Alimentatore Stabilizzato 
Questo articolo descrive un semplice alimentatore stabilizzato in grado di fornire una tensione tra 2 e 25 V e che, una volta realizzato, potrà essere utilizzato per i propri esperimenti di elettronica.
Cosa serve:
1
trasformatore 220 V - 24 V - 40 W
1
condensatore da 0.01 µF
1
condensatore da 2200 µF - 50 V
1
condensatore da 100 µF - 35 V
1
resistenza da 240 Ω
1
potenziometro lineare da 5 KΩ
1
raddrizzatore a diodi 3 A - 50 V
1 stabilizzatore di tensione
LM317
Le componenti fondamentali di un alimentatore sono 3:
- il
trasformatore: una macchina elettrica statica che ha la funzione di abbassare la tensione di rete; presenta in genere 2 avvolgimenti, uno chiamato
primario che si collega alla presa di corrente e il
secondario che fornisce una tensione più bassa di quella di entrata, proporzionale al rapporto tra il numero di spire del primario e quelle del secondario secondo la relazione
cioè il rapporto tra la tensione sul primario e la tensione sul secondario è uguale al rapporto tra il numero di spire del primario e il numero di spire del secondario. Questo valore è chiamato
rapporto di trasformazione.
- un
raddrizzatore che ha il compito di rendere unipolare, cioè monodirezionale, la tensione;
- un
condensatore di livellamento per rendere costante la tensione.
Descriveremeo meglio in seguito la funzione di questi elementi. Lo schema più semplice che è possibile utilizzare è mostrato nella seguente immagine:
Al posto del raddrizzatore potrete utilizzare 4 diodi in configurazione a
ponte di Graetz come mostrato nella seguente immagine.
Vediamo a cosa serve il raddrizzatore. Il seguente grafico mostra l'andamento della tensione alternata delle nostre case.
In ascissa c'è il tempo, in ordinata la tensione. Analizzando un singolo periodo si può notare che presenta una semionda positiva tra 0 e 10 ms, che raggiunge il massimo a 5 ms con una tensione di circa 310 V; poi diventa negativa raggiungendo il minimo pari a -310 V a 15 ms e infine torna a 0 a 20 ms. Il periodo dell'oscillazione è quindi 20 ms; di conseguenza la frequenza è
50 Hz (1 / 0.02). Si dice che la tensione è a 220 V perchè questo è il valore
RMS (Root Mean Square), o
valore efficace; se indico con p(t) la funzione che rappresenta l'oscillazione, il valore efficace è dato da:
Il valore RMS è anche uguale a 0.707 per il massimo valore dell'oscillazione e 0.707 x 310 è circa 220.
Il significato della forma d'onda è che se durante la semionda positiva la corrente scorre in una certa direzione (esce da uno dei buchi della presa a muro ed entra nell'altro), durante la semionda negativa scorre in direzione opposta (cioè si invertono i buchi da cui entra ed esce la corrente rispetto alla semionda precedente); quindi l'onda è bidirezionale (bipolare).
Il secondario del trasformatore ci dà un'onda come questa, ma con tensione abbassata al valore RMS pari a circa 24 V. Quest'onda costituisce l'ingresso del raddrizzatore, mentre l'uscita corrispondente è mostrata dal seguente grafico:
Questo circuito consente quindi di raddrizzare un segnale bipolare (ovvero bidirezionale), rendendolo unipolare (ovvero unidirezionale), ed è detto
raddrizzatore a doppia semionda.
Solo a titolo informativo l'immagine seguente mostra un esempio di
raddrizzatore a singola semionda con il relativo output, a parità di input:
Una volta raddrizzata l'onda però, la tensione non è costante, ma passa da 0 a un valore massimo e poi ritorna ancora a 0 e ciò avviene 50 volte al secondo. Per avere una tensione costante si deve utilizzare un condensatore che si carichi durante la prima semionda positiva e mantenga la carica approssimativamente costante ai suoi capi durante tutta la durata del funzionamento. In realtà durante la semionda decrescente tende a scaricarsi a causa di capacità parassite tipiche di tutte le connessioni non ideali, ma alla successiva semionda crescente si ricaricherà. L'uscita del circuito costituito dal trasformatore, dal raddrizzatore e da un condensatore di livellamento sarà quindi la seguente:
Per assicurarci che l'alimentatore che realizzeremo generi una tensione stabilizzata, utilizzeremo lo stabilizzatore
LM317; vediamo come fare.
La seguente immagine mostra i 3 terminali del dispositivo:
Il pin
Vin riceve la tensione da stabilizzare; il pin
Adj consente di variare la tensione di uscita per ottenere il valore desiderato; il pin
Vout porta la tensione stabilizzata (riferita ovviamente a massa).
Un esempio di schema per realizzare un circuito stabilizzatore di tensione impiegando questo integrato è presentato nella seguente immagine:
Nel circuito si possono distinguere:
C1 è un condensatore usato sempre dopo i raddrizzatori a ponte di diodi;
C2 è un condensatore posto tra il pin di ingresso e massa per evitare autoscillazioni;
C3 è un condensatore da 10 µF usato per stabilizzare la tensione regolata (come da specifica nel datasheet);
C4 è un condensatore posto tra il pin di uscita e massa per stabilizzare l'uscita; per migliorare l'impedenza di uscita ed eliminare transitori dovuti all'alternata è consigliato utilizzare un condensatore tra 100 µF e 1000 µF con una tensione superiore a quella massima che si preleverà in uscita;
D1 è un diodo di sicurezza posto tra i pin di ingresso e uscita al fine di proteggere l'integrato allo spegnimento dell'alimentazione;
D2 è un diodo di sicurezza posto tra il pin di regolazione e il pin di uscita al fine di scaricare C3 in caso si verifichi un corto circuito tra i terminali di uscita;
R1 è una resistenza da 240 Ω che insieme a R2 dà un partitore di tensione (come da specifiche sul datasheet)
R2 è un potenziometro lineare che consente di modulare la tensione in uscita.
Nella prossima pagina vedremo lo schema dell'alimentatore che vogliamo realizzare
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grazie mi è stato molto utile
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