Decir simplemente que un amplificador entrega, por ejemplo, 50 vatios a su salida es dar un dato muy poco preciso y muy incompleto. Falta por decir a que frecuencia se ha realizado la medida y qué nivel de distorsión tiene la señal de salida en esas condiciones. También sería muy interesante comprobar si el amplificador puede entregar esa potencia, manteniendo el nivel de distorsión cuando se varía la frecuencia de la señal desde 20 Hz hasta 20 KHz. Para realizar estas medidas hay equipos especializados y también otros auxiliares que nos permite medir con exactitud la distorsión de una señal de audio.
Sin embargo, utilizando instrumentos de uso corriente, tales como un generador de señal sinusoidal y un osciloscopio, se puede determinar con bastante precisión la potencia de salida máxima que es capaz de entregar un amplificador de audio.
Vamos a ver cómo se mide la potencia de salida de un amplificador utilizando la menor cantidad de instrumentación posible. Pero, antes, repasaremos algunos conceptos.
La potencia eléctrica
Empleando la Ley de Joule y la Ley de Ohm llegamos a la conclusión de que la potencia eléctrica entregada a una carga (R) es igual al cuadrado de la tensión aplicada a la misma dividida por su resistencia (R).
Esta expresión es válida para corriente continua, pero un amplificador de audio trabaja en la banda de audio, es decir, en frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20 KHz; por tanto, en señales alternas.
Si utilizamos valores eficaces podemos emplear esta expresión también para señales alternas sinusoidales.
Hay que medir la tensión eficaz y, como la resistencia es conocida, obtendremos la potencia eficaz, que es lo que realmente deseamos medir.
El amplificador
Disponemos de un equipo amplificador con una o varias entradas a las que hay que aplicar una señal de audio, y una o varias salidas por la que el equipo entrega una señal eléctrica a un altavoz, o conjunto de altavoces. Esta señal eléctrica de salida depende de las características de la señal aplicada a la entrada elegida, de las características del amplificador y del tipo de altavoz.
Para poder medir la potencia de salida necesitamos:
- Aplicar a la entrada una señal conocida.
- Conocer la impedancia de carga.
- Medir la señal de salida.
A la entrada le aplicamos un tono puro, es decir una onda sinusoidal, normalmente de 1 KHz.
En la salida tenemos varios problemas. Cada modelo de altavoz presenta una impedancia diferente y, además, como es una carga inductiva, varía con la frecuencia; y también podríamos dañar el altavoz, o nuestros oídos, si se trata de un equipo de mucha potencia.
La solución es utilizar una carga resistiva de valor conocido.
Las medidas que hemos realizado están pensadas para medir la potencia máxima que es capaz de entregar un amplificador de audio sin distorsión aparente, es decir, sin observar distorsión de la señal en la pantalla del osciloscopio. Sin embargo, cuando la sinusoide es perfecta a simple vista la distorsión es menor del 1%, cifra baja y aceptable por el oído.
La medida de la potencia
La potencia de salida puede calcularse si se conoce la tensión de salida y la carga aplicada. Con el osciloscopio se observará que no se produce distorsión.
La medida de la potencia se realiza midiendo la tensión eficaz en bornes de la resistencia conectada a su salida, 4 u 8 ohmios según sea el modelo de amplificador; en algunos casos, como en amplificadores para automóvil, esta carga será de 2Ω. Si el amplificador admite ambas, primero probaremos con una y luego con la otra, como es lógico, obtendremos valores de potencia diferentes.
Si se trata de un equipo estereofónico deben cargarse ambos canales, aunque la medida se realizará en cada canal porque son dos amplificadores totalmente independientes.
En segundo lugar, alimentaremos el equipo; si tiene su propia fuente de alimentación lo conectaremos a la red, comprobando si la tensión de red coincide con la indicada en el selector de tensión de alimentación, si dispone de él. Si se trata de medir un módulo, hay que alimentarlo con una fuente de alimentación, o con una batería, asegurándose bien de la polaridad de la alimentación y del nivel de tensión. Si es un módulo tiene que tener colocado un disipador, pues se va a someter al amplificador a una dura prueba. Mantendremos el equipo apagado, o la fuente de alimentación si se trata de un módulo.
