Loudspeaker dummy loadLautsprecherersatzlast

Using my tiny universal chassis

Basierend auf meinen kleinen Universalgehäuse

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AbstractEinleitung

Audio amplifiers are usually tested and measured using resistive dummy loads. For testing my amplifiers, I need a dummy load for testing my amplifiers as well. My dummy load presented here has low inductance and is designed using a small chassis that features my 20mm grid system to make it highly versatile and reusable.

In order to not influence the measurement at high frequency, a pure resistive load is desirable. Also, heat dissipation is a challenge with dummy loads. I chose thin film power resistors in TO-220 package that are cooled by the radiators of the chassis. This is a premium solution and most DIYers would prefer a solution with lower cost. However, the most expensive part of my solution is the chassis, which is designed with reuse in mind for anything else in mind in case I no longer need the dummy load. All other parts could be reused as well, of course.

Audioverstärker werden üblicherweise unter Verwendung einer rein resistiven Ersatzlast getestet und gemessen. Ich benötige auch so eine Last zum testen meiner Verstärker. Meine hier vorgestellte Ersatzlast hat nur geringe Induktivität und ist in einem kleinem Gehäuse aufgebaut, welches mein 20mm Raster nutzt. Dadurch ist das Gehäuse vielseitig wiederverwendbar.

Um die Messung bei hohen Frequenzen nicht zu verfälschen, ist eine rein resistive Last wünschenswert. Die Wärmeabfuhr ist generell eine Herausforderung bei solchen Lasten. Ich entschied mich für dünnfilm Widerstände im TO-220 Gehäuse, welche von den Kühlkörpern des Gehäuses entwärmt werden. Das ist eine ziemlich hochwertige Lösung und viele Bastler würden vermutlich eine kostengünstigere Lösung bevorzugen. Das teuerste Teil meines Geräts ist das Gehäuse und dieses ist so gestaltet, dass es für andere Zwecke wiederverwendet werden kann falls ich die Ersatzlast nicht mehr benötige. Alle anderen Teile können natürlich auch wiederverwendet werden.

SchematicSchaltplan

I had three Speakon connectors at home by chance and wired the resistors in a way that one connector has all of them wired as 8Ω and the other two tap at 4Ω each and can even be used simultaneously since the ground is shared. So the dummy load can be used either mono as 8Ω or stereo two times 4Ω. Two Ohm would be available by using a Y-cable connecting the 4Ω resistors in parallel.

Ich hatte zufällig noch drei Speakon Buchsen zu Hause und schloss die Lastwiderstände so an, dass eine Buchse alle Widerstände als 8Ω Widerstand anbietet und die beiden anderen je die Hälfte der Widerstände als 4Ω Last anbieten. Die beiden 4Ω Widerstände können auch gleichzeitig genutzt werden da die Masse gemeinsam angeschlossen ist. Eine zwei Ohm Last wäre verfügbar unter Verwendung einer Y-Anschlussleitung an den beiden 4Ω Buchsen um diese parallel zu betreiben.

Power ratingLeistung

I selected 1Ω resistors type PF2205-1RF1 from Riedon because I wanted 8Ω straight and the option to also have 4Ω and 2Ω available. It is somewhat obvious to use eight 1Ω resistors. Each resistor is rated for 50W, which may seem enough on its own, but the datasheet reveals that this is only obtainable in a lab setup with the temperature held at 25°C. At 100°C only half of the power handling capability is still available.

Each of theose resistors has a thermal resistance of 2.3 K/W. It immediately becomes obvious why paralleling many resistors is important: To lower combined thermal resistance. By using eight resistors, the thermal resistance drops to 0.3 K/W. Together with two radiators of 1.5 K/W each, it should be possible to dissipate 100W in total short term.

Ich wählte 1Ω Widerstände Typ PF2205-1RF1 von Rideon weil ich exakt 8Ω sowie 4Ω und 2Ω Last verfügbar haben wollte. Also ist es naheliegend, acht 1Ω Widerstände zu verwenden. Jeder dieser Widerstände hat nominal eine Leistung von 50W, was für sich schon genügend erscheint, aber ein Blick in das Datenblatt verrät, dass das nur unter Laborbedingungen bei konstant 25°C möglich ist. Bei 100°C ist nur noch die Häfte der Leistung verfügbar.

Jeder dieser Widerstände hat einen thermischen Widerstand von 2,3 K/W. Daraus wird sofort ersichtlich, warum etliche davon zusammen geschaltet werden müssen: Um den gemeinsamen thermischen Widerstand zu reduzieren. Durch Verwendung von acht Widerständen sinkt der gemeinsame thermische Widerstand auf nur 0,3 K/W. In Verbindung mit den zwei Kühlkörpern, welche jeweils 1,5 K/W Wärmeleitwiderstand haben, müsste es möglich sein, kurzzeitig 100W abzuführen.

AssemblyAufbau

While the schematic looks super simple, the assemlby was a lot of work in the end. I placed two resistors of each 4Ω group on each radiator. So in case only one 4Ω network is used, both radiators are in use. All the wires make me doubt whether the circuit still qualifies as low inductance. Ignorance of circuit wiring is a common fallacy among engineers: For example super low ESR capacitors no longer offer low ESR once being connected usind long wires on the PCB and a circuit with low inductance resistors isn't low inductance anymore once a meter of wire is involved. However, the inductance is still low enough for audio applications. Packing the resistors close together in order to lower inductance would be a bad idea because this impacts heat dissipation capability of the assembly.

Obwohl der Schaltplan sehr einfach aussieht, war der Aufbau ziemlich viel Arbeit. Ich platzierte je zwei Widerstände der 4Ω Gruppen auf jeden Kühlkörper. Falls nur eine 4Ω Gruppe benutzt wird, werden dadurch trotzdem beide Kühlkörper verwendet. All die langen Verbindungen lassen Zweifel aufkommen, of die Schaltung in Wirklichkeit noch niedrig induktiv ist. Ignoranz von Induktivität durch Anschlüsse ist ein häufig beobachteter Trugschluss bei Ingeneuren: Zum Beispiel haben Kondensatoren mit super niedrigem ESR keinen großen Vorteil mehr sobald sie auf einer Leiterplatte mit langen Anschlüssen kontaktiert werden und eine Schaltung mit niedrig induktiven Widerständen hat keine gerine Induktivität mehr sobald ein Meter Leitung zum Anschluss verwendet wird. Die Induktivität ist trotzdem niedrig genug für Audianwendungen. Es wäre keine gute Idee, die Widerstände eng zusammen zu platzieren um die Induktivität zu verringen weil das die Wärmeabfuhr verschlechtert.