Fig Circuito elettrico

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1 METODO DEA CADTA DI POTENZIAE Fig Cirito elettrio 3.1 Generalita I metodo della adta di potenziale,viene tilizzato per la misra di na resistenze,di piolo valore,in qanto onsente di eliminare gli effetti della forza elettromotrii di ontatto e della resistenza di ontatto. Il metodo è di tipo voltamperometrio,ma invee di tilizzare n amperometro si esegono de misre voltmetrihe per migliorare l inertezza slla misra. Dalla legge di Ohm si ha (vedi figra): I (1) Per risalire alla misra della orrente I, si misra la tensione * I ai api della resistenza ampione di onsegenza I I () 46

2 qindi Capitolo 3 * (3) a resistenza ampione viene selta dello stesso ordine di grandezza della resistenza inognita al fine di ridrre l inertezza sl risltato finale. Qando in n irito è rihiesta na resistenza ampione bassa si tilizzano partiolari resistori a qattro morsetti ome da figra Fig.3. esistenza a 4 morsetti A e A vengono definiti morsetti amperometrii e vengono definiti morsetti voltmetrii I morsetti voltmetrii devono essere sffiientemente distanti dagli amperometrii in modo da non distorere la distribzione della orrente nei rami amperometrii. I morsetti amperometrii sono grandi ed esterni in qando per diminire la resistenza di ontatto è neessario realizzare dei morsetti di ontatto grandi,qesto in base alla legge l ρ *. s Con tali morsetti rislta diffiile definire il valore esatto della resistenza dato he la lnghezza effettiva del resistore è determinata on na elevata inertezza. I morsetti voltmetrii sono interni di sezione piola osì la lnghezza del resistore rislterà ben determinata. A asa della loro dimensione i morsetti voltmetrii e presentano na resistenza di ontatto più grande rispetto a qella amperometrii ma iò non rea problemi in qanto rislteranno in serie all impedenza dello strmento di misra he sarà elevata qindi non vengono attraversare dalla orrente. Infatti il irito eqivalente della resistenza a qattro morsetti è qello di figra 47

3 Fig Shema eqivalente del resistore ome doppio bipolo a onnessione di de materiali diversi fa sorgere forze elettromotrii di ontatto il i valore dipende dal materiali e dalla temperatra alla qale si trova la ginzione. Consideriamo il irito volmetrio Fig.3.4 Shematizzazione delle f.e.m di ontatto In orrispondenza di ogni ginzione (avo,morsetti voltmetrii) si hanno delle forze elettromotrii he sono rappresentate la somma di tali forze elettromotrii.si presentano diverse f.e.m. nella maglia no la i somma potrebbe essere diversa da zero perhé le diverse ginzioni possono assmere diverse temperatre (ad esempio a asa di n possibile serraggio differente dei ontatti amperometrii,e qindi di na differenza di risaldamento dei ontatti). Di onsegenza la relazione slla maglia è: m + e i 48

4 Per eliminare tale effetto sistematio nella misra di tensione si possono effettare diverse misre on la orrente prima in n verso e poi in n altro. Poihé le forze elettromotrii ome prima aennato non dipendono dal verso della orrente si ha: m I + e (4) i m I + e (5) i Di onsegenza effettando la differenza tra le de eqazioni si ha: m m I I m m (6) 49

5 3. Proedra di misra a tensioni presenti ai api delle de resistenze vengono misrate on lo stesso mltimetro, per ridrre l inertezza ome sarà dimostrato nel prossimo paragrafo. Inoltre per eliminare gli effetti delle forze elettromotrii ome visto si esegono le misre on la orrente he irola nei de versi. Di onsegenza la proedra di misra rislta pittosto artiolata. Sono neessarie infatti qattro misrazioni sessivamente on lo stesso voltmetro. Oorre qindi stabilizzare la orrente nel irito in modo he non vari altrimenti la relazione (3;6) non sono più valide. A tale fine viene tilizzato n alimentatore stabilizzato in orrente. a orrente imposta è di solito di valore elevato per ridrre l inertezza nelle misre di tensione essendo la di valore basso. Qindi la resistenza ampione viene selta in modo da sopportare orrenti elevate senza alterare le proprie aratteristihe. Però pò sedere he il valore della resistenza inognita vari per effetto termio è qindi è neessario esegire le misrazioni in n intervallo di tempo breve. Per ridrre i tempi per la misrazione e qindi per minimizzare gli effetti termii le qattro misre vengono esegite nel segente ordine: 1) ) 3) 4) In qesto modo sono ridotte le operazioni da esegire in ogni misra per passare da 1 a infatti basta spostare i piolini del voltmetro, per passare da a 3 invertire il verso della orrente e.. Malgrado tali preazioni he onsentono di esegire le misre in n tempo limitato oorre verifiare he non i siano stati effetti termii s a tale si esege na misra di, di onsegenza le misre diventano inqe. Qesta ltima misra viene onfrontata, on la prima se esse risltano 50

