bassi ed esaltazione acuti.

 

3-46k

 

Se invece l’amplificatore attenua troppo le frequenze alte e risponde in modo corretto sui bassi la forma dell’onda sarà simile a quella di fig.6.

Un apparecchio che distorca sulle frequenze medie corrisponderà ad un’onda quadra come quella di fig.7, tale inconveniente può essere causato da valori imprecisi dei filtri di attenuazione  o controreazione e modificandoli sperimentalmente, vedremo nell’oscilloscopio se il difetto si attenua  o si accentua.

 

4-68k

 

Le forme dell’onda non limitano la nostra conoscenza solo a questo ma,riprendendo quanto  detto in proposito di fig.4,sarete convenientemente edotti alla prima occhiata su tutto quanto concerne il vostro amplificatore .

Se per esempio apparirà sullo schermo una forma simile alla fig.8, ne potremo dedurre che l’amplificatore in prova non è in grado di riprodurre fedelmente nè le basse, nè le frequenze medie, mentre funzionerà perfettamente  sui toni alti.

Un oscillogramma come presenta la fig.9 che assomiglia vagamente ad un’onda a dente di sega ,ci mostrerà un’elevata attenuazione delle frequenze acute,inconveniente percepibile anche con il solo ascolto dell’altoparlante.

Se poi ancora l’amplificatore innesca  o produce oscillazioni spurie, l’onda quadra ce lo svela con increspamenti in prossimità delle frequenze interessate  e portiamo come esempio la fig.10, per un caso di instabilità nelle alte frequenze e la fig.11 per oscillazioni spurie sui bassi.

 

5-73k

 

La frequenza da noi indicata di 1.000 hertz ci dirà già sufficientemente se l’amplificatore in esame può essere considerato di rendimento comune  oppure un Hi-Fi,  comunque i pignoli  potranno raggiungere la matematica certezza effettuando ulteriori prove e su una frequenza più bassa a 100 hertz e su una più alta a 5.000 hertz.

Ecco in fig.13 come ci appare un’onda quadra per un amplificatore la cui linearità risulta eccellente da 20 a 25.000 hertz, mentre in fig.12 e 14, figurano le controprove di cui abbiamo parlato prima e che mostrano rispettivamente come coi bassi si possa scendere fino a 5 hertz usando un’onda quadra da 100 hertz e la linearità degli acuti risulti esatta fino a 200.000 hertz come dimostra la forma leggermente arrotondata degli spigoli dell’onda quadra da 5.000 hertz corrispondenti alla 25° armonica.

 

8-64k

 

In ogni modo un amplificatore che funzioni perfettamente in una gamma compresa da  5 a oltre 25.000 hertz può già considerarsi eccellente senza aver bisogno di spingerci a prove più approfondite.

 

 

Come si collega l’uscita di BF all’oscilloscopio

Nel collegare l’oscilloscopio all’uscita dell’amplificatore di bassa frequenza occorre evitare qualsiasi deformazione di segnale che può essere  causata dal cavo di collegamento o dal disadattamento di impedenza tra oscilloscopio ed amplificatore.

Unendoli semplicemente con due fili, come fanno normalmente tutti, gli stessi conduttori possono essere influenzati induttivamente da qualche sorgente esterna provocando distorsioni non presenti nell’amplificatore.

Per evitare tutti  questi  inconvenienti  occorre usare una sonda  perfettamente schermata e collegata all’oscilloscopio con un cavo pure schermato mai superiore a mezzo metro.

La sonda di carico è composta normalmente da una resistenza di valore variabile 2,2 a 10 megaohm, a seconda della sensibilità dello strumento rivelatore, con in parallelo una capacità compensatrice da 40 pF max.

 

7-33k

 

Tale sistema comporta naturalmente una attenuazione del segnale, ma un qualsiasi buon oscilloscopio,dispone sempre di una sensibilità tale da riprodurre in modo idoneo una traccia sufficiente per un’ottima interpretazione.

Occorrerà infine tarare la sonda,cosa molto semplice a farsi: infatti una volta costruita, la si collega  direttamente all’uscita del generatore di onde quadre poi, ruotando il compensatore, si cercherà sperimentalmente di ottenere sull’oscilloscopio un’onda quadra,la più perfetta possibile.

Giunti a questo punto,la sonda è tarata,e servirà in futuro senza più bisogno di essere ritoccata .

Lascia una risposta