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Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile

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Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Empty Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile

Message par Mhz Jeu 22 Aoû - 7:13

Une charge fictive est juste l'un de ces outils standards dont vous avez besoin dans la cabane. C'est une charge qui a une impédance purement résistive de 50 ohms à toutes les fréquences d'intérêt (HF dans mon cas). Vous n'avez pas besoin de polluer les ondes pendant que vous réglez ou testez votre émetteur ! D'un autre côté, vous pourriez être surpris du nombre d'opérateurs qui ont fait des QSO, avec leur émetteur connecté par inadvertance à une charge fictive au lieu de l'antenne, hihi.

Les charges fictives sont faciles et relativement peu coûteuses à construire soi-même, en utilisant une ou plusieurs résistances adaptées. Le coût dépend de la dissipation dont vous avez besoin (QRP (5-10 W) ou (beaucoup) plus) et de la durée pendant laquelle vous souhaitez pouvoir appliquer l'alimentation sans griller la charge fictive et mettre le feu à votre cabane.

Les questions fondamentales sont donc les suivantes :

comment obtenir une charge résistive à large bande de 50 ohms avec un ROS très proche de 1:1
comment dissiper la chaleur générée dans la ou les résistances.

Le premier problème est facile à résoudre : utilisez des résistances non inductives et gardez le câblage court pour minimiser l'inductance et la capacité parasites. Options :

une seule résistance de 50 ohms avec une puissance de dissipation suffisante
plusieurs résistances avec un indice de dissipation inférieur, en configuration parallèle ou série-parallèle.
Par exemple, 20 résistances à film métallique parallèles de 1 kohm et 2 W pour obtenir 50 ohm et 40 W.
J'ai utilisé quatre résistances hybrides de 50 ohms avec une puissance nominale de 100 W (achetées via eBay ; total 11 $ + 15 $ de frais de port, mi-2009). Avec celles-ci, les seules configurations qui fonctionnent sont « 2 parallèles sur 2 séries » et « 2 séries sur 2 parallèles ». J'ai choisi la dernière. Notez que ce type de résistance est également disponible avec des valeurs de 100 et 200 ohms, et jusqu'à 800 watts !

Le deuxième problème n'est pas aussi simple à résoudre : sans mesures supplémentaires, les résistances peuvent surchauffer et être détruites en relativement peu de temps, même à puissance nominale. Les résistances hybrides ne peuvent être utilisées à une puissance proche de leur puissance nominale que si 1) elles sont montées sur un dissipateur thermique de taille adéquate et 2) il existe un bon contact thermique entre les résistances et le dissipateur thermique. Par conséquent, les résistances doivent être montées sur le dissipateur thermique avec de la pâte thermique (également appelée graisse thermique ou pâte thermique).

La dissipation peut être encore améliorée si les résistances et le dissipateur thermique sont refroidis activement avec un ventilateur, ou s'ils sont immergés dans de l'huile. L'huile minérale pure (également appelée « huile de paraffine » et « paraffine liquide ») est un bon choix et est disponible dans les pharmacies et les parapharmacies. Elle est sans danger pour la consommation humaine (bien qu'elle ait des effets laxatifs...). L'huile pour bébé peut être moins chère et n'est généralement que de l'huile minérale pure avec un parfum (vérifiez l'étiquette !). Mitch, KJ7JA, m'a informé que l'huile minérale est également disponible dans les magasins de fournitures agricoles. Cette huile de qualité vétérinaire est beaucoup moins chère que la variété de qualité alimentaire. Dans le passé, on utilisait de l'huile de transformateur traditionnelle. Ce type d'huile contient souvent des PCB hautement toxiques !

Les résistances et le dissipateur thermique (si vous en utilisez un) peuvent être montés dans une boîte de conserve (à partir de feuilles de thé en vrac ou d'un pot de peinture vide - les magasins de peinture aux États-Unis vendent des boîtes propres et vides pour peu d'argent).

