Un semplice ed efficiente alimentatore con la serie LM78xx

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1 Un semplice ed efficiente alimentatore con la serie LM78xx Premessa Oggi con pochissimi euro si può acquistare un alimentatorino di bassissima potenza, con diverse tensioni di uscita un alimentatore utile per alimentare piccoli dispositivi elettrici/nici, o per circuiti elettronici hobbystici. L utilizzo è molto semplice, è sufficiente settare il valore di tensione necessario attraverso il selettore specifico; scegliere il giusto connettore di alimentazione, selezionare la polarità corretta di alimentazione dal selettore dedicato, inserire il connettore nella presa di alimentazione del nostro dispositivo ed il gioco è fatto. Ovviamente questa soluzione può andar bene per dei dispositivi standard, che non richiedano particolari accorgimenti sulla fonte di alimentazione, del tipo che sia stabilizzata, e correttamente filtrata, e che non abbia una particolare ampiezza, ed un eccessivo assorbimento, in tal senso questi alimentatori forniscono al massimo 1000 ma, quindi per assorbimenti maggiori occorre considerare alimentari di altra categoria. Attenzione non cadiamo nell errore di utilizzare come ipotetico alimentatore, uno di quelli utilizzati per la ricarica degli smartphone in quanto seppur forniscono una tensione di uscita di 5V ed in genere un intensità di corrente

2 massima di 500 ma, questi dispositivi sono dei ricarica batterie e non idonei a svolgere la funzione di alimentatore Obiettivo Ora tralasciando la possibilità di acquistare un alimentatorino già bello e pronto, che non mi diverte..e considerando la possibilità di realizzarlo in proprio, e vista la necessità in questo caso di avere una tensione di alimentazione stabile e di ampiezza 5 V dc e 500 ma si può pensare di realizzare con un minimo di componenti un alimentatorino su misura. Vien da se che sto considerando la realizzazione di un alimentatore di tipo lineare (trasformatore-ponte raddrizzatore-filtro ) con l aggiunta di un regolatore di tensione per ottenere il valore di tensione necessario e stabile. Quest ultima necessità la si ottiene utilizzando un componente molto versatile e semplice da utilizzare, ovvero il regolatore di tensione a tensione fissa della serie LM78xx, dove xx stanno ad indicare il valore di tensione che ci fornirà alla sua uscita, pertanto il regolatore di tensione sarà un LM7805. Gli LM78xx in breve I regolatori di tensione integrati, sono l evoluzione dei circuiti stabilizzatori di tensione utilizzati in precedenza in cui il BJT realizzava i circuiti serie come componente di regolazione. In sostanza all interno del circuito integrato regolatore di tensione a tensione fissa si trova una realizzazione circuitale integrata che segue i precedenti circuiti a componenti discreti, ma integrata ; consentendo così un agevole realizzazione circuitale, con un solo componente e tre terminali di collegamento.

3 I vantaggi offerti da questi dispositivi sono facilmente riassumibili in: Sono già disponibili per valori di tensioni standard tipo 5,6,9,12 V Possono essere facilmente trasformati in tensione variabile Sono disponibili sia per tensioni positive che negative Sono già protetti da eventuali sovratemperature o sovracorrenti Hanno un ingombro minimo Sono disponibili per assorbimenti fino a 500 ma ed oltre 100 ma in contenitori differenti Come per ogni dispositivo semiconduttore, è possibile avere tutte le info necessarie per il suo utilizzo nel datasheet relativo, nel caso del regolatore di tensione ad esempio questo è un possibile riferimento I regolatori di tensione a tensione fissa, sono dei circuiti integrati, a tre terminali: uno per il circuito di ingresso (1), un altro per il circuito di uscita (2) ed un terzo (3) che viene collegato a massa. In genere hanno una tensione di uscita fissa, per valori di ampiezze standard del tipo..5,9,12..volte supportano un assorbimento massimo di 1,5 A se montati su un adeguato radiatore di raffreddamento. Sono realizzati in un contenitore del tipo TO220 e per piccoli assorbimenti in contenitore TO92. Le serie disponibili sono la serie LM78xx ed LM79xx, dove le xx stanno ad indicare il valore di tensione che si ottiene stabilizzato in uscita dall integrato, ed invece la serie LM78.. è del tipo a tensione positiva, e la serie LM79.. del tipo a tensione negativa. I regolatori di tensione ad esempio possono essere collegati a valle di un alimentatore non stabilizzato di tipo lineare

4 rendendo cosi la tensione di uscita di ampiezza voluta, e con andamento costante. Lo schema base di utilizzo del regolatore di tensione è molto semplice, come indicato anche nel datasheet specifico Le due capacità (C1 e C0) che si vedono nello schema, hanno una loro importanza, in quanto evitano che l integrato autoscilli, ed andranno collegati il più vicino possibile ai terminali dell integrato. I parametri importanti da considerare di questi circuiti integrati, sono la caduta di tensione fra ingresso ed uscita, meglio nota come dropout e l intensità di corrente IQ corrente di riposo o quiescient current, indipendetemente da quella assorbita dal carico. La tensione di droput non deve essere inferiore a 2 V, mentre la quiescient current di circa 5 ma. Sono disponibili sul mercato anche regolatori di tensione con valori di droput molto bassi (decimo di volt) e correnti di riposo molto basse (micro ampere). Se volessimo qualche volt in più Questi regolatori di tensione, sono dotati di protezioni contro sovraccarichi e cortocircuiti, ovviamente di breve durata, ed accettano in genere al loro ingresso una tensione massima di ampiezza di 35 V, se per volessimo avere in uscita tensioni superiori a quelle che fornisce l integrato regolatore, sarà sufficiente inserire un diodo tra pin centrale e riferimento ottenendo cosi in uscita una tensione di 0,7 V maggiorata, con due diodi in serie avremo un incremento di 1,4V. Fare attenzione al positivo del diodo che va rivolto verso il terminale di riferimento. E se volessimo aumentare la portata

