ALIMENTATORE STABILIZZATO - SCHEMA ELETTRICO, RELAZIONE TECNICA

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ALIMENTATORE STABILIZZATO

SCHEMA ELETTRICO

ELENCO COMPONENTI

RELAZIONE TECNICA

Abbiamo progettato un alimentatore stabilizzato, realizzato poi su bread-board e, in seguito, collaudato, secondo il seguente schema a blocchi:

Analizziamo il funzionamento del circuito mediante lo schema a blocchi.

TRASFORMATORE

Il trasformatore di rete provvede di norma ad abbassare il valore della tensione di ingresso. Esistono diverse tipi di trasformatore; quello da noi utilizzato è costituito da un avvolgimento primario e da uno secondario. Grazie a tale dispositivo, la tensione di rete (220 V - alternata) arriva ad un valore di 9V - alternata.

RADDRIZZATORE

Il circuito raddrizzatore, ad una o a due semionde, è costituito da un insieme di diodi. Nel nostro caso, utilizzeremo un raddrizzatore a due semionde servendoci del ponte di Graetz. In questo caso, dato in ingresso un segnale sinusoidale, grazie al ponte in uscita troveremo un segnale unipolare, pulsante e con valore medio diverso da zero. L'ampiezza però di tale segnale risulta essere minore rispetto a quella del segnale in ingresso per via della caduta di tensione sui diodi polarizzati direttamente (caduta di tensione minima). Inoltre, realmente, si deve tener conto anche del valore della tensione di soglia dei diodi, in quanto solo oltre tale valore  inizia la conduzione del diodo.

FILTRO

Il segnale in uscita dal raddrizzatore ha un andamento pulsante e, rispetto al valor medio, presenta delle variazioni della forma d'onda (ondulazioni residue - ripple). Tale fenomeno, negli alimentatori stabilizzati, è indesiderato e deve essere ridotto il più possibile mediante l'uso di un opportuno filtro di livellamento, che accumula energia quando la corrente aumenta, mentre, quando questa diminuisce, restituisce l'energia accumulata fornendo corrente al carico in uscita, smorzando quindi l'oscillazione della corrente in uscita.

STABILIZZATORE O REGOLATORE

Il regolatore ha l'utilità di fornire in uscita un segnale stabile nonostante le variazioni di rete (la tensione fornita negli impianti oscilla tra valori prossimi a 220 V), di carico (con carichi diversi, vengono assorbite correnti diverse) e dei parametri del circuito (con il variare della temperatura, varia la curva caratteristica dei diodi). Esso, quindi, attenua ulteriormente il valore del ripple. Nel nostro caso è costituito da un 7805 (dove 78 indica un regolatore a tensione di uscita positiva, e 05 indica la tensione di uscita generata dal regolatore), provvisto di un'armatura dissipatrice: il segnale in uscita dall'alimentatore avrà pertanto un valore di tensione pari a 5V.

Le modifiche, nonché i differenti andamenti, della tensione (dalla rete, al carico) sono illustrate di seguito:

Supponiamo così di voler realizzare un alimentatore stabilizzato con tensione di uscita pari a 5V e corrente di 500 mA. Innanzitutto sappiamo che l'ingresso del regolatore 7805 deve essere ad un potenziale maggiore, rispetto all'uscita, di 23 V (V_dropout). Possiamo così dire che in ingresso al regolatore vi deve essere una tensione pari a:

Possiamo così calcolare il valore del condensatore che va a costituire il filtro dell'alimentatore. Sappiamo innanzitutto che la corrente in entrata nel regolatore è pressoché pari a quella in uscita,

in quanto lo stesso componente assorbe minime quantità di corrente. Per calcolare ora il valore del condensatore del filtro è necessario conoscere, con tali parametri, la tensione di ripple, che deve essere:

Per sicurezza, diciamo che la tensione di ripple è pari a 2 V. Sapendo quindi che:

Possiamo calcolare il valore del condensatore:

Nel nostro caso, volendo avere in uscita una corrente di 1 A, abbiamo collegato in parallelo due condensatori elettrolitici da 2200 μF.

Calcoliamo ora la tensione che dovremmo trovare in ingresso, e quindi di provenienza dall'avvolgimento secondario:

È questa la tensione fornita dal trasformatore.

Pertanto, colleghiamo innanzitutto il trasformate al nostro raddrizzatore a ponte di Graetz, sulla diagonale di alimentazione. Alla diagonale di carico andiamo invece a collegare in parallelo il filtro, costituito nel nostro caso da due condensatori di 2200 μF collegati in parallelo. Il loro catodo va a collegarsi sulla zona di massa in uscita.

Andiamo ora a collegare il regolatore 7805. Il suo ingresso (pin 1) viene collegato alla diagonale di carico del ponte, il terminale di massa (pin 2) va a costituire la massa in uscita dall'alimentatore, mentre il terminale di uscita (pin3) va a costituire l'attacco positivo.

Inoltre, in uscita al regolatore, colleghiamo un altro condensatore, di 220 μF, al fine di ridurre il più possibile l'ondulazione residua dell'alimentatore (ripple), a valori accettabili, grazie alla sua funzione di carica - scarica. Anche in questo caso, il catodo del condensatore viene collegato alla zona di massa.

In più, abbiamo previsto anche un indicatore, costituito da un diodo LED, che segnala il funzionamento del l'alimentatore. Il LED, collegato in serie ad una resistenza limitatrice, di valore 330 Ω, viene così disposto in parallelo all'uscita, dalla quale possiamo così prelevare una tensione continua di 5 V e una corrente di 1A, nel nostro caso.

COLLAUDO

A progetto terminato abbiamo realizzato le elaborazioni principali per giungere al collaudo del lavoro. Siamo quindi arrivati alla stesura dello sbroglio, che mostra il progetto per la realizzazione sottoforma di circuito stampato, e da qui master e layout, che mostrano rispettivamente i collegamenti stampati e la disposizione dei componenti.

Successivamente abbiamo realizzato sperimentalmente il nostro progetto su bread-board, escludendo però il trasformatore. Una volta controllati i collegamenti e analizzato, con l'ausilio di un tester, il circuito, siamo passati alla fase di collaudo vero e proprio. Abbiamo così collegato alla presa della 220 V il nostro trasformatore da 9 V, e a questo abbiamo fatto seguire il circuito dell'alimentatore: a collegamento avvenuto, il LED di funzionamento si è acceso immediatamente, evidenziando così il giusto funzionamento. Abbiamo poi verificato effettivamente, mediante l'ausilio di un tester, il valore dell'uscita, con tensione di 5V e corrente di 1 A. Come ulteriore verifica, abbiamo collegato le uscite dell'alimentatore realizzato ad un circuito di conteggio realizzato su un'altra bread-board. Da qui abbiamo potuto constatare il corretto funzionamento del circuito di prova. Possiamo così dire che il progetto è stato realizzato correttamente.