6 ompatibili l effetto termio è trasrabile altrimenti la misrazione rislta non valida. Poihé all amentare della orrente gli effetti termii amentano ma l inertezza diminise si effettano diverse prove per valori di orrente resenti onsiderando i valori misrati dalla massima orrente per la qali effetti termii sono trasrabili. Si effettano tre misre aggingendo n lteriore misra di he permette di valtare la presenza di derive termihe. Qindi * I * I * I 51

7 3.3 altazione inertezza Segendo la proedra prima desritta si ottengono qattro misre di tensione,,, e da qesti otteniamo: m (9) m (10) qindi * m. m Nel segito si tilizzeranno generiamente e onsiderandole risltato di na singola misra per non appesantire la trattazione senza ledere la generalità dei risltati ottenti in qanto l eqazione 9) e 10), rappresentiamo delle semplii operazioni di mediee e qindi la trattazione potrebbe essere ondotta alo stesso modo onsiderando le qattro misre. Qindi si ponga * Appliando la legge di propagazione per prodttorie si ha he l inertezza relativa s è data da: +. ( ) a pò essere ottenta dalle imperfezione fornite dal ostrttore ad esempio onsiderando l aray ed ipotizzando na distribzione rettangolare si ha: Aray ( ). 5

8 ieversa per ottenere Capitolo 3 bisogna tener onto della orrelazione in qanto è stato impiegato n solo mltimetro. Tale orrelazione si pò evidenziare onsiderando he le de hanno valori molto viini tra loro di onsegenza le tensioni misrate sono molto prossime. In qesto aso si pò affermare di tilizzare per de misre ( e ) il voltmetro nelle stesse ondizioni operative qindi al fine di eliminare gli effetti sistematii si prestano on lo stesso valore nelle misre. Gli effetti sistematii possono essere orretti detta la orrezione si ha: + (11) + (1) dove e rappresentano le misre orrette di e. Il rapporto pò essere risritto ome: ˆ ˆ + + (13) ne sege (14) ˆ + ˆ + In qesto aso le misre di ˆ, ˆ e sono sorrelate ed affette solo da omponenti di inertezza di tipo aleatorio qindi si pò appliare la legge di propagazione dell inertezza per grandezze sorrelate dalla relazioni 14) 53

9 ˆ + ˆ * + (15) 1 * ( + ) + + ( + ) * ˆ ˆ + + ˆ (ˆ + ) * iordando he : ˆ + (16) e ˆ + (17) si ha ˆ + ˆ + 1 ( ) * + * + * ˆ 4 ˆ 4 ˆ * ˆ + ( ) + * * ˆ * ˆ + Qesta approssimazione è leita in qanto ome detto << in qanto è l inertezza della orrezione. inoltre + ˆ ˆ 54

10 dove Capitolo 3 pò essere valtata per via sperimentale a partire da misre ripette ˆ effettate s C. Qindi in orrelazione si pò srivere: In partiolare: ˆ ˆ * * + +. ˆ ˆ σ 1 N 1 ( i ) 55

11 Compatibilita delle misre In qesto aso per valtare l inertezza delle singole misre è possibile esegire N misre slla resistenza ampione e qindi: σ 1 N ( ) * µ 1 56

