Classe 3BP
Compiti per le vacanze
1) Imparare a memoria il codice dei colori dei resistori
2) Riportare in tabelle tutti i multipli ed i sottomultipli di ohm, ampere e microfarad e volt e
impararli a memoria.
3) Presentare una relazione completa su un circuito a scelta trovato su una rivista di elettronica
o sul web o su uno dei due circuiti riportati qui sotto.
4) realizzare su basetta millefori un circuito elettronico a scelta. (facoltativo)
Buon lavoro
Prof. Giampietro Poli
Se avete dubbi: [email protected]
Avevo un po di materiale in giro per il garage, tra cui una
vecchia scatola metallica di un alimentatore della Intek per CB ormai fuori uso, un bel trasformatore
24V 100VA, una generosa aletta di raffreddamento per componenti in formato TO-3 e un voltmetro a
lancetta 0-30V, mi bastava aggiungere soltanto una manciata di componenti per avere un
bell’alimentatore variabile stabilizzato, che è un accessorio di primaria importanza in un laboratorio di
elettronica.
La scelta del regolatore è ricaduta sull’ LM338K, capace di erogare ben 5A (con un picco massimo di 7)
e una regolazione che va da 1.2 a 32 Volts, con una buona resistenza ai cortocircuiti.
Per la realizzazione ho fatto affidamento allo schema consigliato dal datasheet (scaricabile in fondo
all’articolo), molto semplice e di facile realizzazione, al quale ho fatto solo qualche piccola aggiunta:
ATTENZIONE: I punti di uscita dal ponte a diodi sono disegnati invertiti! Correggeremo al piu presto
Elenco componenti:
R1
:
220KΩ
R2:
R3:
47KΩ
Potenziometro
5KΩ
lineare
R4:
220Ω
R5:
22KΩ
R6:
Trimmer
1KΩ
C1:
elettrolitico
4700μF
50V
C2:
elettrolitico
4700μF
50V
C3:
poliestere
100nF
C4:
elettrolitico
10μF
C5:
elettrolitico
10μF
C6:
ceramico
100nF
B1:
raddrizzatore
D1:
1N4007
D2:
1N4007
IC1:
LM338K
DL1:
LMP:
Trasformatore
led
lampadina
neon
220V
24V
Interruttore
Dissipatore
TO3
Voltmetro 0-30V
I due diodi D1 e D2 sono di protezione per IC1 e vanno bene da 1N4002 a salire; R4 e C4 servono a
diminuire il ripple (disturbo) sull’uscita come consigliato dal datasheet. Se utilizzate la lampadina al
neon per la segnalazione della tensione, potete anche eliminare R2 e DL1, oppure usare o l’uno o
l’altra. Sulla mia scatola avevo già un interruttore che stacca una sola linea di tensione (ma sarebbe
meglio avere un interruttore che le isola entrambe) e la lampadina al neon con in serie la resistenza da
220KΩ, per cui tale valore potrebbe variare in base alla lampadina che utilizzate. Il trimmer R6 l’ho
utilizzato per la regolazione fine della lettura del voltmetro (con l’ausilio di un tester) e volendo potete
anche eliminare R5,R6 e Voltmetro e controllare la tensione di uscita con un tester, ma avere un
voltmetro sul quadro è sicuramente più comodo. La tensione in uscita si regola col potenziometro R3.
l’LM338K per poter erogare 5A continuamente ha bisogno innanzitutto di un trasformatore che sia in
grado di erogare la corrente richiesta e quindi anche di una generosa aletta di raffreddamento (isolate il
corpo metallico del componente con un kit di isolamento per TO3 se usate una scatola metallica come
me, dal momento che il corpo dell’integrato è connesso al terminale di uscita e personalmente tutto
l’alimentatore l’ho connesso al cavo di messa a terra per sicurezza)
Dato che la scatola a mia disposizione non aveva spazio a sufficienza, ho dovuto segare parte dell’aletta
per far passare il cavo di alimentazione. Sempre per mancanza di spazio anche all’interno a causa del
trasformatore, sono ricorso a piccoli accorgimenti, come l’utilizzo di un raddrizzatore montato
direttamente sui terminali di uscita (utilizzate un ponte in grado di sopportare almeno 7Ampere)
Come si vede non ho seguito precisamente lo schema realizzato su perchè ho usato materiale che
avevo a disposizione
(compreso un ritaglio di basetta in bachelite! Il circuito pure l’ho realizzato
usando caratteri trasferibili e pennarello indelebile). Ho messo 6 condensatori da 1000μF anzichè i due
da 4700 che avevo previsto (ma li sostituirò appena posso: dubito che 6000μF mi garantiscano i 5A), e
non ho montato il LED dato che utilizzo la lampadina al neon. Ho inoltre saldato direttamente sui
terminali di uscita e su quelli del voltmetro un piccolo condensatore ceramico da 100nF per sopprimere
eventuali ulteriori disturbi.
