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elettronica |
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Stabilizzatori di tensione
Ø Stabilizzatore di tensione con diodo zener
Elenco componenti
D10 D13 Diodi raddrizzatori al silicio 1N4004
C16 Condensatore elettrolitico 220 mF 25 V
C17 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
C18 Condensatore elettrolitico 100 mF 25 V
C19 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
R2 Resistenza al carbone 330 W / 2 W
DZ14 Diodo zener al silicio BZXC5V1
Tensione in ingresso : ~ 8 Veff Tensione in uscita : 5 V
Corrente in uscita : 50 mA
Un circuito che stabilizza una tensione alternata ad un valore prefissato è quello riportato in ura 3.
Diciamo fin da subito che il limite di questi stabilizzatori è quello di erogare in uscita solo correnti dell'ordine di qualche centinaio di mA..
Nel nostro caso il circuito progettato stabilizza ad una tensione di + 5V ed eroga una corrente massima di 50 mA.
Il diodo zener utilizzato per stabilizzare è un Bzx55C5V1.
VZ = 4,8V 5,5V
Diodo zener BZXC5V1 rZ < W
IZ = 80 mA
PTOT = 500 mW
Il diodo zener utilizzato permetterà quindi di stabilizzare ad una tensione di 5,6-5,7 V circa ,
in quanto la tensione ai capi del diodo è data dalla relazione seguente:
Vz = Vzk + rz * Iz
Come è possibile notare dalla relazione precedente la tensione ai capi del componente è legata oltre che alla tensione di zener VzK , alla corrente di polarizzazione del diodo Iz e alla sua resistenza differenziale rz.
Maggiore è la resistenza differenziale di un diodo , maggiore sarà la Vz ( Aumenta infatti il prodotto rz*Iz ) minore quindi la qualità del componente.
E' importante sottolineare che il dimensionamento di Rz; Iz;e Dz è legato alla corrente I l assorbita da un carico Rl allacciato all'alimentatore.
Per abbattere il RIPPLE in uscita (cioè dopo lo zener) si ricorre a due condensatori , uno elettrolitico l'altro un poliestere metallizzato , collegati in parallelo dopo il diodo zener.
Se chi progetta il circuito non fissa un valore massimo possibile che il RIPPLE deve avere, per ottenere una buona stabilizzazione della tensione d'uscita è necessario che ai capi del condensatore di filtro C16 ci sia una tensione almeno doppia rispetto alla tensione Vz dello zaner.
Sottolineiamo che la resistenza di polarizzazione dello zener è attraversata da correnti abbastanza elevate per cui la progettazione del circuito richiede anche il calcolo della potenza dissipata dalla resistenza.
Riprendendo il discorso de RIPPLE ricordiamo che l'accoppiata condensatore di filtro Cf e condensatore poliestere metallizzato servono come gia detto per abbattere al meglio il RIPPLE, ma non solo:
Il condensatore elettrolitico ha come compito principale l'eventuale abbattimento del ripple.
Il contestatore poliestere metallizzato serve per smorzare eventuali oscillazioni in alta frequenza.
Come è gia noto dalla pratica il ponte a diodi iniziale serve a convertire il segnale sinusoidale alternato in ingresso in una doppia semionda unidirezionale mediante il collegamento di 4 diodi 1N4002 come mostrato nel circuito in .3.
Il PRINCIPALE SVANTAGGIO DI QUESTO CIRCUITO:
Non HA NESSUNA PROTEZIONE contro eventuali correnti di cortocircuito.
Ø Stabilizzatore di tensione con diodo zener e transistor di regolazione in serie.
Elenco componenti
D5 D8 Diodi raddrizzatori al silicio 1N4002
C9 Condensatore elettrolitico 4700 mF 35 V
C10 Condensatore elettrolitico mF 25V
C11 Condensatore elettrolitico mF 25 V
C12 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
C15 Condensatore elettrolitico mF 35 V
R1 Resistenza al carbone W / 2 W
D9 Diodo zener al silicio BZXC16
TR Transistor npn TIP 31C (Contenitore TO220
D15 Diodo al silicio BY251
P1 Potenziometro al carbone 1 KW
Tensione in ingresso : ~ 18 Veff Tensione in uscita : 15 V
Corrente in uscita : 2 A
Questo tipo di circuito stabilizzatore di tensione deve il suo nome per il fatto che utilizza un transistor TIP31C posto in serie rispetto alla tensione d'ingresso ½ e la tensione d'uscita Vo e un diodo zener C16 per ottenere all'uscita una tensione continua variabile da 0-l5 V con una corrente massima erogata di 2 A.
Il transistor è collegato come segue:
C TIP31C E
Vo VI B
Come è possibile notare dal circuito completo la tensione di base del transistor ( e quindi anche la sua corrente di base IB) è determinata dalla tensione di zener Vz.
