Alimentatore stabilizzato.

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1 Alimenaore sabilizzao. A cura di Pierpaolo N. Quesa relazione descrive il funzionameno dell alimenaore sabilizzao e dei suoi componeni. L alimenaore venne realizzao in ambio ad un area di progeo presso l Isiuo Tecnico Indusriale di Melfi. Nella speranza di avervi faa cosa gradia, Vi ringrazio per la preferenza.

2 RELAZIONE DI ELETTRONICA Progeo per la cosruzione di un alimenaore sabilizzao I doceni: M. Cea M. Cardone M. Traficane Alunno: Pierpaolo N. Classe IV sezione BE Anno scolasico 1998/ 99

3 INDICE PER ARGOMENTI ALIMENTATORE STABILIZZATO pag 1 TRASFORMATORE pag 1 NUCLEO MAGNETICO pag 2 AVVOLGIMENTI pag 2 SCHEMA DEL ROCCHETTO SCHEMA DEI LAMIERINI FUNZIONAMENTO DEL TRASFORMATORE pag 2 SCELTA DI UN TRASFORMATORE pag 4 COSTO DI UN TRASFORMATORE pag 4 DIMENSIONAMENTO DEL TRASFORMATORE pag 5 COLLAUDO DEL TRASFORMATORE (prova a vuoo e in corocircuio) pag 6 CIRCUITO RADDRIZZATORE pag 6 CONDENSATORE pag 8 CIRCUITO DI STABILIZZAZIONE pag 9 DIODO ZENER pag 9 TRANSISTORE pag 9 RESISTORE pag 10 POTENZIOMETRO pag 11 FUSIBILE pag 11 VOLTMETRO pag 11 SCHEMA DELL'ALIMENTATORE STABILIZZATO SCHEMA TOPOGRAFICO DELLA PIASTRINA REALIZZATA FUNZIONAMENTO DELL ALIMENTATORE STABILIZZATO

4 BIBLIOGRAFIA Per la realizzazione della relazione, i cenni eorici sono sai rai da: - vocabolario ecnico; - componeni e circuii analogici e di poenza; - T.D.P. ecnologie disegno progeazione; - enciclopedia mulimediale. Alla realizzazione della relazione hanno parecipao, in ordine alfabeico, gli alunni: - Bocchea F., con: schema dell'alimenaore sabilizzao e schema opografico della piasrina; - Di Caino D. con, cenni eorici sui disposii eleronici; - Inernoscia G. con, cenni eorici sui disposiivi di poenza; - Pierpaolo N. con, descrizione del rasformaore, descrizione del funzionameno dell alimenaore sabilizzao e approfondimeni sui circuii eleronici.

5 PREMESSA La cosruzione del circuio alimenaore sabilizzao, è una realizzazione ainene all area di progeo. La relazione, descrive il funzionameno del disposiivo e le pari che lo compongono. Un riguardo paricolare è sao dedicao a ui i componeni dell alimenaore sabilizzao, che è sao suddiviso, per comodià, in re pari: - rasformaore; - circuio alimenaore; - circuio di sabilizzazione. Dei re gruppi è sao descrio il funzionameno, in modo generale, e i disposiivi di cui si compongono. Nella relazione vengono riporai diversi disegni riguardani: - i lamierini del rasformaore; - il nucleo magneico del rasformaore; - schema dell alimenaore sabilizzao; - schema opografico della piasrina. Con lo schema dell alimenaore sabilizzao, viene descrio uo il funzionameno dell inero disposiivo realizzao.

