Lezione 14 – Alimentatore

PREMESSA
GENERALITA’

FUNZIONAMENTO

PROTEZIONE DELLO ZENER

APPLICAZIONI

CURIOSITA’

PREMESSA
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Le presente lezione è stata tratta dal libro “ALIMENTARE E’ FACILE”.
Autore, CLAUDIO ABBONDI ( IK0UTI) di Latina. Trattasi di una pubblicazione tecnica teorico-pratica utilissima per qualsiasi laboratorio elettronico o per chiunque costruisca apparati elettrici o elettronici. Tratta esclusivamente lo studio e la costruzione di alimentatori in tensione e corrente continua nei diversi aspetti. Si può ordinare a Edizioni Sandit SRL. Via IV Novembre, 3/P , 24021 ALBINO (BG).(E-mail : info@sandit.it). Il costo è di Euro 13,50.-
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GENERALITA’

Per raddrizzare la corrente alternata, viene usato un dispositivo a semiconduttore chiamato “DIODO RADDRIZZATORE”, la cui caratteristica è quella di lasciar passare la corrente solamente nel verso della giunzione, introducendo, nel contempo, una lieve caduta di tensione il cui valore può essere considerato irrilevante nel caso di tensioni elevate ma, per tensioni di basso valore, può rivestire una certa importanza e bisogna tenerne conto.
Esistono due grandi famiglie di diodi raddrizzatori, quelli costituiti prevalentemente da Germanio e quelli costituiti prevalentemente da Silicio, questi ultimi consentendo il passaggio di correnti più elevate di quelli al Germanio sono quelli a maggior diffusione e presentano una caduta di tensione pari a 0,7 Volt, (Per quelli al Germanio tale valore è di circa 0,3 Volt) allorché lo si polarizza in senso inverso (Collegando, cioè, il positivo alla zona N ed il negativo alla zona P) il diodo non lascia passare alcuna corrente, (In realtà qualcosa passa, si tratta di una debolissima corrente che viene denominata “corrente di fuga”).
Se si prova ad elevare la tensione inversa applicata ai capi del diodo, giungeremo ad un certo valore oltre il quale la giunzione si distrugge.
Questo punto è detto di Breakdown (Oppure anche valore dell’effetto valanga) ed è il punto oltre il quale inizia la rapida ionizzazione degli atomi costituenti il semiconduttore.
Si scrive e si parla di diodi al Silicio, al Germanio, occorre precisare che tali definizioni sono puramente indicative, bisogna ricordare che i semiconduttori non sono costituiti da elementi chimicamente puri.
Agli atomi costituenti il semiconduttore, mediante una tecnica detta di “drogaggio” vengono aggiunte microscopiche quantità di altri elementi come l’Arsenico, il Gallio, il Tantalio, il Fosforo…….allo scopo di migliorare la conducibilità elettrica e/o la risposta a determinati segnali (Con questa tecnica nascono i Fet, i Mosfet e tanti altri componenti).
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FUNZIONAMENTO
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Questo valore particolare viene detto tensione di ZENER o, più brevemente Vz.
In figura 18a si vede il simbolo grafico del Diodo Zener mentre nella figura 18b viene mostrata la curva caratteristica comportamentale rispetto alla tensione. Infatti, il grafico della fig.18b, mostra con molta chiarezza il comportamento di questo diodo il quale, quando viene polarizzato in maniera diretta si comporta come un normale diodo, anche se di cattiva qualità, mentre se viene polarizzato in maniera inversa tende a comportarsi come un circuito aperto fino ad un certo valore di tensione, raggiunto il quale inizia bruscamente a condurre stabilizzando la tensione ai suoi capi ad un valore pari alla tensione di lavoro propria di quel particolare semiconduttore (Esistono diodi Zener per una gamma molto vasta di tensioni e correnti, da meno 2 Volt ad oltre 100 Volt e con potenze di dissipazione che vanno da 0,3 Watt a molte decine di Watt). Risulta chiara, quindi, la grande importanza che questo componente riveste nel settore dell’elettronica in generale.
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Fisicamente un diodo Zener, si presenta in maniera molto diversa dai comuni diodi raddrizzatori e per la variabilità della colorazione, ed anche per avere impresso sull’involucro, il valore di Vz in aggiunta alla sigla. Poiché la gamma dei Diodi Zener è molto vasta si riporta qui di seguito i “Data-sheet” dei più ricorrenti:

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PROTEZIONE DELLO ZENER.