Per ottenere all'uscita dello stabilizzatore una tensione regolabile da 0-l5v occorre partire con una tensione di zener superiore a quella che si vuole avere in uscita al circuito stesso.
Infatti nello stabilizzatore progettato è stato utilizzato uno zener da 16V e per questo possiamo ottenere come massima tensione erogabile dallo stabilizzatore 15V.
La regolazione della tensione di base del transistor avviene tramite il trimmer resistivo o potenziometro posto alla base del TIP31C.
I condensatori elettrolitici C15 e C11 svolgono due funzioni differenti e molto importanti.
Il C15 serve contro eventuali variazioni del carico Rl collegato all'alimentatore e per questo motivo è posto ,non a caso, in parallelo al carico stesso.
Il Condensatore C11,sempre elettrolitico, oltre che a ridurre eventuale RIPPLE serve a diminuire il transitorio del transistor contro , ancora una volta,possibili variazioni del carico Rl.
Ancora una volta la scelta della resistenza Rz per la polarizzazione del diodo zener deve essere effettuata in modo tale da garantire il buon funzionamento del componente.
Per la buona polarizzazione dello stesso si consiglia di assumere Il tra gli 8mA e 10mA minimo.
La scelta del transistor TIP31C ,invece, deve essere effettuata in base alla corrente erogata dallo stabilizzatore, una scelta questa che tiene conto della SOA (SAFE OPERETING AREA) del componente.
Il TIP31C permette di avere , con buona sicurezza, una corrente d'uscita dello stabilizzatore ( che altro non è che la corrente di emettitore del transistor) di qualche Ampere.
Per migliorare il funzionamento del circuito al posto del TIP31C si potrebbe utilizzare un DARINGTON di potenza con Hfe molto più elevato rispetto ad un normale transistor.
In entrambi i casi comunque è sempre necessario ricorrere ad un dissipatore per raffreddare i componenti evitando così che l'eccessiva temperatura interna del PACKAGE li danneggi.
Come ultima osservazione sul circuito ricordiamo che condensatore elettrolitico in parallelo al diodo zener, serve per compensare le variazioni di temperatura del componente alle alte frequenze.
Come è gia noto dalla pratica il ponte a diodi iniziale serve a convertire il segnale sinusoidale alternato in ingresso in una doppia semionda unidirezionale mediante il collegamento di 4 diodi 1N4002 come mostrato nel circuito in .2.
Ancora una volta, come per il circuito precedente, il principale svantaggio di questo circuito
È la mancanza di protezioni contro eventuali correnti di cortocircuito.
ICM = 5 A
hFE typ = 50
Ø Alimentatore stabilizzato con tensione duale.
Elenco componenti
D1 D14 Diodi raddrizzatori al silicio 1N4002
C1 Condensatore elettrolitico 1000 mF 35 V
C5 Condensatore elettrolitico 1000 mF 35 V
C2 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
C7 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
C3 Condensatore elettrolitico 1000 mF 25 V
C8 Condensatore elettrolitico 1000 mF 25 V
C4 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
C6 Condensatore poliestere metallizzato 100 nF
U1 Stabilizzatore di tensione LM7812 (Contenitore TO220)
U2 Stabilizzatore di tensione LM7912 (Contenitore TO220)
Tensione in ingresso : ~ 15 Veff Tensione in uscita : 12 V
Corrente in uscita : 500 mA
Quest'ultimo tipo di circuito stabilizzatore di tensione utilizza due circuiti integrati entrambi a tre terminali (Nello schema del progetto U1;U3) che fanno parte della serie 78 e 79.
-LM7812CT fa parte della serie positiva.
-LM79l05acz fa parte della serie negativa.
Questi due circuiti integrati utilizzano un circuito di limitazione di corrente interna e un circuito di SHUT DOWN termico.
La massima corrente che può essere sopportata da questi componenti è 1A.
La tensione di ingresso di questi integrati è 18V circa , mentre la tensione d'uscita può variare tra i 5 e i 18V a seconda dell'integrato scelto.
Nel nostro caso gli integrati utilizzati ci hanno permesso di ottenere all'uscita del circuito una tensione duale di:
+12 V / 0,2 A
-l2 V / 0,2 A
i condensatori dopo i due circuiti integrati servono principalmente per:
- Diminuire gli effetti induttivi dell'integrato e dei rispettivi dissipatori sul resto dei componenti del circuito stampato.
E per questo è consigliabile ( come è stato fatto nella scheda elettronica realizzata) porli accanto ai dissipatori degli integrati.
-Servono per abbattere il RIPPLE , smorzare eventuali oscillazioni in alta frequenza e contro possibili variazioni di un carico Rl allacciato all'alimentatore stabilizzato.
Questo tipo di alimentatore stabilizzato, proprio per il fatto di utilizzare i due circuiti integrati sopra citati, permette di:
Avere protezioni contro correnti di cortocircuito
Non richiedere componenti elettronici extra per un'ulteriore stabilizzazione della tensione d'uscita.
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