6 Alimenaore sabilizzao. La maggior pare dei circuii elerici necessia di un alimenazione in correne coninua, con valori di ensione compresi ra pochi vol e decine di vol, con correni comprese ra pochi milliampere fino ad alcune decine di ampere. Per alimenare quesi circuii si usano gli alimenaori che sono: - alimenaori non sabilizzai; - alimenaori sabilizzai; quesi ulimi si possono suddividere in: - alimenaori sabilizzai lineari; - alimenaori sabilizzai swiching; - alimenaori sabilizzai dual racking. Gli alimenaori più usai sono gli alimenaori sabilizzai. L alimenaore sabilizzao è un circuio a reroazione negaiva; la ensione di uscia, infai, viene confronaa con la ensione di riferimeno sabile, e ramie un elemeno di conrollo si procede alla correzione della ensione di uscia. Il principale inconveniene di quesi alimenaori è dovuo all elemeno di conrollo, ossia ad un BJT, che, funzionando nella zona lineare, è soggeo ad una noevole dissipazione di energia, e quindi il suo rendimeno di conversione è basso; corrisponde a circa il 30-50% dell energia. Le principali caraerisiche di un alimenaore sabilizzao sono: - regolazione, o sabilizzazione, della ensione o della correne: che sono le variazioni possibili, espresse in percenuale; - regolazione, o sabilizzazione della ensione o della correne rispeo alle variazioni della ensione di ree: che sono le variazioni possibili, espresse in percenuale; - ondulazione residua, o ripple: che è una piccola componene alernaa che si sovrappone alla grandezza coninua sabilizzaa; - resisenza, o impedenza di uscia, che è il valore della resisenza, o dell impedenza, dovuo all alimenaore sabilizzao inerpreao come un generaore di ensione o di correne; - empo di riprisino, o recovery ime: che indica il empo impiegao dall alimenaore sabilizzao, ad adaarsi alle brusche variazioni del carico. L alimenaore sabilizzao si compone di: - un rasformaore monofase, deo abbassaore di ensione; - un circuio raddrizzaore, che raddrizza la ensione di ree; - un circuia di sabilizzazione, che rende sabile la ensione ai capi del carico; per la misura della ensione ai capi del carico, è sao uilizzao un volmero. Trasformaore. Il rasformaore è una macchina elerica saica, dea reversibile, che funziona in correne coninua, per un breve inervallo di empo chiamao ransiorio, e in correne alernaa, a empo indeerminao. Generalmene i rasformaori vengono classificai con re meodologie differeni, ossia in base a: - caraerisiche eleriche; - ipi di raffreddameno; - poenza apparene. Con la prima meodologia i rasformaori sono dei: - rasformaori rifasi, che possono essere: di poenza, per sisemi di prima, seconda e erza caegoria o speciali: per paricolari usi indusriali; - rasformaori monofase, che possono essere: di misura, per ridurre i valori di ensione o di correne; speciali, per macchine eleriche speciali o per valori di correne cosani. Con la seconda meodologia, i rasformaori sono dei: - rasformaori raffreddai ad aria, o rasformaori raffreddai a secco; - rasformaori raffreddai in olio. Il rasformaori raffreddai ad aria sono rasformaori di piccola poenza e con valori di ensione bassi, in essi il raffreddameno avviene, generalmene, per via naurale; il loro insallaggio avviene

7 in luoghi chiusi. I rasformaori raffreddai in olio, o alri fluidi come l apirolio, sono rasformaori di piccola, media e grande poenza; la loro insallazione avviene in luoghi aperi o chiusi. Il fluido, conenuo in una carcassa, o cassone, in cui è immerso il rasformaore, ha anche il compio di isolare il circuio magneico da quello elerico. Il raffreddameno forzao è usao solo per i rasformaori di grande poenza. Con la erza meodologia, i rasformaori sono dei: - rasformaori di piccola poenza, da 10 a 12 KVA; - rasformaori di media poenza, fino a 2000 KVA; - rasformaori di grande, o grandissima, poenza, per valori superiori ai 2000 KVA. E doveroso menzionare che per i rasformaori non esise una nea disinzione ra: piccola, media e grande poenza. Il rasformaore, che in genere è usao per variare i parameri della poenza, si compone di un circuio magneico e di un circuio elerico. Nucleo magneico. Il circuio magneico caraerizza, in base alla sua forma, il nome del rasformaore: - rasformaore a manello; - rasformaore corazzao. Il nucleo magneico, si compone di lamierini magneici in ferro al silicio, che solo in casi paricolari sono a crisalli orienai, di sezione generalmene quadraa. I lamierini vengono serrai ramie i bulloni di serraggio, i quali devono essere ben isolai dal pacco di lamierini onde eviare la formazione di correni parassie. Avvolgimeni. Il circuio elerico si compone di due avvolgimeni in rame, dei avvolgimeno primario e avvolgimeno secondario. Per una buona realizzazione degli sessi occorre che: - devono garanire un buon isolameno ra i due avvolgimeni sessi; - devono ridurre al minimo la dispersione del flusso magneico. Per rendere possibile quano riporao al primo puno, occorre disanziare il più possibile i due avvolgimeni, menre per rendere possibile quano riporao al secondo puno, occorre sovrapporre i due avvolgimeni riducendo al minimo la loro disanza. Essendo i due requisii in opposizione ra loro, per eseguire un buon circuio elerico, vengono effeuai i segueni avvolgimeni: - avvolgimeno concenrico; - avvolgimeno doppio concenrico; - avvolgimeno alernao. L avvolgimeno concenrico, è paricolarmene usao nei rasformaori corazzai di piccola e media poenza. L avvolgimeno a bassa ensione, è avvolo lungo la colonna del paco di lamierini; l avvolgimeno ad ala ensione, è sovrapposo al primo. Per garanire un buon isolameno, ra i due avvolgimeni si inerpone un carone bachelizzao. L avvolgimeno doppio concenrico, è usao nei rasformaori di media e grande poenza, quando è necessario ridurre le reaanze di dispersione. L avvolgimeno a bassa ensione è suddiviso in due bobine, la prima è avvola nella pare cenrale della colonna, ed è collocao soo l avvolgimeno ad ala ensione; la seconda è avvola sull avvolgimeno ad ala ensione creando, così, l effeo sandwich. Queso ipo di avvolgimeno offre il miglior isolameno. L avvolgimeno alernao, è usao nei rasformaori caraerizzai da una correne di elevaa inensià. L avvolgimeno ad ala ensione e l avvolgimeno a bassa ensione, vengono suddivisi in più bobine che sono collocae, lungo la colonna, in modo alernao. Queso ipo di avvolgimeno, non sempre garanisce un buon isolameno ra i due avvolgimeni. Funzionameno del rasformaore. Alimenando il rasformaore, e chiudendo il circuio secondario su un carico, nel circuio primario circolerà una correne dovua alla ensione cui è sooposo il circuio sesso. Essendo una ensione