12 3.4 Alimentatori stabilizzati Qasi ttti gli strmenti, i iriti, i singoli dispositivi elettronii, rihiedono alimentazione in ontina per poter fnzionare. a fnzione degli alimentatori stabilizzati è, qindi, qella di onvertire l energia elettria sinsoidale a 50 Hz proveniente dalla rete, in energia, anora elettria, ma on aratteristihe diverse, ossia in energia ontina. Essi, inoltre, garantisono he tale energia elettria, erogata sotto forma di tensione o di orrente ontina, resti ostante in n erto range al variare sia del ario he della tensione di rete (da qi il nome di alimentatori stabilizzati). Qest ltima, infatti, ha valore effiae nominale di 0, ma varia ontinamente drante il giorno, ed inoltre tale valore effiae dipende dal ario appliato alla rete. Il tipo di alimentatore più semplie è qello di figra: Fig.3.5 Shema a blohi di n alimentatore.- nel qale si ompiono slla tensione di rete le segenti operazioni: prima ne viene variato il livello on n trasformatore per ottenere l ampiezza desiderata, poi viene raddrizzata (ad esempio, tilizzando n raddrizzatore a doppia semionda) e qindi spianata on n filtro passa basso. Tttavia, la tensione he si preleva in sita non pò anora ritenersi ontina, perhé al livello di sita resta sempre sovrapposta na omponente variabile, ontenente armonihe della freqenza di rete, i si dà il nome di ondlazione resida o ronzio (IPPE). entità di tale ripple dipende dall effiienza del filtro, ossia dalla sa apaità di filtrare le armonihe della freqenza di rete. Inoltre, anhe il livello di ontina sbise delle variazioni, a 57

13 asa della sarsa regolazione della tensione di rete, delle variazioni del ario, della temperatra e, generiamente, del passare del tempo. n alimentatore semplie ome qello di figra (3.5) presenta prestazioni modeste e pò tilizzarsi solo per appliazioni di bassa qalità. n alimentatore stabilizzato he si omporti in modo ideale, è approssimabile ad n generatore ideale di tensione. o shema analizzato, invee, si omporta ome n generatore reale di tensione, presentando, qindi, na resistenza di sita ot non nlla. Fig.3.6 Shema eqivalente reale di n alimentatore.- Ciò fà dipendere l ampiezza della tensione appliata al ario dal valore del ario stesso. Infatti, la tensione sl ario * g, per i, al variare del ario OT + variazione della tensione 0 si ha: OT è data dal rapporto di partizione appliato, si avrà na ad esso fornita. Nel aso ideale, invee, essendo Fig.3.7 Shema eqivalente ideale di n alimentatore.- 58

14 pr variando, la tensione rimane inalterata, in qanto g Capitolo 3, e ioè la aratteristia del irito ideale è na retta orizzontale di eqazione da figra: g ome Fig.3.8 Caratteristia f(i) di n alimentatore ideale.- Si noti ome al variare del ario, n generatore ideale di tensione fornisa sempre la stessa tensione g ; in partiolare, esso fornirà valori minori di orrente al resere. a aratteristia f(i) di n alimentatore stabilizzato è detta rva di regolazione: Nella pratia, la rva di regolazione di n alimentatore stabilizzato a tensione ostante rislta solo on bona approssimazione simile ad na retta orizzontale (non si riese, ioè, mai ad avere OT 0, ma al più si riesono ad avere resistenze di sita dell ordine dei mω). Per ottenere na stabilizzazione della tensione sl ario, si pò tilizzare il metodo della regolazione serie. 59

15 egolazione serie Capitolo 3 no dei metodi più diffsi è qello di aggingere, allo shema visto, n organo di regolazione he pò essere inserito in serie o in parallelo al ario. a prima di qeste de disposizioni è qella he viene generalmente preferita per la sa effiaia. In figra: Fig.3.9 Shema di n alimentatore on organo di regolazione serie.- e riportato lo shema di prinipio di n alimentatore on regolatore serie. In esso, in serie al ario, viene inserito 1 organo di regolazione he si omporta ome n resistore variabili e la sa resistenza viene fatta variare on ontinità da appositi iriti in modo he la tensione o la orrente I varino il meno possibile per le ase sopra elenate. Infatti, ritenendo la tensione in sita dal filtro ostante, è hiaro ome na variazione del ario tensione ad esso appliata: si riperota in na variazione della 1 * * in partiolare, se tensione sl ario sarà: amenta ad n valore < > 1 1 * > * per i la nova 60

16 ovvero sarà amentata. Qindi, per riportare tale Capitolo 3 al valore preedente, basta amentare la resistenza ad n valore in maniera tale he diventi pari a, ristabilendo,qindi, lo stesso rapporto di partizione preedente. n disorso del ttto analogo vale nel aso in i diminisa. Se invee si vole stabilizzare la orrente I fornita al ario, essendo: I se il ario amenta in modo he > + implia he + > +, sege he: I < I + + ovvero la orrente sl ario è diminita. Per amentarla, oorre allora diminire la resistenza ad n valore tale he + sia gale a + e non più maggiore, osihé la I sia pari alla I. n disorso del ttto analogo vale nel aso in i diminisa. Per la regolazione serie si hanno in genere de tipi di fnzionamento: qello nel qale lo sopo è di ridrre a! minimo le variazioni della tensione ai api del ario (alimentatore a tensione ostante) e qello nel qale si preferise he sia la orrente I nel ario a non variare (alimentatore a orrente ostante). 61

