Na bancada de áudio é importante termos uma carga resistiva, geralmente de 4Ω ou 8Ω, com uma potência de acordo com os equipamentos que você costuma trabalhar.
Ela é ligada na saída do amplificador de potência que está em teste. Então, injetamos um sinal senoidal na entrada (ex. 100Hz, 1.000Hz e 10.000Hz - em amplificadores comuns e HIFIs), conectamos o osciloscópio em paralelo com a carga para garantir que a forma de onda não tenha distorções significativas, e medimos a tensão rms desenvolvida sobre a carga na frequência determinada. Com a tensão registrada, calculamos a potência dissipada usando a equação:
Esse método é preciso, mas é necessário calcular novamente a cada medida. Para resolver essa questão, você pode montar um Wattímetro, que é uma carga resistiva já acoplada a um microamperímetro, já calibrado com a escala em Watts. Assim, é possível fazer a leitura da potência de maneira rápida e "visual".
O circuito que vamos utilizar não é novidade. Ele consiste num divisor de tensão e um voltímetro simples. Apenas calculei os componentes dos divisores de tensão para utilizar componentes de baixa potência, visto que vamos utilizar um microamperímetro.
O circuito funciona muito bem e disponibilizo no fim do artigo, uma escala pronta que você pode imprimir e colocar no seu microamperímetro, facilitando o seu trabalho. Utilizei no projeto um modelo da Minipa: MS-52 - 100uA .
Esquema do Wattímetro
Funcionamento
As quatro escalas pré-definidas são:
0 - 10W
10W - 50W
0 - 100W
100W - 500W
O circuito consiste em um divisor de tensão, que pode ser ajustado pelos trimpots em cada escala (utilize trimpots de 25 voltas para aumentar a precisão no ajuste).
O microamperímetro é conectado em paralelo com o resistor de 1K x 1/4W e medirá a tensão desenvolvida sobre ele. Mas observe que é necessária uma retificação de onda completa com 4 diodos tipo Schottky, que têm uma perda de tensão pequena, da ordem de 0,3V.
O capacitor de 100uF diminui as pequenas oscilações que possam ocorrer no ponteiro e o trimpot de 20K ajusta o fim da escala.
Como calibrar o Wattímetro
Seguem abaixo os valores de tensões desenvolvidas pelas potência sobre uma carga de 8Ω:
Potência | Volts (sobre a carga) | Volts (ponto A) |
10W | 8,94Vrms | 2Vrms |
50W | 20Vrms | 2Vrms |
100W | 28,28Vrms | 2Vrms |
500W | 63,24Vrms | 2Vrms |
Para calibrar, você pode utilizar um amplificador que forneça as potências desejadas ou ajustar apenas injetando as tensões referentes a cada uma delas. Neste caso, utilize um transformador de pelo menos 35+35V (A/C) e um potenciômetro entre 100K e 250K Linear, seguindo o esquema 2. Mas desconecte a carga resistiva, senão seu potenciômetro irá queimar.
Esquema 2 - Ajuste com transformador e potenciômetro
Observe que o transformador precisa fornecer uma tensão um pouco maior do que da escala de potência que você quer utilizar (a corrente não importa).
Ex.: se seu wattímetro for medir até 100W, o transformador precisa fornecer pelo menos 30V (15+15V) - veja a tabela.
Exemplo prático
Vamos supor que você fará as 4 escalas, ou seja, irá medir até 500W, mas não possui um amplificador que forneça essa potência para calibragem.
Utilize, então, um transformador de 35+35V (ou 70V), com o potenciômetro de ajuste ligado na entrada do circuito. Desconecte a carga resistiva.
Gire o trimpot atrás do microamperímetro na posição de maior valor (20K) para que o ponteiro não ultrapasse o fim da escala enquanto ajustar os outro trimpots.
Para cada escala, ajuste o potenciômetro para injetar a tensão que está na tabela. Então, ajuste cada trimpot de cada escala, até obter 2V no ponto A.
Agora, na escala de 10W, injete 8,94V novamente e ajuste o trimpot atrás do microamperímetro até chegar no fim da escala (que representa 100uA). A princípio, o equipamento está pré-ajustado.
Para o ajuste fino, injete as tensões de cada escala novamente e faça um pequeno ajuste, se necessário, no trimpot de cada escala, para que o ponteiro chegue no final em cada uma delas.
No caso de usar um amplificador para calibragem, conecte o wattímetro na saída dele e um gerador de sinais senoidal na entrada, ajustado para 60Hz. Juntamente ao wattímetro, conecte também um voltímetro e um osciloscópio. Neste caso a carga deve estar conectada. Monitore a temperatura dos dissipadores de calor do amplificador durante os ajustes para evitar sua queima.
Em cada escala, aumente o volume do amplificador até ler no voltímetro a tensão da escala na tabela e siga os passos da mesma maneira como explicado anteriormente. No osciloscópio observe se a forma de onda continua senoidal em todo o processo. Caso existam distorções, utilize o outro método.