8 alernaa sinusoidale, quesa genera un flusso magneico che, concaenandosi col circuio secondario, genera una conro forza eleromorice, o forza eleromorice indoa, e quindi una correne. Le norme CEI sabiliscono i dai nominali necessari per definire le presazioni della macchina; esse sono: - poenza apparene: daa dal prodoo ra la ensione nominale e la correne nominale; - frequenza: è la frequenza di funzionameno richiesa dal commiene; - ensione dell avvolgimeno: per l avvolgimeno primario, è deerminaa dal commiene; per quella secondaria è deerminaa dal funzionameno a vuoo del rasformaore; - correne degli avvolgimeni: è definia dal rapporo ra la poenza apparene e la ensione del singolo avvolgimeno. Il funzionameno del rasformaore, compora delle perdie di energia eleriche, che fuoriescono soo forma di energia ermica, ovvero soo forma di calore. Per proeggere il rasformaore, e quindi le pari che lo compongono, da una declamazione, dovua all aumeno di emperaura, occorre raffreddare, opporunamene, il rasformaore sesso. Per compiere quesa operazione, vengono usai diversi fluidi refrigerani, e diverse modalià di circolazione degli sessi, quesi sono: - A: aria; - G: gas diversi dall aria; - O: olio minerale; - L: liquido dielerico diverso dall olio minerale; - W: acqua; - S: minerali solidi o semi solidi come: resine, compound, maerie plasiche; - N: circolazione per convezione naurale; - F: circolazione forzaa; - D: circolazione forzaa all inerno del nucleo e degli avvolgimeni. La norma CEI 14-4 fascicolo 253, classifica i vari sisemi di raffreddameno, per i rasformaori, mediane sigle a due o a quaro caraeri, riporani le leere prima ciae. I sisemi di raffreddameno più usai sono: - ipo ONAN; - ipo ONAF; - ipo OFAF; - ipo ODAF; - ipo OFWF; - ipo ODWF. Il ipo ONAN, che basa il suo principio di raffreddameno sulla convezione naurale dell olio minerale e dell aria, si compone di più radiaori posi sulla carcassa del rasformaore; avendo, queso sisema, un coefficiene di rasmissione di basso valore, non è usao per i rasformaori con poenze elevae, in quano il complesso risulerebbe molo ingombrane. Il ipo ONAF, che basa il suo principio di raffreddameno sulla convezione naurale dell olio minerale e sulla circolazione forzaa dell aria, si compone di venilaori che aumenano la velocià dell aria e quindi la capacià di smalimeno del calore. Il ipo OFAF, che basa il suo principio di raffreddameno sulla convezione forzaa dell olio minerale e dell aria, è simile al ipo ODAF che basa il suo principio di raffreddameno, sulla circolazione dell olio minerale, all inerno del nucleo magneico e negli avvolgimeni, e sulla circolazione forzaa dell aria. Si compongono di moopompe funzionani conemporaneamene ai radiaori; è anche possibile omeere l uno o l alro disposiivo per il funzionameno del rasformaore, il quale funzionerà con valori ridoi di poenza, da circa il 50-60% della ensione nominale.