17 Alimentatore a tensione ostante Il proedimento di regolazione si basa s n amplifiatore operazionale in onfigrazione invertente ome da figra: Fig.3.10 Configrazione invertente.- Spponendo he esso abbia n omportamento ideale, la sa tensione d sita sarà: p * s EF Per trasformare n amplifiatore invertente in n alimentatore stabilizzato diviene: Fig Shema di n alimentatore a tensione ostante.- è sffiiente appliarvi in ingresso na tensione di riferimento EF qanto più possibile ostante e onsiderare estratto, dall operazionale di fig.(3.11), il so stadio finale, ostitito dal transistore regolatore serie e dal generatore (batteria) he eroga na tensione B ontina, ma non stabilizzata. B 6

18 amplifiatore di onfronto nello shema di fig.(3.11) paragona ontinamente la tensione di sita on la tensione ostante I provoa slla resistenza P prodotta dalla adta he la orrente P. Infatti, avendo e è evidente ome ai morsetti dell operazionale si abbia + v P il nodo omne A, e v P. Se per na asa qalnqe qeste de tensioni non sono gali, l amplifiatore invia n segnale di orrezione tale da modifiare lo stato di ondzione del transistore regolatore serie. Ad esempio, possiamo onsiderare he in n primo momento la tensione s n dato ario sia stabilizzata, in qesto aso la tensione di riferimento P e la tensione oinidono, per i in ingresso all amplifiatore è n tensione nlla.se si fa amentare il valore della resistenza del ario, a parità di orrente I si avrà n amento della tensione * I. a variazione di omporta anhe na variazione della tensione di ingresso al omparatore, he in qesto aso rislta essere di valore positivo in qanto >. Dato he l amplifiatore è invertente, in sita darà n segnale on segno negativo; qesto signifia he la tensione di polarizzazione del transistore, BE, sbise na diminzione rispetto al valore he aveva preedentemente. Qesta nova sitazione determina na onsegente diminzione della orrente di base he irola nel transistore e qindi, essendo I β * I omporta na diminzione di I e qindi di. Qindi se l amento di C B, na diminzione di C P I iò determinava n amento di, la retroazione vista tende ad abbassare, in modo he il so valore non vari on e onsiderazioni fatte nel aso in i si ha n innalzamento della tensione sl ario possono essere ripette, alla stessa maniera, nel aso in i i sia na diminzione della tensione, solo he stavolta il segnale in sita dall amplifiatore ha valore positivo, in qanto ai morsetti di ingresso si ha he <. e periò, al posto di na diminzione della tensione BE del transistore, se ne ha n amento. Oltre he a fornire na ompensazione da eventali variazioni del ario, il irito visto per mette anhe di ottenere na stabilizzazione da flttazioni della tensione di alimentazione I Stavolta, per spiegare la stabilizzazione, faremo riferimento alla maglia di sita del transistore, riportata in figra; P 63

19 Fig Maglia di sita del transistore.- dato he vale la relazione: B CE il omparatore vede la variazione di B ome na variazione di e, qindi, la ompensa nello stesso modo analizzato prima. e tensioni in ingresso all amplifiatore possono risltare diverse per de motivi: 1) perhé na asa pertrbatrie è interventa (variazione della rete, del ario, della temperatra, e.); ) perhé l operatore ha volto variare la tensione agendo sll apposito omando P. In ogni aso, dopo n breve transitorio il sistema si riporta a regime (tensione nlla tra gli ingressi dell amplifiatore, he è indie di na avventa stabilizzazione). In parallelo ai morsetti di sita, ompare il ondensatore C di elevata apaità: esso serve ad impedire he per partiolari valori del ario si inneshino osillazioni.a qalità dello strmento dipende da molti fattori e in gran parte dalla banda e dal gadagno dell amplifiatore di onfronto e del regolatore serie. Inoltre, oorre he la sorgente di riferimento, le resistenze P e s e l amplifiatore di onfronto siano a basso rmore e non siano sottoposti a variazioni di temperatra; è neessario, qindi, he non si trovino in prossimità di distrbi di natra elettromagnetia o di sorgenti di alore.si raggingono normalmente delle stabilizzazioni nei onfronti della rete e del ario dello %, mentre ripple e rmore hanno n valore effiae ompreso tra 0. m. In strmenti di partiolare pregio, realizzati on grande aratezza e nei qali gli organi sensibili alla temperatra sono termostati, qeste ifre sono migliori di n ordine di grandezza. 64