Esaminando il grafico riportato in figura 18b, si vede che il diodo non conduce fino a quando non viene raggiunta la Vz, una volta superata questa soglia, però, la corrente aumenta in maniera esponenziale tanto da portare in rapida distruzione il componente stesso. Per evitare la distruzione, si rende necessario inserire adeguata resistenza il cui valore è dato dalla seguente formula:

R = Vin meno Vz diviso Iout meno Iz.
Dove:
R = Valore in ohm;
Vin = Tensione di ingresso del circuito;
Vz = Tensione di Zener;
Iout = Corrente assorbita dal carico;
Iz = Corrente di lavoro del diodo Zener.-
La resistenza, dimensionata nel valore con la formula di cui sopra, andrà posizionata come riportato nella figura 19 che segue:
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Qualora non si disponesse di uno Zener della tensione richiesta, è possibile collegare in serie più di uno Zener come da figura 20b che segue:
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Nel caso della figura 20b le varie tensioni di Zener si sommano dando come tensione di Zener totale la somma delle tensioni di Zener dei singoli diodi. Così facendo, si somma anche la potenza dissipabile dei singoli diodi.

Nel caso che la differenza di tensione richiesta sia molto piccola si può ricorrere a dei diodi al silicio la cui caduta di tensione, come già scritto in precedenza, è pari a 0,7 volt. L’esempio pratico è riportato nella fig. 20a che segue:
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Esaminando la fig.20b, supponendo, per ipotesi, che i tre Zener siano ciascuno da 5 Volt/3W, si otterebbe una Vz pari a 15 Volt e, nel contempo, una potenza dissipabile di ben 9 W. Per contro, il collegamento in parallelo non fornirà particolari vantaggi in quanto, a causa delle tolleranze anche minime di ciascun diodo, sarà molto difficile farli entrare parallelamente in conduzione. Infatti, entrerà in conduzione solo il diodo Zener con un Vz più basso rispetto all’altro o agli altri.
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APPLICAZIONI

Prima di passare alle applicazioni pratiche dei diodi Zener, è necessario esporre il concetto di Vin(max) e di Vin(min). La Vin (max) è la tensione che si presenta ai capi della cellula di filtraggio (condensatori elettrolitici di livellamento) quando, all’uscita dell’alimentatore non è presente alcun carico. La Vin (min) è la tensione ai capi della cellula di filtraggio quando all’uscita dell’alimentatore è collegato il massimo carico previsto.
Tra queste due tensioni esiste la seguente relazione:

Vin (min) = Vin (max) x 0,9

La relazione di cui sopra ci fornisce un valore calcolato, in via del tutto cautelativa, della caduta di tensione che si potrebbe presentare in un determinato circuito. Comunque, si precisa che la caduta di tensione non è un valore assoluto.
Premesso quanto sopra, se si vorrà costruire un alimentatore capace di erogare una tensione stabilizzata con una corrente non superiore ai 0,7 – 0,8 Amper, si può utilizzare il seguente schema (Fig 21):
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Lo schema elettrico di fig.21 che precede è soltanto un esempio di alimentatore stabilizzato con uno Zener per correnti piuttosto basse. Quando invece è necessario disporre di amperaggi maggiori, si può ricorrere alla configurazione dello schema di fig. 22 che segue:
figura 22 300x187 - CORSI DI ELETTRONICA Lezione 14
Come si vede nella configurazione circuitale di Fig.22, vengono usati due transistor collegati in DARLIGTON. Vale la pena ricordare che, in tale configurazione, i due transistor si comportano come un unico transistor il cui guadagno totale è pari al prodotto dei guadagni dei singoli transistor. Il motivo di tale scelta risiede nella elevata corrente di base necessaria per pilotare il transistor ad elevate potenze in quanto la corrente di collettore corrisponde alla massima corrente richiesta dal carico sarà quindi di:
ib = Ic diviso Hfe, dove:
ib = corrente di base;
Ic = corrente di collettore;
Hfe = guadagno del transistor (O, del Darlington).
Supponendo che la sua Vout sia pari a 25 Volt, inserendo un carico in uscita la Vout tenderà a diminuire e, di conseguenza, diminuirà anche la corrente che polarizza la base di TR2; in conseguenza di ciò avremo una diminuizione della corrente che TR2 invia a massa attraverso DZ1 il che provocherà un aumento della tensione di base di TR1 e, quindi, anche del suo emettitore di modo che la caduta di tensione provocata dall’inserimento del carico viene ad essere compensata in maniera praticamente istantanea. Risulta chiara l’importanza che riveste R1 attraverso la quale dovranno passare sia la corrente di base del Darlington che la corrente di Zener.
Pertanto: R1 = Vin (min) meno Vz diviso Idz più Vb.
R2 verrà calcolata così: R2 = Vin(Min) meno (Vout più Vbe) diviso Ib1 più Ic2 (min), essendo Ib1 = Corrente di base di TR1; Vbe = tensione base emettitore TR1; Ic2 (min) = Minima corrente di collettore di TR2 (Di solito pari al 25% di Ib1).
Infine, nel caso che, anziché una tensione fissa, si volesse avere una tensione regolabile e cioè variabile, si potrà optare per la seguente configurazione (Fig.23):

I circuiti esposti nella presente lezione non hanno alcuna protezione contro i corto circuiti in quanto, gli stessi, sono da considerare prevalentemente a scopo didattico.

Fine lezione. Gennaio 2006.
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ATLANTIDE……S A R D A
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Platone

Alle centinaia e centinaia di ipotesi che Platone ha ingenerato negli umani da sempre e che altre ancora se ne aggiungeranno nel futuro, ce n’è una nuova.
Tutte queste ipotesi derivano dai “Dialoghi” (Scritture) tra Timeo e Crizia. Secondo Platone, sarebbero presenti in queste “discussioni” avvenute in Atene, anche Socrate e Ermocrate. A parlare è solo Crizia parente di Platone (filosofo). I Dialoghi, sono stati scritti da Platone nel periodo 340/400 a.C. A detta di Platone, Crizia racconta a Timeo e agli altri presenti che un secolo prima e cioè nel 590 a C., il legislatore Solone, si fermò a Sais, capitale amministrativa d’ Egitto. Trattenendosi a Sais, Solone ebbe a parlare a lungo con i Sacerdoti di Iside e, cadendo il discorso sulle antiche tradizioni Greche, uno dei sommi Sacerdoti di Iside rimase meravigliato e rispose a Solone che le tradizioni del popolo Greco erano molto giovani rispetto ad un altro popolo dal quale gli Egiziani derivavano sicure le loro origini. Il sommo Sacerdote di Iside non si limitò solo al racconto ma avrebbe dimostrato le sue affermazioni con ampia documentazione scritta conservata nella biblioteca della città.
In sintesi, per farla breve, il Sommo Sacerdote Egizio raccontò a Solone che circa novemila anni prima del loro tempo, era esistita una civiltà molto evoluta che viveva su un’isola grande come la Libia e dell’Asia messe assieme ove non mancava nulla; la vita era ben regolata e la ricchezza ben distribuita; la terra era molto fertile e la Capitale era ATLANTIDE. Tutti stavano bene. In sostanza la Nazione era ricca e molto potente si da espandersi a Oriente (Egitto) e a Occidente (America Latina).
Purtroppo, raccontò ancora il Sommo Sacerdote Egizio, un immane cataclisma la fece sprofondare nel mare con tutti i suoi abitanti. L’Isola in argomento é Atlantide secondo il racconto di Platone si trovava al di là delle “Colonne d’Ercole”. L’enigma di sempre è quello di sapere esattamente quale località Platone intendesse indicare con le parole “Colonne d’Ercole”. Le ricerche continuano ancora.