9 Il ipo OFWF, che basa il suo principio di raffreddameno sulla circolazione forzaa dell olio minerale e dell acqua, è simile al ipo ODWF che basa il suo principio di raffreddameno sulla circolazione dell olio minerale, all inerno del nucleo magneico e negli avvolgimeni, e sulla circolazione forzaa dell acqua. Si compone di moopompe, e per il suo funzionameno necessia di grandi quanià d acqua. Scela di un rasformaore. Per la scela più adaa di un rasformaore, occorre: sapere la naura del carico da alimenare, e far riferimeno alle caraerisiche economiche e ecniche del rasformaore sesso. Le uenze da alimenare possono essere: - moori; - resisenze ohmiche; - macchine ad induzione. Le caraerisiche economiche, che prendono in considerazione il ciclo di funzionameno e la poenza del rasformaore consigliano di: - insallare un solo rasformaore, se la poenza è compresa ra i 150 e i 200 KVA; - insallare due rasformaori, se la poenza è compresa ra i 150 e i 200 KVA, nel caso in cui il empo di funzionameno, del rasformaore è di oo ore. Il secondo rasformaore, che deve avere una poenza ra i 10 e i 15 KVA sarà uilizzao per alimenare l impiano di illuminazione, ed alro, durane il periodo di inerruzione del primo rasformaore. - insallare più rasformaori, se la poenza è maggiore di 200 KVA, per eviare dei danni al rasformaore che causerebbero l inerruzione di un qualsiasi ciclo di lavoro. Le caraerisiche ecniche regolae dalle norme CEI, descrivono i dai elerici che devono possedere i rasformaori: - poenza nominale: si riferisce ad un rasformaore, funzionane in servizio coninuo, ad una emperaura massima di 40 C ad una aliudine di 1000m, essa indica la poenza che assorbe il rasformaore dalla ree di alimenazione; - - ensione nominale: è la ensione di riferimeno agli effei della garanzia e del collaudo; - ensione nominale primaria: è la ensione di alimenazione dell avvolgimeno primario; - ensione nominale secondaria: è la ensione, misuraa a vuoo, ai capi dell avvolgimeno secondario; - ensione di corocircuio: è espressa in percenuale con riferimeno alla emperaura convenzionale di 75 C, è il valore di ensione da applicare all avvolgimeno primario, quando l avvolgimeno secondario è poso in corocircuio, per far sì che circoli, nel rasformaore, la correne nominale; - variazione di ensione: espressa in percenuale, indica la differenza di ensione ra la ensione misuraa e vuoo, e quella misurao a carico; - correne a vuoo: è il valore di correne assorbio dal rasformaore, quando si alimena un avvolgimeno, a frequenza e ensione nominale, menre l alro avvolgimeno è apero; - frequenza nominale: è la frequenza di funzionameno agli effei della garanzia e del collaudo; - avvolgimeno primario: è il circuio elerico che riceve energia della ree di alimenazione; - avvolgimeno secondario: è il circuio elerico che eroga energia all uenza ad esso connessa; - perdie a vuoo: sono assorbie dal rasformaore, quando un avvolgimeno è alimenao a ensione e frequenza nominale menre l alro è apero; - perdie a carico: sono assorbie da rasformaore, quando un avvolgimeno è alimenao a ensione e frequenza nominale menre l alro è poso in corocircuio; - rendimeno: è il rapporo ra la poenza erogaa e quella assorbia dal rasformaore, è espresso in percenuale, e se riferio alla poenza convenzionale a 75 C, è deo rendimeno convenzionale; - emperaura ambiene: indica la emperaura massima a cui può lavorare il rasformaore, essa non può essere: maggiore di 40 C, maggiore di 30 C se è la emperaura media giornaliera, maggiore di