20 Alimentatore a orrente ostante alimentatore a orrente ostante mantiene nel tempo il valore di orrente imposto, nono stante le variazioni della rete, del ario, della temperatra, e. Sarà allora la tensione ai api del ario a variare in modo he, idealmente, la orrente sia insensibile a tali ase pertrbatrii ome da figra: Fig.3.14 egame f(i) per n alimentatore a orrente ostante.- Da n pnto di vista ideale, qindi, n alimentatore stabilizzato di orrente si omporterà ome n generatore ideale di orrente ontina, offrendo na resistenza d sita infinita.nella pratia, invee, n alimentatore a orrente ostante presenta na resistenza di sita non infinita, ma molto elevata (oltre il M Ω)). In qeste ondizioni, non è allora onsigliabile mettere n ario on valore molto alto, ome ad esempio n voltmetro (he ha elevata impedenza d ingresso), perhé, in qesto aso, la resistenza del ario è paragonabile alla resistenza d sita dell alimentatore e, dnqe, si avranno dei fenomeni di perdita, on onsegente peggioramento della stabilizzazione.tra i vari shemi possibili, si prenda ora in esame qello di figra. Fig.3.15 Shema di n alimentatore a orrente ostante.- 65

21 a atena di reazione, in qesto aso ostitita dal regolatore serie, dall amplifiatore di onfronto e dalla resistenza M, agise in modo he, in ondizioni di eqilibrio, la tensione tra gli ingressi dell amplifiatore sia nlla. Se si prende ome riferimento di massa il pnto A, n ingresso dell amplifiatore (v rislta a potenziale nllo, l altro ad n potenziale approssimativamente gale a v M * I M Q * I (siome il pnto B a massa virtale e siome l amplifiatore non assorbe orrente EF EF I ) M * I M Q * s S [l idealità dell amplifiatore, v v ], da i: Q Q I M * I * * M S M EF Appare hiaro he se si verifiano le ipotesi di fnzionamento ideale dell amplifiatore operazionale e la M ha n valore ohmio pittosto ontento, la orrente nel ario rislta essere proporzionale al resistore Q e, dnqe, agendo s qesto, l operatore ne pò segliere il valore. Se per na ragione qalsiasi (asa pertrbatrie o n intervento s Q da parte dell operatore), la tensione tra i de ingressi dell amplifiatore dovesse risltare diversa da zero, tale amplifiatore interverrebbe istantaneamente on n segnale di orrezione, in modo da variare la ondzione del transistore regolatore serie, e in ltima analisi I M, finhé la adta s M non torni ad essere gale al potenziale della tensione di riferimento. Per omprendere meglio l effetto stabilizzante della retroazione, faiamo n esempio. Spponiamo di avere n amento della I rispetto ad n valore preedentemente stabilizzato; qesta variazione omporta anhe na variazione di I C he è la orrente di ollettore del transistore. Ad n amento di I orrisponde n amento di I E la qale si ripartise in I e I M. Si noti he la orrente i è sempre ostante, in qanto la tensione s s è sempre gale a EF ; qesto signifia he n amento della I E omporta n amento della sola I M. Se, qindi, si valta la tensione di ingresso al morsetto invertente si ottiene he: v M * I M Q * I 0 Dnqe, si vede sbito he al morsetto invertente, in qeste ondizioni, è appliata na tensione diversa da zero he prode in sita dall amplifiatore n segnale he va a diminire la tensione di polarizzazione del transistore e, qindi, la sa 66

22 orrente di base. Ciò si riperote in na diminzione della I C e, in definitiva, della I. Il bon fnzionamento dell amplifiatore di fig.(3.15) dipende dalla stesse ase già indiate per l alimentatore stabilizzato di tensione. Si noti he, negli alimentatori a orrente ostante, il ondensatore C, he ome si è già detto serve ad impedire he per partiolari valori del ario si inneshino osillazioni, pone n problema non indifferente: infatti in qesti alimentatori la tensione di sita deve poter variare on grande prontezza per onsentire a I di rima nere ostante, osa i si oppone C he, essendo di valore elevato, amenta la ostante di tempo di risposta del irito. Negli alimentatori migliori si era, dnqe, di ridrne il valore, se non addirittra di eliminarlo. 67