Ovviamente la scatola metallica è stata rilavorata per accogliere il voltmetro e il potenziometro,
(utilizzando trapano e lima) e riverniciata. Potete utilizzare anche un LM317 come regolatore di
tensione, ma la corrente in uscita sarà limitata a 1,5A.
Datasheet regolatore di tensione variabile LM338K (3998)
Semplice
alimentat
ore
stabilizza
to 12V 8A
di Beppe IK2XEH
Scheda tecnica
E’ un semplice alimentatore stabilizzato, costruito volutamente con
materiale di recupero e semplice reperibilita’. L’idea e’ nata dalla
necessita’ di alimentare un’autoradio con 4 uscite da 25W cad., ed
una corrente di picco di 8A totali.
Caratteristiche:
Alimentazione: 220 V a.c.
Tensione in uscita: 12 V c.c. stabilizzati
Corrente: 8 A max
Descrizione del circuito
Esamineremo ora in sequenza i principali componenti: come in tutti
gli alimentatori stabilizzati in tensione iniziamo dal trasformatore
(T) che deve garantire la potenza al carico e di conseguenza gli
ampere richiesti, in questo caso dovra’ avere una potenza
apparente di almeno 140 VA.
In successione troviamo il ponte raddrizzatore (PR) che in questa
versione e’ stato realizzato con 8 diodi di potenza adeguata, due in
parallelo per ogni ramo (min. 5A 50V cad.).
Segue il condensatore di filtro da circa 10.000 µF 35V, sostituito
con 3 da 3.300 µF 35V, collegati in parallelo (per maggiore
reperibilita’ e convenienza). Potete anche mettere solo C1 ed
evitare C2 e C3.
Il cuore del circuito e’ un semplice integrato (IC) regolatore fisso a
tre terminali µA 7812. Il terminale M del regolatore e’ stato
sollevato da massa (di circa 0,7V) con un diodo al silicio (tipo
1N4001) polarizzato direttamente in modo che la tensione
sull’uscita del regolatore risulti prossima a 12,7V. Tale tensione
sara’ poi applicata in base ai transistori finali (TR1-TR2) 2N3055
tramite una resistenza (R1-R2) da circa 1 ohm ½ watt posta in
serie a ciascuna base come indicato sullo schema. Con una tensione
di base dei transistor finali di 12,7V (e considerando che la caduta
all’emettitore della VBE silicio e’ anch’essa di circa 0,7V)
l’emettitore dara’ di conseguenza 12V stabilizzati in uscita.
Sempre sull’uscita occorre un condensatore di filtro da almeno 1000
µF 25V.
Il nostro prototipo collegato ad un carico di circa 8A di picco, se
opportunamente dissipato, non necessita di ventola di
raffreddamento.
Schema elettrico
ELENCO COMPONENTI
RESISTENZE:
R1= 1 Ω 1/2W
R2= 1 Ω 1/2W
R3= 1 kΩ 1/4W (alim. LED)
CONDENSATORI:
C1= 3300 µF 35 V elettrolitico
C2= 3300 µF 35 V elettrolitico
C3= 3300 µF 35 V elettrolitico
C4= 1000 µF 25 V elettrolitico
VARIE:
T = Trasformatore 140 VA - sec. 14 V
PR = Ponte raddrizzatore (n.8 diodi min. 5A 50V
cad.)