5 I regolatori di tensione della serie LM.. possono fornire un intensità massima di corrente fino a 1000 ma se utilizzati senza aletta di raffreddamento, diversamente si può ottenere fino a 1500 ma di intensità di corrente in uscita. Se si ha la necessità di avere a disposizione una maggiore intensità di corrente, si dovrà scegliere un adeguato transistor di tipo PNP, da collegare sul regolatore per aumentare la sua portata, come da schema (datasheet). Supponiamo che dobbiamo alimentare un dispositivo che necessiti di una tensione continua di 12V ed un assorbimento di 2 A, e che il transistor PNP scelto abbia un guadagno (hfe) di 30, e si voglia lasciar passare sull integrato solamente 200 ma, a questo punto occorre calcolare il valore in ohm del resistore R1 da collegare fra la base ed emettitore del transistor che andremo ad aggiungere calcoliamo la corrente di base del BJT :Ib = 2(A):30(hFe) = la corrente che deve scorrere in R1:IR = 0,200 0,0666 = 0,1334 (0,200 sono gli ampere che scorrono nel circuito integrato pertanto la R1 in ohm vale:r = 0,7:0,1334 = 5,247ohm e la sua potenza in watt vale : R.I2 =(0,1334 0,1334)x5 = 0,088Watt. Il valore ottenuto in Ohm non è un valore commerciale pertanto si sceglie il valore prossimo disponibile, e di potenza anche maggiore a quella ottenuta. In questo modo si è aumentata la portata dell alimentatore realizzato con il regolatore di tensione fissa. E se volessi la tensione di uscita variabile Il regolatore di tensione, come si è visto fornisce una tensione di uscita di valore fisso, e standard, ma se volessimo renderlo variabile, basterebbe semplicemente

6 aggiungere fra la massa ed il riferimento un adeguato partitore di tensione, come nello schema che segue: Dove è considerato un regolatore tipo LM7805, e supponendo una tensione di ingresso di 15 V si può ottenere in uscita una tensione variabile compresa fra i 5 V e 11 V, ovviamente si dovrà correttamente dimensionare il partitore di tensione, costituito dai due resistori R1 ed R2, utilizzando le seguenti formulette (datasheet) R1 = Vreg:mA R2 = (Vout Vreg):mA Vout = [(R2:R1) + 1xVreg Con Vreg si indica la tensione nominale del regolatore di tensione, con Vout la tensione di uscita che si vuole ottenere, e con ma l intensità di corrente che scorrerà nei due resistori. Ipotizzando una tensione di uscita di 9 V ed un intensità di corrente di 25 ma, applicando le formule indicate, il valore di R1 sarà di 200 Ohm, ed R2 di 160 Ohm, mentre la tensione di uscita Vout sarà di 9V. Ora regolando il trimmer a corsa zero (verso massa) R1 = =400 ohm ed R2=0, quindi avremo Vout=[(0:400) + 1]x5 = 5V. Ora regolando il trimmer a fondo scala (al massimo) avremo Vout=[(220:180) + 1]x5 = 11.1V Che sono i due estremi di valore di tensione che possiamo ottenere e variando. Ed arriviamo alla mia semplice realizzazione Nel mio caso, l esigenza molto semplice di quanto esposto, è stata quella di stabilizzare ed ottenere una tensione di 5 V per un assorbimento di 250 ma. Quindi recuperato un alimentatorino lineare non stabilizzato con tensione di uscita 9 Vdc 300 ma

7 secondo lo schema di base indicato nel datasheet, ho collegato il regolatore di tensione LM7805 a valle del condensatore di livellamento, avendo cura di aggiungere i due condensatori poliestere in ingresso ed in uscita del regolatore di tensione, ed il gioco è fatto un circuito semplicissimo da realizzare, ed altrettanto da disegnare Essendo l assorbimento di corrente del dispositivo collegato a valle dell alimentatore, molto ridotto, non era necessario l utilizzo di un aletta di raffreddamento per l integrato, ma avendone nel cassetto disponibile una, ho preferito installarla, ovviamente avendo cura di mettere la pasta termoconduttiva ed assicurarmi che nessuna parte del circuito venisse a contatto con l aletta di raffreddamento, essendo l alluminio elettricamente conduttivo Potevo essere più breve sulla presentazione di questa semplice realizzazione, ma proprio per la semplicità ed enorme utilità di questi regolatori di tensione, ho pensato fosse utile passare qualche info in più, anche se mi ripeto dicendo che tutte le info necessarie al loro utilizzo sono riportate nei loro datasheet, per un corretto e vario utilizzo. Buon regolatore di tensione, a tutti. Riferimenti: Appunti di elettronica, Datasheet : D/LM7805.html

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