23 Alimentatori a tensione e orrente ostanti I de tipi di alimentatori illstrati in preedenza hanno molti elementi in omne ed infatti si diversifiano solo per alne parti, tra l altro poo ostose. Ciò ha sggerito ai ostrttori l opportnità di rinirli in n solo shema, ottenendo alimentatori a tensione e a orrente ostanti ome da figra: Fig.3.16 Shema di n alimentatore dale. - Nello shema ompaiono de amplifiatori di onfronto: qello indiato on è preposto alla regolazione della tensione, mentre qello ontrassegnato on la I è preposto alla regolazione della orrente. Ovviamente, sddetti amplifiatori non potranno fnzionare mai ontemporaneamente, ma a seonda del valore della resistenza di ario fnzionerà l no o l altro, per n regime a tensione ostante o a orrente ostante. Il passaggio da na modalità di fnzionamento all altra avviene atomatiamente, e grazie ad n irito di disaoppiamento, qando la resistenza di ario assme n valore ritio e della orrente I in sita. C pari al rapporto dei valori programmati della tensione a rva di regolazione dell alimentatore è riportata in figra: 68

24 Fig.3.17 Caratteristia - I di regolazione. - Partendo on n ario (pnto A), la tensione è pari al valore programmato dall operatore tramite il ontrollo della. idendo via il ario, la tensione resta ostante (pnto B), ma amenta la orrente I.Si ginge osì al pnto C nel qale all alimentatore per le selte fatte di di oinide on la resistenza ritia P e Q C he ompete ( ioè varia a seonda dei valori Pe Q selezionati dall tente). Da qesto momento in poi, l alimentatore passa atomatiamente al fnzionamento a orrente ostante e, diminendo lteriormente, mentre la tensione diminise, la orrente di sita resta C ostante al valore I programmato dall operatore s Q. Si ginge, osì, ad avere l sita in orto irito (pnto E in i 0 ), he orri sponde a 0. Se sessivamente la torna ad amentare gradalmente, fino ad avere, la aratteristia viene riperorsa in senso inverso. Si noti he, agendo si omandi P e Q, è possibile spostare il pnto C ovnqe nel primo qadrante del piano artesiano, ompatibilmente on i limiti del regolatore serie, e, qindi, dare a qalsiasi valore. iapitolando: I) per > il fnzionamento è a tensione ostante ) per < il fnzionamento è a orrente ostante. Da qanto si è detto appare hiaro he qesto alimentatore ha n fnzionamento ompleta mente protetto, perhé non esiste aln valore del ario he possa portare il fnzionamento dell alimentatore fori dalla rva di regolazione 69

25 onsiderata, sia he lavori ome generatore di tensione he ome generatore di orrente. Qesto tipo di alimentatore presenta delle bone doti stabilizzazione sia di linea he di ario (0.001 ± 0.05%), pioli distrbi della tensione di sita (ripple e rmore ompresi tra 0.05 l m) e ottima prontezza a reagire ai transistori (<50 μs). A qeste ottime doti si ontrappongono alni limiti: 1) Innanzittto, n erta inadegatezza a dare in sita delle tensioni elevate (gli alimentatori serie, infatti, arrivano a fornire tensioni dell ordine dei 0, 40, 50 ) a asa dei limiti slla potenza dissipabile dal transistore. ) Sopratttto, no sarso rendimento energetio; infatti drante il fnzionamento, speialmente qando è piola e I è grande, na notevole qantità di potenza viene dissipata nel transistore regolatore serie. Ciò è dovto al fatto he 0 e ioè la B CE, periò qando la tensione in sita CE B tensione dissipata sl transistore è qasi ttta qella fornita dall alimentazione. Ciò abbassa il rendimento dello strmento, he non pò mai sperare il 30-40%. 70

