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Stabilizzatori di tensione

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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 < 35 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                            100 mF  25V



C11           Condensatore elettrolitico                            100 mF  25 V

C12          Condensatore poliestere metallizzato            100 nF

C15          Condensatore elettrolitico                            1000 mF  35 V

R1            Resistenza al carbone                                  390 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 : - 0 ¸ 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

TIP 31C                    VCEO = 40 V

                                                                  hFE typ = 50

                                                                  Pd = 40 W

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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