D1= 1N4001
TR1 = Transistor 2N3055
TR2 = Transistor 2N3055
IC = 7812 regolatore di tensione
LED
F1 = Fusibile 0,6A
F2 = Fusibile 10A
Approfondimenti
Calcoliamo la corrente che dovra’ scorrere nell’integrato (IC)
regolatore:
considerando il beta o guadagno del transistor 2N3055, essa sara’
di circa 10 volte minore per cui la base avra’ bisogno di una
corrente diminuita di 10 volte rispetto a quella all’emettitore (cioe’
0,8 pgreco).
La dissipazione nell’integrato regolatore sara’ (17-12,7) x 0,8 =
4,3V x 0,8A = 3,44W.
Consultando le specifiche tecniche dell’integrato 7812 si nota che la
potenza massima e’ di 15W nel caso in cui sia ben dissipato. (Nel
nostro caso 3,44W).
Passiamo alla dissipazione dei transistori finali (TR1-TR2):
con una tensione alternata di 14V dal secondario del trasformatore
(T), una volta raddrizzata dal ponte (PR) e dopo il filtro costituito
dagli elettrolitici 3x3.300µF deve risultare una tensione sotto carico
non inferiore a 17V (14 x √2), all’uscita abbiamo visto che e’ di
12V, ne consegue che la tensione “trattenuta” dal transistor finale
e’ 17-12=5V la quale moltiplicata per la corrente massima 8A
ottiene 40W (5Vx8A=40W).
Il transistor 2N3055 e’ stato progettato per una potenza superiore
ai 100W, in condizioni di buona dissipazione, con una corrente MAX
di 15A (nel nostro caso 40W max con corrente di picco di 8A).
Tale potenza dovrebbe essere sopportata dal transistor, ma da solo
non e’ in grado e si surriscalda, viene cosi’ “aiutato” da un
dissipatore riuscendo cosi’ a smaltire tranquillamente questa
potenza richiesta che e’ quella di punta massima.
In questo progetto basterebbe un dissipatore di 12 cm realizzabile
anche con un pezzo di telaio in alluminio per infissi.
Se si vuole migliorare ulteriormente la dissipazione del calore e’
sufficiente aggiungere una piccola ventola a 12V c.c. (recuperata da
un vecchio alimentatore per PC) che va ad autoalimentarsi sui
morsetti d’uscita.
N.B.: sul dissipatore metallico potrebbe essere presente (dipende
dal montaggio) il +17V proveniente dal ponte raddrizzatore (PR),
prevedere quindi un adeguato isolamento o dei transistori o del
dissipatore.
Al circuito e’ stato collegato un LED rosso con resistenza (R3) in
serie da 1 Kohm 1/4W per indicare la presenza di tensione in uscita.
Dimensioniamo la potenza della resistenza.
Si inizia considerando la corrente tipica per un LED rosso con
diametro 5 mm che e’ di 10mA.
La tensione in uscita (12V) sara’ cosi’ ripartita:
circa 2V sul diodo LED, la restante (circa 10V ) sulla resistenza (R3)
La potenza sopportata dalla resistenza sara’ W=(Vr x Ir) = 10V x
10mA = 100mW
Il valore commerciale che troviamo sara’ 1/4W = 250 mW.
Concludiamo senza dimenticare la potenza del ponte raddrizzatore
(PR).
Premesso che i diodi del ponte non lavorano tutti insieme ma meta’
per volta ad ogni semiperiodo, stabilita una caduta di 0,7V per ogni
coppia e una corrente di 8A, risultera’:
(0,7V x 2) x 8A = 1,4V x 8A = 11,2W totali, che ripartiti sui nostri 8
diodi sono poco piu’ di un 1W per ogni diodo nel momento di picco
di 8A.
Ricordate che i diodi disposti in coppia come sullo schema si
comportano in pratica come uno singolo di potenza doppia. La
scelta e’ stata dettata dalla piu’ facile reperibilita’ dei diodi di
modesta potenza.
MONTAGGIO
Possiamo vedere illustrato qui sotto un esempio di montaggio del
nostro alimentatore, in questa versione dotato di un solo transistor
finale, assemblato su un pezzo di telaio in alluminio per infissi. Non
e’ presente il trasformatore che andra’ collegato agli appositi
morsetti.