Tomaremos el generador de señal y seleccionaremos la frecuencia de salida en 1 KHz, conectaremos a su salida el osciloscopio y comprobaremos que la onda es sinusoidal y que tiene una amplitud de aproximadamente 400 mVpp. La salida del generador se lleva a la entrada del amplificador, en algún caso será necesario construir un cable de conexión desde la salida del generador hasta la entrada del amplificador, este cable tiene que ser apantallado. La entrada puede ser cualquiera, solo una, y si el equipo es estereofónico solo un canal (si se quiere medir desde las entradas de micrófono o giradiscos magnético es necesario bajar el nivel de tensión de salida del generador hasta unos 10 mVpp); se aconseja utilizar una de las entradas para cinta, radio o aux. La pinza de medida del osciloscopio se conectará en paralelo con la salida para medir la tensión eficaz aplicada a la resistencia de carga. Si el equipo dispone de controles de tonos se colocarán en su punto medio, posición en la que no actúan; algunos equipos disponen de un conmutador para anular los controles de tonos, si es así se utilizará, para anularlos, el mando de volumen, el cual se pondrá al máximo.
Observaremos que si el equipo es estéreo sólo se calentará una de las resistencias de carga, sobre ésta habrá que medir. En el osciloscopio observaremos una onda sinusoidal de mucha mayor amplitud que la de entrada, aumentaremos poco a poco la señal de entrada hasta que la sinusoide comienza a recortarse, retrocederemos un poco hasta que recuperemos la sinusoide y, en este momento, efectuaremos la lectura de tensiones, la del osciloscopio debe coincidir con la del polímetro, este último debe estar en la escala de alterna. Hay que tener en cuenta que en el osciloscopio se leen Vpp por división y en el polímetro valores eficaces.
El valor eficaz se calcula dividiendo el valor pico a pico por 2 y por √2.
La potencia se calcula multiplicando la tensión eficaz por sí misma y dividiéndola por el valor de la resistencia de carga.
La medida de la potencia puede efectuarse a cualquier frecuencia dentro de la banda de audio y suele variar ligeramente a lo largo de la misma.
Montaje que ha de realizarse para medir la potencia de salida con un polímero. Con el polímetro se mide la tensión eficaz en bornes de una resistencia conocida. Este método tiene el inconveniente de que no permite conocer la forma de onda. Y la cifra obtenida puede ser errónea.
Este montaje es similar al anterior, pero tiene la ventaja de poder visualizar la forma de onda, con lo cual podremos calcular el verdadero valor eficaz y además comprobar que no hay distorsión aparente, pues con distorsiones superiores al 2% se aprecia fácilmente la deformación de la sinusoide. Este método es el más sencillo y la cifra obtenida es bastante precisa.
El método más preciso es utilizar un analizador de distorsión para poder cuantificar exactamente el nivel de distorsión en el momento en que se mide la potencia. También hay que indicar claramente la frecuencia o las frecuencias a las que se realiza la medida.
Señal sinusoidal de 1 KHz con tan solo el 2% de distorsión, donde la deformación de las crestas se aprecia fácilmente. La medida exacta de la distorsión se realiza mediante un analizador de distorsión, el osciloscopio normal no permite este tipo de medida, tan solo observa la deformación de la señal.
La medida se realiza conectando una carga resistiva en lugar del altavoz del amplificador. Esta carga debe disipar fácilmente la potencia que éste entrega pues, si se produce un fuerte calentamiento de la resistencia, el valor de ésta puede alterarse y, por tanto, falsear la medida.
Conectando simultáneamente el osciloscopio y el polímetro podremos contrastar ambas lecturas. Hay que comprobar que el polímetro mide correctamente a la frecuencia que se está utilizando. Algunos polímetros no pueden utilizarse a frecuencias elevadas de la banda de audio.
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