Immagine di fantasia.

Platone, con questo suo brevissimo racconto (Pochi fogli) scritto sulla sua opera “Dialoghi” (Timeo), non solo è diventato famoso ma, penso, anche immortale e, mai, l’umano smetterà la ricerca della constatazione della verità o del falso anche nel futuro.
Io non sono pessimista o scettico, prendo tutto per buono sia il sapere e sia la cronaca probabilmente anche irreale. E non comprendo perché non credere a un grande filosofo come Platone quando, tuttora, crediamo ad altri scritti antichi denominati sacri e non, – modificati – cambiati di senso o apocrifi che, in buona parte, contengono anche delle grandi “bufale” incredibilmente suggestive, nate dall’ignoranza di quei tempi e prive di qualsivoglia notizia chiarificatrice avveniristica e basate su congetture completamente inventate (esempio, la Terra centro dell’ Universo; la Terra è piatta; il Sole gira intorno alla Terra; la Terra finisce alle Colonne d’Ercole e cioè al di là di Gibilterra era la fine; pena di morte a chi osa sostenere cose diverse). Ebbene, fatta tutta questa premessa, si legge su qualche quotidiano questa nuova ipotesi: PERCHE’ NON POSSA ESSERE LA SARDEGNA LA MITICA ISOLA DI ATLANTIDE?
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Un Archeologo-scrittore Sergio Frau e un noto Geologo, Mario Tozzi del CNR, autore fra altre cose della nota trasmissione televisiva “Gaia”, sosterebbero che l’Isola di Sardegna possa essere la mitica Isola di Atlantide per i seguenti motivi:
1°) – Platone racconta che Atlantide era un’isola dalle “Vene di Argento” e la città era ordinata in cerchi concentrici con mura fatte di ogni metallo. La Sardegna, un tempo, era ricca di Argento tanto che i Fenici non solo ne riempivano le loro navi ma addirittura facevano d’argento anche le ancore. Così fu maggiormente per i Piombo.
2°) – Platone racconta della fertilità della terra. L’Isola Sarda corrisponde molto bene a questo in quanto essa era piena di foreste e di sorgenti e con un clima talmente temperato che favoriva fino a tre raccolti l’anno.
3°) – Mancando prove certe che l’Isola di Atlantide sia stata inghiottita dal mare; è bene anche pensare – sostengono questi due studiosi – alla ipotesi di un Tsunami (Maremoto) enorme provocato da uno dei tanti vulcani sottomarini del Tirreno.
Infatti i Nuraghi della Sardegna meridionale risultano tutti semidistrutti con le stesse caratteristiche mentre quelli del nord (A Settentrione della Sardegna), risultano tutti integri. Il più importante di questi Nuraghi è quello di Barumini in provincia di Cagliari.
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4°) – Platone racconta che il popolo di Atlantide aveva rapporti continui con quello dei Tirreni. Tirreni, in greco, significa “Costruttori di Torri”. Bene, chi potrebbe negare che i Nuraghi non siano Torri?
Per questo motivo e per lo studio anche dei fanghi limacciosi che ricoprono o hanno ricoperto i resti dei Nuraghi, riferiscono che si renderebbe necessario un programma di sondaggi geologici nella pianura sarda chiamata del Campidano, onde accertare la presenza di tsunamiti e cioè di rocce di maremoto.-
Questo è tutto, più o meno.
Auguro a questi due studiosi di perseguire la ricerca con soddisfacenti risultati.

Fine. Gennaio 2006.