Avec une dissipation adéquate, l'utilisation de quatre résistances de 100 W devrait me permettre d'utiliser ma charge fictive pour 400 W. J'ai monté les résistances sur un dissipateur thermique, immergé dans de l'huile minérale dans un pot de peinture de 1 pinte (presque 1 litre).

J'ai également décidé d'installer en parallèle une prise coaxiale BNC et une prise coaxiale SO-239. À quelques exceptions près, j'utilise des connecteurs BNC sur mes coaxiaux. Mais je souhaite conserver la possibilité de l'utiliser avec un connecteur PL-259 sans avoir besoin de fiches d'adaptation.

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-10

Schéma électrique et de construction de ma charge fictive de 400 W

Contrairement aux résistances « classiques », ces hybrides sont montés sur une petite languette métallique. La languette est montée sur un dissipateur thermique et est également l'un des deux fils. Remarque : dans la configuration ci-dessus, le point commun des quatre résistances est connecté au dissipateur thermique ! Cependant, la masse des connecteurs (et du boîtier lui-même) est connectée aux fils d'une seule paire de résistances. Nous ne voulons pas court-circuiter les résistances, donc : le dissipateur thermique ne doit pas toucher le boîtier !

COMPOSANTS

Composants suivants :

4 résistances hybrides de 50 ohms avec une puissance nominale de 100 watts
Pot de peinture de 1 pinte (≈ 0,94 litre) - vide et propre. J'ai payé 2,50 $ chez ACE Hardware pour un pot tout neuf (prix de mi-2009)
l'intérieur de la boîte et le couvercle sont enduits; le revêtement doit être retiré des bords de la boîte et du couvercle.
1 litre d'huile minérale (également appelée huile de paraffine) : 7,50 $ dans la pharmacie Rite Aid (prix mi-2009)
oui, plutôt cher ; vous devriez peut-être vérifier les magasins à dix sous ou les magasins à « 99 ¢ ».
notez que vous pouvez également utiliser de l'huile pour bébé, car il s'agit simplement d'une huile minérale avec un parfum (vérifiez l'étiquette !)
dissipateur thermique (aussi grand que possible pour passer à travers l'ouverture de la boîte).
petit tube de graisse thermique (également appelée graisse pour dissipateur thermique, composé pour dissipateur thermique), 3 $ chez Radio Shack.
dix vis M3 + rondelles plates + rondelles frein pour les résistances et le clip de fil.
Prise de châssis coaxiale BNC.
Prise de châssis coaxiale SO-239.
quatre vis M3 + rondelles plates + rondelles frein pour le connecteur SO-239.
1 cosse à anneau (pour connecter un fil à la masse du « châssis » au niveau du connecteur SO-239).
mastic silicone (pour empêcher l'huile de s'infiltrer hors du bidon par les connecteurs du couvercle - croyez-moi, ce sera le cas !)

Notez que pour des conditions de fonctionnement stables, les dissipateurs thermiques en cuivre peuvent être supérieurs à ceux en aluminium. Mais ils sont également plus lourds, plus chers, plus difficiles à usiner,...

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-11

CONSTRUCTION

La construction de la charge fictive est relativement simple. Comme toujours, il est utile d'avoir des outils adéquats ! Les étapes de base sont les suivantes :

montage des connecteurs sur le couvercle de la boîte.
mise en forme du dissipateur thermique et ajout de trous filetés pour les vis de montage des résistances.
ajout de supports isolés pour maintenir le dissipateur thermique hors du fond de la boîte (pour améliorer la circulation de l'huile) et empêcher le dissipateur thermique de cogner à l'intérieur de la boîte.
montage des résistances sur le dissipateur thermique et câblage aux connecteurs.
installation du dissipateur thermique dans la boîte.
ajouter l'huile et fermer le couvercle.

