Spesso è utile poter disporre di una tensione di alimentazione affidabile a cui collegare i nostri dispositivi o circuiti in fase di test.
La realizzazione di un alimentatore è abbastanza banale, ma puo’ essere piuttosto complessa se desideriamo una buona stabilità della tensione in uscita e un’alta intensità di corrente.
Prima di tutto è necessario ridurre la tensione di rete ad un valore a noi conveniente, ad esempio 15 volt se vogliamo un’uscita a 12 volt stabilizzati: tale valore deve essere un po’ superiore rispetto alla tensione dell’uscita stabilizzata. Per fare ciò adoperiamo un trasformatore con opportuno rapporto tra le spire del primario e del secondario; in serie alla fase ed al neutro poniamo 2 interutori che siano in grado di isolare il circuito dalla rete e per sicurezza inseriremo in serie al trasformatore un fusibile (non mostrato in figura).
All’uscita del trasformatore inseriamo un condensatore non polarizzato per eliminare le eventuali componenti frequenziali che non ci interessano: tipicamente HF provenienti da disturbi condotti o irradiati, poi raddriziamo la tensione alternata tramite un ponte AC / DC o attraverso 4 diodi discreti come mostrato in figura. Filtriamo poi la tensione proveniente dal ponte attraverso un passabasso costituito da una capacità di opportuno valore (in dipendenza dall’entità del carico che pdovrà alimentare il dispositivo) per ottenere uan tensione piu’ costante e regolare.
Se alimentiamo un carico che assorbe una notevole corrente ci accorgiamo pero’ che la tensione si abbassa di alcuni Volt, cosa che vorremmo del tutto evitare. E’ necessario allora procedere ad una stabilizzazione della tensione.
Per fare cio’ possiamo operare in 2 modi: attraverso l’uso di un integrato come il 7812 , 7809 , 7806 , 7805 ecc… oppure attraverso un transistore di potenza opportunamente pilotato. In realtà il modo di operare degli integrati regolatori è del tutto simile al metodo che utilizzerò tra poco.
La figura qui sopra mostra un alimentatore stabilizzato che fa uso di un IC regolatore, nella fattispecie un 78L12.
A seconda del tipo di dispositivi che il circuito dovrà alimentare è necessario dimensionare i singoli componenti e aggiungere dissipatori termici all’integrato (o agli integrati se vengono parallelizzati ) e al ponte di diodi rettificatore. Per ulteriore sicurezza doteremo il circuito di un fusibile “fast” che interrompa l’erogazione della corrente nel caso l’assorbimento richiesto dal carico sia eccessivo. C’è infatti il rischio che si guasti il regolatore per eccessivo riscaldamento e che la tensione salga troppo rischiando di danneggiare i dispositivi alimentati. In fase di progetto abbiamo dimensionato i componenti affichè in entrata al 7812 vi sia una tensione piu’ alta di quella che vogliamo all’uscita: infatti dobbiamo prevedere che la tensione possa calare di un certo “ripple” a causa dell’assorbimento richiesto da un utilizzatore.
Se utilizziamo un integrato regolatore non dobbiamo dimenticarci di inserire una capacità sufficiente all’uscita della tensione stabilizzata, altrimenti il circuito potrebbe diventare instabile (tale considerazione vale anche nel caso di un regolatore a transistor).
Stabilizzazione tramite amplificatore operazionale e stadio di potenza a transtor BJT
L’immagine seguente mostra un circuito regolatore di tensione facente uso di un amplificatore operazionale e un transistore di potenza
Viene creata una tensione di riferimento nel nostro caso di 2.7 volt attraverso un diodo zener opportunamente polarizzato in inversa. Tramite un partitore resistivo viene creata una tensione proporzionale alla tensione di uscita, ma piu’ bassa :in particolare dimensioneremo le resistenze R1 ed R2 affinchè la tensione uscente dal partitore sia di 2.7 volt quando in uscita vi sono 12 Volt ). Possiamo inolre sostiture R1 ed R2 rispettivamente con una resistenza regolabile (in serie ad una fissa) ed una resistenza di valore piu’ basso.
Poniamo come ingressi all’amplificatore operazionale le due tensioni e connettiamo l’uscita di tale amplificatore alla base di un transistor di potenza (se necessario incrementandone la corrente attraverso uno stadio amplificatore).
Non appena la tensione di uscita sarà troppo alta ,la tensione relativa all’ingresso invertente dell’operazionale sarà maggiore di quella di riferimento. In tal caso la tensione sull’uscita dell’operazionale sarà nulla (o comunque molto bassa) , non sufficiente a far condurre il transistore.
Nel caso contrario il transistor potrà condurre. Si innesca quindi un meccanismo oscillatorio ,con frequenza molto alta, che alimenta a tratti il carico. Se inseriamo in parallelo al carico una capacità di valore abbastanza elevato (il valore cresce al crescere dell’assorbimento del carico) filtreremo tale frequenza ottenendo una tensione stabile.
La figura sottostante mostra l’andamento della tensione nel tempo: in rosa la tensione non regolata e in verde quella stabilizzata.
