Come costruire un alimentatore stabilizzato

In elettronica la teoria e la pratica devono essere sempre affiancate, perché altrimenti la materia risulta troppo astratta per poter essere compresa, e soprattutto perché nelle realizzazioni pratiche ci si trova a far fronte alle differenze di comportamento fra i componenti fisici e quelli modellizzati. In generale la simulazione se ben calcolata è attendibile, ma si è sempre a rischio di errori indesiderati legati alla scarsa esperienza. Cimentarsi quindi nella realizzazione di semplici circuiti è una buon esercizio che oltretutto ha risvolti applicativi molto interessanti. Vediamo quindi come costruire un semplice alimentatore stabilizzato.

• Trasformatore
• Ponte Graetz
• Condensatori elettrolitici
• Resistori
• Regolatori serie
• Stagno
• Basetta millefori
• Breadboard per circuiti

Innanzitutto dobbiamo partire dal trasformatore che costituisce uno dei punti critici di ogni realizzazione di potenza, perché dal suo dimensionamento fisico dipendono fortemente le prestazioni del circuito. Il trasformatore consente di adattare la tensione e l'impedenza di rete a quelle richieste da un dato carico, ed è composto da bobine accoppiate tramite un corpo ferroso detto nucleo. Il trasformatore è anche un elemento indispensabile per la sicurezza dei circuiti perché fornisce l'isolamento galvanico rispetto alla rete, ovvero sia non c'è un percorso diretto di corrente elettrica che dalla rete, che è attaccata al primario, raggiunge il secondario, ma un trasferimento di energia, descritto dalle leggi di Maxwell relative al campo magnetico. A parte le funzioni di sicurezza, nei circuiti elettrici il trasformatore ha il compito di produrre in uscita una tensione maggiore, uguale o minore rispetto a quella di entrata. La tensione in ingresso Vin viene portata al valore desiderato Vt tramite la formula V1/V2=n1/n2 dove n1 e n2 sono il numero di spire delle bobine. Nella maggior parte delle applicazioni in elettronica la tensione richiesta è molto minore di quella di rete, e quindi il rapporto fra primario e secondario è tale da farne calare il valore.

La tensione in uscita al secondario è sempre alternata, ovverosia, poiché dalla rete arriva una sinusoide, qua troveremo un'altra sinusoide, ma di intensità minore. A questo punto si deve montare un ponte a diodi, o ponte di Graetz, che grazie alle sue nonlinearità consente di trasformare una sinusoide, cioè un'onda che cambia segno una volta a periodo, in una periodica, a segno costante e con frequenza doppia rispetto all'originale. Questa nuova onda però non è ancora corrente continua. Fra i terminali positivo e negativo di uscita del ponte si devono adesso aggiungere dei condensatori molto grandi, detti "di filtro". La funzione di questi condensatori, una volta raggiunto un certo livello di carica, è quella di erogare l'energia necessaria per il mantenimento del livello durante le fasi discendenti del fronte d'onda. In sostanza il condensatore dopo alcuni cicli si carica e mantiene il livello di tensione circa costante, a meno di una componente periodica detta ripple. Questa oscillazione residua è molto fastidiosa, sopratutto quando si lavora in campo audio e deve essere eliminato aggiungendo un nuovo elemento, detto regolatore di tensione.

Il regolatore di tensione è un elemento attivo formato da transistor che provvede a eliminare il ripple residuo. In base alla tensione che si intende stabilizzare si dovrà applicare un regolatore serie positivo, per avere una tensione positiva o uno negativo per la negativa, attenendosi alle istruzioni di montaggio fornite sui datasheet. In commercio si trovano molte varianti dei regolatori, ma in generale il loro principio di funzionamento può essere ricondotto ad un modello unico. In entrata si ha una tensione che presenta il ripple e deve essere congruamente superiore a quella di uscita perché il regolatore presenta un certo assorbimento. In uscita invece si ha un circuito che stabilisce che la tensione sia proporzionale ad un riferimento interno, per esempio un diodo zener o qualche cosa di più complesso. Questo circuito fa lavorare può o meno intensamente un transistor montato in serie alla tensione da regolare e che provvede a mantenerla costante. Di solito in uscita la regolatore si monta un secondo condensatore elettrolitico la cui funzione è quella di "rallentare" i transitori di regolazione per garantire una tensione costante con un'ottima approssimazione.

Per moltissime applicazioni si possono utilizzare due famiglie di regolatori serie, la prima con valore di uscita preferibilmente fisso, la seconda che consente un uso anche per tensioni di uscita regolabili tramite trimmer o reti logiche. I regolatori fissi più diffusi sono le serie 78xx e 79xx, positivi e negativi rispettivamente, disponibili in una grandissima gamma di valori dai 5V fino ai 24V, sia positivi che negativi, e volendo, documentandosi sul datasheet scaricabile in PDF, si possono anche montare in una configurazione controllabile. I regolatori regolabili per eccellenza invece sono le serie LM317 e LM337, anche se ne esistono con prefissi differenti. In questo caso la tensione regolabile è estremamente ampia, con opportune reti di controllo si riesce ad avere una tensione d'uscita che va da 1.25V fino ai 57V. Per fortuna questi regolatori sono talmente diffusi che si trovano comunemente online calcolatori per dimensionare le reti di controllo.

• Prestare molta attenzione quando si lavora con le correnti di rete e non far surriscaldare i circuiti.

• calcolatore ponte di Graetz e condensatori
• calcolatore lm317
• calcolatore lm337

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