Você pode utilizar a escala em PDF que disponibilizo aqui para facilitar sua montagem. Mas caso queira montar a sua, será necessário calcular as tensões de cada potência que deseja marcar no mostrador do microamperímetro, injetá-las e marcá-las (veja texto mais adiante), usando a formula:
Depois de tudo ajustado, conecte a carga resistiva e utilize como carga de um amplificador para fazer seus testes na bancada.
Observe que o microamperímetro funciona como um voltímetro. Então, as escalas de 10W e 100W são idênticas, bem como as de 50W e 500W. Ou seja, apenas multiplica-se a leitura por 10.
Caso você queira montar sua carga para 4Ω, é só calcular as tensões relativas às potências das escalas (10W, 50W, 100W e 500W) sobre uma carga de 4Ω, injetá-las no Wattímetro e ajustar cada trimpot das escalas. Ou adicione uma chave onde você escolhe entre 4Ω e 8Ω e monte duas plaquinhas com seus respectivos ajustes, uma para cada impedância. Se não conseguir um ajuste fino em 4Ω, talvez seja necessário diminuir os resistores em série com os trimpots.
Dica de carga resistiva
Para fazer a carga resistiva, é possível associar resistores de fio de potência elevada em série ou paralelo. A título de exemplo, para uma carga de 8Ω, você poderia associar em paralelo 4 resistores de 33Ω, que nos dariam aprox. 8,25Ω. Vale lembrar que, como a tolerância desses resistores é de 5%, o valor final pode ficar entre 7,84Ω e 8,66 Ω, que é tolerável na maioria das aplicações.
Mas o que você deve observar com atenção é a potência máxima da carga resistiva, porque os resistores vão esquentar muito. A dica é utilizar uma carga que suporte, pelo menos, o dobro da potência máxima que você pretende utilizar, assim ela durará mais tempo.
Então, se a carga for para medir até 100W, ela deve suportar 200W. Neste caso você vai perceber que irá precisar associar 10 resistores 82Ω x 20W (valor final de 8,2Ω). Ou mesmo quatro resistores de 39Ω x 50W (valor final de 7,8Ω) e assim por diante. Pode pesar um pouco no bolso e ser difícil chegar facilmente no valor "exato".
Uma alternativa que utilizei é comprar uma resistência de forno elétrico/aquecedor, encontrada a venda na internet, que são feitas de fio de Nicromo, o mesmo utilizado em resistência de chuveiro.
Uma de 3.000W x 220V tem uma resistência de 16Ω. Ou seja, a metade dela tem 8Ω. Caso você coloque as duas metades em paralelo, terá uma carga de 4Ω. Fica prático e em conta, mas a desvantagem é que ela é comprida e precisa ser corretamente acondicionada numa prancha de madeira ou algo similar.
Montando a sua escala do Wattímetro
Caso queira montar sua escala do mostrador, disponibilizo abaixo as potências x tensões sobre uma carga de 8Ω. Para criar a sua escala, injete a tensão de cada potência e anote quantos uA o ponteiro marca no mostrador original.
Depois abra o arquivo do scann do mostrador em PDF (disponibilizado abaixo) dentro de um software gráfico (Photoshop, Corel Draw, Inkscape etc.), e marque a potência sobre os uA anotados, criando a sua escala (ex.: 10W - injete 8,94V = 100uA; 9,5W - injete 8,72V = 98uA e assim por diante).
Se você utilizar um microamperímetro de 100uA diferente, scanneie o mostrador e siga os passos como explicado.
Escala de 10W
10W - 8,94V
9,5W - 8,72V
9W - 8,49V
8,5W - 8,25V
8W - 8V
7,5W - 7,74V
7W - 7,48V
6,5W - 7,21V
6W - 6,93V
5,5W - 6,63V
5W - 6,32V
4,5W - 6V
4W - 5,66V
3,5W - 5,29V
3W - 4,9V
2,5W - 4,47V
2W - 4V
1,5W - 3,46
1W - 2,83V
Escala de 100W
100W - 28,28V
95W - 27,57V
90W - 26,83V
85W - 26,07V
80W - 25,3
75W - 24,49
80W - 25,3V
65W - 22,8V
60W - 21,91
60W - 21,91V
50W - 20V
Escala de 50W
50W - 20V
45W - 18,98V
40W - 17,89V
35W - 16,73V
30W - 15,49V
25W - 14,14V
20W - 12,65V
15W - 10,95V
10W - 8,94V
Escala de 500W
500W - 63,24V
450W - 60V
400W - 56,57V
350W - 52,91V
300W - 48,99V
250W - 44,72V
200W - 40V
150W - 34,64V
100W - 28,28V
Escala pronta do microamperímetro para impressão (p/ Minipa MS-52)
Foto 1 - Wattímetro com dois canais. As chaves alavancas permitem selecionar a escala da potência a ser medida, o canal que se deseja medir (L ou R), bem como a impedância da carga que está sendo utilizada. As chaves azuis, de alta capacidade de corrente, selecionam a carga entre 4 e 8Ω. Os bornes redondos ligam-se ao amplificador. Nos bornes quadrado, ligam-se os instrumento de medição (osciloscópio/voltímetro true rms).
Foto 2 - visão traseira das resistências de fio de Nicromo. Elas ficam expostas para garantir a livre circulação de ar.
Fábio Ceccatto de Macedo
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