L'installation des connecteurs est simple : marquez le centre de chaque connecteur sur le couvercle, par exemple avec un marqueur permanent (feutre). J'ai placé le mien de manière décentrée, pour avoir des fils plus courts vers les résistances. Marquez ensuite les trous avec un poinçon central et percez les trous :

évitez de détruire le couvercle lors du marquage des trous avec le poinçon et lors du perçage des trous !
utilisez un support approprié pour le couvercle (par exemple, avec un morceau de bois plat dans un étau d'établi).
si possible, utilisez une perceuse à colonne.
Commencez par des trous pilotes, puis progressez jusqu'au diamètre souhaité.
faire des trous ronds en perçant un petit morceau de tissu ou de chiffon plié.
J'ai utilisé une mèche conique pour obtenir le diamètre final du trou pour le SO-239 et pour m'assurer qu'il est rond
installer les connecteurs SO-239 et BNC ; utiliser la borne à anneau sur une vis du connecteur SO-239.
gratter le revêtement du bord du couvercle et de l'ouverture de la boîte, pour assurer un bon contact galvanique.

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-12

Le couvercle de la boîte, prêt à installer les connecteurs
(à l'extrême droite : mèche de meulage pour aléser le grand trou)
Mon dissipateur thermique a demandé pas mal de travail. Il était rectangulaire et trop grand pour passer par le haut de la boîte. J'ai donc dû lui donner une forme ronde, en raccourcissant les ailettes du dissipateur thermique. J'ai utilisé des supports en L standard du magasin de bricolage pour soutenir le dissipateur thermique. Ils sont suffisamment épais pour s'adapter étroitement entre deux ailettes du dissipateur thermique. J'ai percé un trou de 3,2 mm à travers eux et à travers les paires d'ailettes extérieures, puis j'ai taraudé les trous avec un filetage M4. Les supports sont collés sur une fine bande de matériau de circuit imprimé sans revêtement en cuivre. Les extrémités de la bande sont façonnées pour avoir le même rayon que l'intérieur de la boîte (mesuré à l'extérieur du fond de la boîte). J'ai utilisé de la colle Gorilla Glue ® .

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-13

Dissipateur thermique et supports (avant mise en forme)

Après avoir façonné le dissipateur thermique, j'ai marqué les huit trous de montage pour les résistances (les trous sont espacés de 27 mm, j'ai marqué les trous avec un poinçon central, j'ai percé les trous et je les ai taraudés avec un filetage M3. De même, j'ai fait deux trous filetés pour un clip de décharge de traction.

Pour éviter que les fils de résistance et le câblage associé ne soient en court-circuit avec le dissipateur thermique, j'ai installé une petite bande de matériau de circuit imprimé nu entre les résistances. Je l'ai collé au dissipateur thermique et il est également maintenu en place par les vis de montage du clip.

Les fils des résistances hybrides sont très fragiles ! Soyez prudent lorsque vous les manipulez. Appliquez de la graisse pour dissipateur thermique sur toute la surface de l'arrière de chaque résistance et installez les résistances avec des vis M3, des rondelles plates et des rondelles frein. L'excès de graisse sera expulsé sous les résistances. Ce n'est pas grave. S'il y en a vraiment beaucoup, grattez-le simplement.

J'ai dénudé 5 cm (2") d'isolant d'un petit morceau de câble coaxial, j'ai attaché la tresse en queue de cochon et j'ai retiré la majeure partie de l'isolant du conducteur central. La tresse est soudée aux fils d'une paire de résistances, le conducteur central à l'autre paire. Le câble coaxial est fixé en place avec le clip.

À ce stade, nous pouvons effectuer une vérification rapide avec un ohmmètre pour nous assurer que les connexions sont correctes.