10 20 C se è la emperaura media annuale, minore di 25 C se è la emperaura minima di funzionameno. Coso di un rasformaore. Per valuare il coso di un rasformaore, e la reale economicià dello sesso, occorre enere in considerazione, olre al coso del rasformaore, anche il coso dell esercizio ed alri faori che incidono sul prodoo finale, come: - qualià; - servizio di assisenza; - servizio di manuenzione. Per valuare il coso reale di un rasformaore, vi sono due procedimeni differeni: - calcolo del coso di esercizio del rasformaore; - capializzazione del coso del rasformaore. Per la valuazione del coso del rasformaore in base al primo procedimeno, occorre calcolare: - il coso di esercizio del rasformaore, dao dal prodoo ra: il coso in chilowaora, il numero di ore di funzionameno e le perdie a vuoo, che rappresena il coso dell energia assorbia dal rasformaore durane la sua via; - il coso dell energia elerica, dao dal prodoo ra: le perdie dovue al carico, il coso del chilowaora e le ore di funzionameno a pieno carico, che rappresena il coso dell energia assorbia dal carico in un anno. Deerminai i precedeni cosi, si può deerminare il coso oale del rasformaore, il quale è dao dalla somma dei due prodoi prima menzionai. Volendo valuare il coso del rasformaore con il secondo meodo, occorre deerminare la capializzazione delle perdie. La capializzazione, è daa dal prodoo ra: il valore della rendia cera annua, e il quoziene dovuo ra: all ineresse percenuale annuo e il numero di anni di esercizio del rasformaore. Deerminaa la capializzazione del coso del rasformaore, si può calcolare il coso reale del rasformaore sesso, che è dao dalla somma della capializzazione e il coso di acquisi, comprensivo di quello del fluido isolane che funge anche da liquido refrigerane. Dimensionameno del rasformaore. Con i segueni dai di arga, è possibile procedere nel dimensionameno del rasformaore: V I = 220 V; V 2 = 22 V; P= 100 VA; Ln= 32 mm. Con i dai sin qui riporai è possibile iniziare il dimensionameno del rasformaore: Lf= Ln/2= 32 mm x ½ = 16 mm; Hf= LF x 3= 16 mm x 3= 48 mm; Lg= ½ x Ln= ½ x 32 mm= 16 mm; S= 1315 mm 2 ; Spire/Vol= 3,1; Hn= 3/2 x Ln= 3/2 x 32 mm= 48 mm; Numero spire/vol primario: N p ; N p = spire/vol x V 1 = 3,1x 220 V= 682 spire; Numero spire/vol secondario: N s ; N s = spire/vol x V 2 x A; dove A=1,08; N s = 3,1 x 22Vx 1,08= 73,6 spire; δ=4α/mm 2 ; I 1 (p/v 1 ) x 1,1= (100 VA x 220 V) x 1,1= 0,5 A; I 2 =P/V 2 = 100 VA/22 V=4,5 A; sezione avvolgimeno primario: S p ;