26 Preregolazione I maggiori inonvenienti dell amplifiatore regolatore serie e ioè il fatto di non poter sperare erti limiti nella tensione di sita e lo sarso rendimento, sono entrambi legati all eessivo valore he in talni asi pò assmere la tensione ai api del transistore regolatore serie. a preregolazione serve appnto per limitare, in n normale alimentatore a regolazione serie, la tensione realizzato variando la tensione mai molto diversa dalla CE CE ; iò è B in sita dal raddrizzatore in modo he non sia ai api del ario ad no shema di alimentatore ome qello di fig.(3.16)è stato agginto n preregolatore a SC. Gli SC sono dei partiolari diodi he presentano n lteriore morsetto. a fnzione di qesto morsetto è qello di rievere l abilitazione a ondrre, he viene fornita on n implso. Infatti, per poter ondrre, gli SC non basta he siano polarizzati direttamente, ma deve verifiarsi anhe he siano abilitati. Grazie a qesta possibilità, si pò ritardare l istante in i il diodo va in ondzione, ridendo osì, rispetto al aso in i si tilizzano diodi normali, il valore medio del segnale raddrizzato segnale ontino B. In qesto modo, al sessivo integratore arriverà n B di ampiezza minore e, siome è ostante ( infatti, è la tensione stabilizzata), e la tensione B CE CE rislterà ridotta, risolvendo osì i problemi di dissipazione del transistore.il irito di omando degli SC serve a regolare l intervallo di ondzione ridendolo proprio qando la tensione ai api del transistore regolatore inizia a resere.ttte le prestazioni generali dell alimentatore on regolazione serie restano pratiamente invariate, tranne la risposta ai transitori, he rislta n poo meno pronta e, natralmente, essendo minore la potenza dissipata sl regolatore, il rendimento rese notevolmente attestandosi s valori intorno al 70%. 71

27 egolazione a sr Negli alimentatori stabilizzati on regolazione serie, data la grossa potenza dissipata sl transistore, oorrono grosse alette di raffreddamento ed oorre sare omponenti di qalità, on onsegente amento di ingombro e osto dello strmento. Per molte appliazioni, dal pnto di vista della stabilizzazione e dei distrbi, non sono rihieste delle prestazioni osì spinte ome qelle he si ottengono dalla regolazione serie: è sffiiente he l alimentatore sia eonomio non molto ingombrante e di bon rendimento energetio. Si ottengono qesti obbiettivi on la regolazione a SC, nella qale, rispetto allo shema on preregolatore, viene omesso il regolatore serie, mentre gli amplifiatori di onfronto agisono sl irito di omando degli SC, regolandone l intervallo di ondzione. Se la tensione in sita tende a diminire, interviene l amplifiatore di onfronto della tensione he agise sl irito di omando degli SC amentando l intervallo di ondzione e qindi la tensione he perviene al filtro di sita. e prestazioni generali possono riassmersi in na regolazione ompresa tra lo 0.05 e l l%, ripple e rmore on valore effiae intorno ai 50 m, risposta ai transitori di (50 ± 00 ms), rendimento 70%. 7

28 egolazione a ommtazione E na lteriore tenia, alternativa alle preedenti, e tilizzata per le medie e alte potenze e qando sia rihiesto n livello elevato della tensione di sita. Il prinipio s i è basato non è reente, ma solo gli ltimi svilppi tenologii hanno attirato s di esso l interesse dei ostrttori. Si allde sopratttto ai transistori he reggono alne entinaia di olt e parehi Ampere, on tempi di ommtazione minori del miroseondo, a diodi veloi, a materiali magnetii ad alto rendimento in alta freqenza, a ondensatori di bone prestazioni. ediamone gli aspetti essenziali: Fig Shema a blohi.- a tensione di rete viene direttamente raddrizzata e spianata (senza he il so livello sia ridotto on n trasformatore, ome invee aade nelle tenihe preedentemente viste), e la tensione ontina risltante A hopperata ad alta freqenza (oltre i 0kHz), viene trasformata in onda rettangolare. Sessivamente, n trasformatore per alte freqenze ne porta l ampiezza al livello desiderato e a qesto pnto, raddrizzata e spianata, viene inviata ai morsetti di sita. a regolazione avviene anhe in qesto aso tramite reazione negativa: la tensione di sita viene prelevata e inviata ad n omparatore, insieme ad na tensione di riferimento EF. implso di sita del omparatore ginge al 73