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-14

Dissipateur thermique et supports (après mise en forme), avec résistances et connecteurs installés

Coupez le câble coaxial à la bonne longueur, retirez l'isolation de l'extrémité non connectée (au moins la distance entre les connecteurs), attachez la tresse en queue de cochon, coupez la queue de cochon en court et soudez-la à la borne à languette annulaire du connecteur SO-239. Coupez le conducteur central à la bonne taille, soudez-le à la broche centrale du connecteur SO-239. Utilisez le morceau coupé du conducteur central (toujours isolé) pour interconnecter les broches centrales des connecteurs SO-239 et BNC. Appliquez généreusement du mastic silicone sur les connecteurs, de manière à ce qu'ils (et les vis de montage) soient complètement recouverts. Cela évitera que l'huile ne s'échappe.

Une fois les supports montés, le dissipateur thermique ne pourra pas passer par l'ouverture de la boîte. Insérez les supports (collés sur le matériau du circuit imprimé) dans la boîte, de manière à ce qu'ils dépassent de la boîte. Maintenez-les en place, faites glisser le dissipateur thermique sur les supports et installez les vis de montage. Abaissez maintenant le dissipateur thermique dans la boîte. Remplissez la boîte d'huile sur environ 7/8. Ne remplissez pas complètement la boîte d'huile ! Laissez environ 1 cm (≈⅜") en haut. Le dissipateur thermique doit être entièrement immergé.

Nous pouvons maintenant fermer le couvercle. Veillez à ne pas plier le couvercle lorsque vous l'appuyez sur la boîte. L'ensemble pèse 1,4 kg (3 lb).

Terminé. Lancez-vous ! Si vous avez accès à un analyseur d'antenne ou de réseau ou à un wattmètre SWR, utilisez-le pour vérifier la charge fictive avant de mettre sous tension. Voir ci-dessous.

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Imag1119

MESURES

Les diagrammes de balayage de fréquence ci-dessous montrent que ma charge fictive présente réellement d'excellentes caractéristiques jusqu'à au moins 30 MHz (voir les tracés de fréquence ci-dessous) :

l'impédance est très proche de purement résistive (Xs est très petit)
dans 1½ - 3% de 50 ohms
Le ROS est inférieur à 1,03

Je ne pourrais pas demander plus ! J'ai fait fonctionner la charge fictive pendant plusieurs minutes avec mon émetteur-récepteur à 100 W (sa puissance maximale), et il n'y a eu absolument aucune augmentation notable de la température de la boîte.

Pour mesurer la puissance dissipée par une charge fictive, vous pouvez utiliser une simple sonde RF et un voltmètre. Réf. 3, 5, 6.

Fin 2021, une douzaine d'années après avoir construit cette charge fictive, j'ai branché mon analyseur d'antenne et effectué une vérification rapide : les courbes d'impédance et de ROS n'ont pas bougé ! Le pompage d'une porteuse de 100 W dans la charge fictive pendant plus d'une minute n'a pas provoqué d'augmentation perceptible de la température de la boîte. L'huile ne semble pas avoir affecté les résistances ou la pâte thermique.

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-15

Balayage de fréquence de ma charge fictive (1,8-30 MHz)

Charge fictive de 400 W -Refroidissement à huile Dummy-16

Balayage complet de la fréquence de ma charge fictive (1-180 MHz)












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Message par CRIS Mar 3 Sep - 9:22

bonjour juste une petite question ,c’est peut etre idiot mais important a mes yeux.Selon votre montage la SO239 doit être isolée par rapport a la masse du radiateur car sinon je pense que cela fait un court circuit ? merci de le preciser ma demande .Bonne journée cordialement cris
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Message par Mhz Sam 7 Sep - 6:19

CRIS a écrit:bonjour juste une petite question ,c’est peut etre idiot mais important a mes yeux.Selon votre montage la SO239 doit être isolée par rapport a la masse du radiateur car sinon je pense que cela fait un court circuit ? merci de le preciser ma demande .Bonne journée cordialement cris

Les lubrifiants sont généralement peu conducteurs et peuvent donc servir d'isolants dans les transformateurs ou les interrupteurs.

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