29 irito di omando dell interrttore, osì da definirne il rapporto tra l intervallo di tempo in i è hiso e qello in i è aperto. Il fnzionamento apparirà più hiaro se si fa riferimento all esempio mostrato in fig. 13, dove la tensione B è la tensione in sita dal filtro. he, essendo affetta da ripple, è stata rappresentata on andamento triangolare. interrttore viene hiso, s omando del omparatore, qando il valore della tensione B si abbassa al di sotto del valore della tensione di riferimento, mentre viene aperto s omando dell osillatore, he, essendo a freqenza fissata, genera il segnale di apertra ad intervalli di tempo regolari (nel aso di na freqenza a 0kHz, il segnale di apertra è mandato ogni 50μp avendo osì n apertra sinrona). Spponiamo he intervenga na pertrbazione he provoa, ad esempio, na diminzione della ; la rampa disendente della B intersea il valore di riferimento prima di qanto lo faesse nel aso preedente e, qindi, l implso del omparatore hide prima l interrttore. a onsegenza è he amenta il ilo di lavoro della e, dnqe, la tensione di sita (infatti, è pari proprio all integrale di A Nella pratia, gli interrttori sono ostriti on n transistore per ommtazione. I vantaggi offerti da qesta tenia di regolazione sono molteplii. Innanzittto, non è più il trasformatore d ingresso he, dovendo essere di dimensioni rapportate alla potenza di bassa freqenza (50Hz) fornita dalla rete, rislta volminoso e pesante. Inoltre, il regolatore (he in tal aso è ostitito dall interrttore) è anora realizzato da transistori, però fnzionanti o in satrazione o in interdizione, ioè in ondizioni di potenza dissipata qasi nlla: qesto on sente elevati rendimenti (fino all 80%) e n notevole risparmio di dissipatori. a tensione raddrizzata è onvertita in alta freqenza perhé in qesto modo, a parità di prestazioni, si possono tilizzare dei trasformatori on indttanze più piole rispetto a qelle he si trovano nei trasformatori he lavorano a freqenza di rete e, qindi, di ingombro minore. A fronte di qesti vantaggi i sono anhe alni svantaggi ome, ad esempio, na iriteria n pò più omplessa, na minore prontezza di risposta ai transitori (<3 ms) a asa della presenza degli stadi filtranti, na minore regolazione e distrbi in sita maggiori. 74

30 Fnzionamento partiolare on ario lontano Se l alimentatore si trova a fnzionare on il ario lontano dai soi morsetti di sita, ttte le se prestazioni sono inevitabilmente peggiorate dalla neessità di lnghi ollegamenti; il deterioramento delle prestazioni è proporzionale al rapporto tra l impedenza dei ollegamenti e l impedenza di sita dell alimentatore. Si possono introdrre delle disposizioni iritali atte a ridrre notevolmente l effetto dei ollegamenti, on la possibilità di pnti di verifia lontani (SENSE). n esempio di irito he tilizza i sense è qello di figra: Fig.3.18 Shema rappresentativo on ario lontano.- Qando si hanno dei arihi lontani, n operazione di omparazione della tensione sl ario on qella di riferimento sarebbe falsata, perhé alla porta di sita dell alimentatore la tensione he si preleva è la somma della tensione sl ario e delle adte di tensione slla linea. Se dnqe non si tilizzassero degli aorgimenti, si tenderà a stabilizzare la tensione del irito formato dalla serie del ario e delle resistenze di dispersione, anzihé la tensione sl solo ario. I sense permettono appnto di svinolarsi dal ontribto delle resistenze di dispersione, in modo tale da prelevare solamente la tensione sl ario e poterne, osì, effettare la onsegente stabilizzazione. I morsetti di sense sono ollegati al ario e all amplifiatore di omparazione dell alimentatore. Essi, qindi, sono perorsi da na orrente molta bassa, in qanto l impedenza he vedono in ingresso all amplifiatore è molto elevata. 75

31 Qesto fa si he non vi siano adte di tensione lngo la linea he li ollega al ario e, qindi, attraverso i morsetti di sense è possibile rilevare la sola adta di tensione sl ario, mentre i morsetti dell alimentatore si opano di portare la orrente al ario stesso. Se, ad esempio, la tensione sl ario, in virtù delle perdite lngo la linea, è minore di qella selezionata dall operatore, il omparatore preleva qesta informazione e agise inrementando il valore della orrente slla linea di alimentazione del ario, fin qando la tensione sl ario stesso non è qella desiderata dall tente. Da riordare he i morsetti di sense non devono mai essere sollegati dal ario qando l alimentatore è in fnzione; infatti, se iò aadesse, i morsetti di sense sarebbero pratiamente allo stesso potenziale e, siome essi sono ollegati al omparatore, qest ltimo rileverebbe tensione qasi nlla sl ario, anzihé la tensione selezionata dall tente. a reazione del omparatore sarebbe, qindi, qella di amentare la orrente per portare la tensione sl ario al valore selezionato. Qesta ristabilizzazione, natralmente, non sarà mai avvertita dai sense, per i la orrente amenterà fino al danneggiamento del dispositivo. 76