11 S p = I 1 /δ= 0,5 A/4 A/mm 2 = 0,125 mm 2 ; Sezione avvolgimeno secondario: S s ; S s =I 2 /δ= 4,5 A/4 A/mm 2 = 1,125 mm 2 ; Diamero avvolgimeno primario: d p ; d p = (S p x4)/π = (0,125 x 4)/3,14= 0,35 mm; Diamero avvolgimeno secondario: d s ; d s = (S s x4)/π = (1,125 x 4)/3,14=1,2 mm; Hu=Hf-2F= 48 mm 2 x 2 mm= 44 mm; Spire avvolgimeno primario: S p ; S p = Hu/d p = 44 mm/0,35 mm= 125,7 ; Spire avvolgimeno secondario: S s ; S s = Hu/d s = 44 mm/1,2= 36,6 ; Srai primario: S 1 ; S 1 = N p /S p = 682/125= 5,4 ossia 6 srai; Srai secondario: S 2 ; S 2 = N 2 /S s = 73,6/36,6= 2; Ingombro avvolgimeno primario: I p ; I p = S 1 x (d p + spessore isolane)= 6x (0,35+ 0,2)= 3,3 mm; Ingombro avvolgimeno secondario: I s ; I s = S 2 x (d s + spessore isolane)= 2 x (1,2 + 0,2)= 2,8 mm; Ingombro caroccio: I c ; I c = I p + 1= 3,3 + 1= 4,3 mm; Ingombro oale: I ; I = I p + I s + I c = (3,3 + 2,8 + 4,3)mm= 10,4 mm. Collaudo del rasformaore. Il collaudo del rasformaore è ao a verificare la funzionalià e i parameri del rasformaore sesso. Prova a vuoo. Con la prova a vuoo si deerminano le perdie a vuoo e la correne a vuoo. Per perdie a vuoo si inende la poenza assorbia dal rasformaore, quando a un avvolgimeno è applicaa la ensione nominale menre l alro è apero. Per correne a vuoo si inende la correne che circola nell avvolgimeno alimenao. Per effeuare la prova sono sae usae le segueni apparecchiaure: - un wamero a basso cosϕ, della dia Samar, numero , di classe 0,5 del ipo SL-200 ED; - un variaore di ensione della dia Beloi, numero , del ipo V-10 NC, con enraa 220 V Hz 900 VA, e uscia V 4 A; - un milliampermero, della dia Eleronica Venea, numero di classe 0,5; - un eser digiale della dia Merix, numero La prova consise nel variare, di vola in vola, il valore di ensione applicao al rasformaore, regisrandone i dai caraerisici. Prova in corocircuio. Con la prova in corocircuio, si deerminano le perdie a carico ed il valore della ensione di corocircuio. Per valore di ensione di corocircuio, si inende il valore di ensione da applicare all avvolgimeno primario, affinché in esso non circoli una correne dea nominale. Generalmene si esegue quesa prova alimenando l avvolgimeno ad ala ensione. Nell eseguire la prova si è avui l accorezza di sosiuire il milliampermero con un ampermero della dia Eleronica Venea, numero , di classe 0,5. La prova consise nel variare, di vola in vola, il valore di correne. Circuio raddrizzaore. Il circuio raddrizzaore è un circuio capace di converire una ensione bidirezionale, normalmene alernaa sinusoidale che alerna valori posiivi e negaivi, in una ensione unidirezionale, ossia con valori solo posiivi o solo negaivi. Il circuio alimenaore sabilizzao si compone di:

12 - un raddrizzaore; - un condensaore che funge da filro. I circuii raddrizzaori possono essere: - raddrizzaori ad unica semi onda; - raddrizzaori a doppia semi onda, anche dei raddrizzaori ad onda inera. I raddrizzaori che compongono la caegoria dei raddrizzaori ad unica semi onda sono: - raddrizzaori con rasformaore a presa cenrale; - raddrizzaori a pone di Graez. Nel raddrizzaore a unica semi onda, durane il primo semi periodo, ossia con semi onda posiiva, il diodo 1, di cui si compone, è direamene polarizzao e quindi conduce. Nel secondo semi periodo, ossia solo semi onda negaiva, il diodo è inversamene polarizzao e, essendo inerdeo, non conduce. V i Nei grafici non si iene cono della funzione svola dal condensaore. V u

13 Il raddrizzaore con rasformaore a presa cenrale, consene di prelevare, dagli avvolgimeni secondari, due ensioni di sesso valore ma sfasae, ra loro, di 180. Il raddrizzaore si compone di due diodi, dei quali uno conduce nel primo seni periodo, menre l alro è inerdeo; e l alro conduce nel secondo semi periodo, menre il precedene è inerdeo. Il grafico si riferisce alla ensione, di ree, applicaa ai capi del raddrizzaore. V i Il grafico si riferisce alla ensione di uscia del diodo 1 e non a quella applicaa ai suoi capi. il grafico si riferisce alla ensione di uscia del diodo 2 e non a quella applicaa ai suoi capi. V d1 V d2 V u Il grafico si riferisce alla ensione di uscia del raddrizzaore. E possibile noare che la frequenza è doppia di quella di ingresso Nel raddrizzaore a pone di Graez, composo da quaro diodi, durane il primo semi periodo, conducono i diodi 1 e 3, menre gli alri due non conducono perché essendo inversamene polarizzai risulano essere inerdei; nel secondo semi periodo conducono i diodi 2 e 3, menre gli alri due sono inerdei. Per la scela del raddrizzaore da usare si sono fai due confroni: - confrono ra caegorie; - confrono ra raddrizzaori. Il confrono per caegorie consise nel confronare il raddrizzaore a semi onda con il rasformaore ad onda inera. Dal confrono si noa che: - nel raddrizzaore a unica semi onda la ensione pulsane in uscia, ha la sessa frequenza di quella di ingresso, menre nel raddrizzaore ad onda inera la frequenza è doppia; - nel raddrizzaore ad onda inera, se si rascurano, per semplicià, le cadue di ensione ai capi dei diodi, si può noare che il valore medio della ensione è doppio rispeo al valore di ensione misurabile in un raddrizzaore a unica semi onda. Dai dai si qui riporai, è evidene come ra i due raddrizzaore il migliore è quello a onda inera, quindi il secondo confrono sarà effeuao sui raddrizzaori che compongono la caegoria dei rasformaori ad onda inera. Il confrono ra quesi raddrizzaori, è effeuao ra il raddrizzaore con rasformaore a presa cenrale e il raddrizzaore a pone di Graez. Dal confrono si noa che:

14 - nel raddrizzaore a pone do Graez si ha una cadua di ensione, ai capi dei diodi, doppia rispeo a quella che si ha in un raddrizzaore con rasformaore a presa cenrale; - nel raddrizzaore a con rasformaore a presa cenrale, è richieso un rasformaore con un numero di spire doppio al secondario che compora un coso maggiore; - nel raddrizzaore con rasformaore a presa cenrale, il diodo inerdeo è soggeo ad una ensione, inversa, doppia rispeo a quella misurabile, ai capi dei diodi inerdei, in un rasformaore a pone di Graez. Condensaore. Il condensaore è un disposiivo bipolare capace di presenare, per ogni isane di empo, una quanià di carica accumulaa dipendene dalla ensione. Il condensaore viene perciò definio come disposiivo capace di accumulare energia elerica; si compone di un circuio elerico ao a rasformare l energia elerica in elerosaica. E cosiuio da due conduori cilindrici, o piai, separai da un dielerico, in cui si crea un campo elerico. Per la naura del dielerico i condensaori possono essere: - in poliesere; - in mica; - in ceramica; - eleroliici; - ad aria. Esise una seconda classificazione dei condensaori, in base a cui si ha: - condensaore a dielerico plasico; - condensaore ceramico; - condensaore eleroliico; - condensaore variabile. La carica di un condensaore si oiene applicando, alle sue armaure, una ensione; la scarica si oiene corocircuiando le armaure. La carica e scarica non avviene in un piccolo inervallo di empo, ma dopo un ransiorio τ durane il quale si ha il passaggio di correne ra le due armaure Carica. La ensione applicaa al circuio non corrisponde, in un piccolo inervallo di empo, alla ensione esisene ra le due armaure, che aumenerà, con andameno esponenziale, da 0 V sino alla ensione di alimenazione in un inervallo i empo τ deo: duraa del ransiorio. Di conseguenza la correne decresce sino ad annullarsi Scarica. La ensione applicaa alle armaure, durane la chiusura, diminuisce, con andameno esponenziale, sino a zero, menre la correne, che nel momeno iniziale assume il valore massimo, decresce sino ad annullarsi. Circuio di sabilizzazione. Il circuio di sabilizzazione che si compone di : - un condensaore; - un diodo zener; - un ransisore, o BJT; - un resisore; - un poenziomero; è usao per far sì che la ensione di uscia, del raddrizzaore, rimanga cosane. Per far ciò si usa il diodo zener, inversamene polarizzao, in modo che si raggiunga la ensione di breakdown, dea, più semplicemene, ensione di Zener, siuazione in cui la ensione dipende poco dal valore di correne di conduzione inversa. Se la ensione non sabilizzaa è maggiore della ensione di Zener, il diodo enra in conduzione, imponendo una ensione, al carico, cosane; evenuali variazioni della ensione non sabilizzaa, purché ali da manenere in conduzione il diodo, non alerano la ensione di uscia, così come le evenuali variazioni della correne del carico, purché

15 ali da manenere in conduzione il diodo, non modificano la ensione di uscia. Il principale difeo dei circuii di sabilizzazione, deriva dal fao che il diodo zener è soggeo a grandi variazioni di correne, confronabili con quelle del carico e che quindi, a causa della sua resisenza differenziale, è difficile oenere una buona sabilizzazione. Per ovviare a queso inconveniene, si può lasciare al diodo zener la sola funzione di fornire la ensione di riferimeno e far svolgere le funzioni di confrono, fra la ensione fornia dallo zener e quella di uscia, ad un BJT. Il BJT si rova così a svolgere una duplice funzione: conrollo e confrono; e ciò è possibile spiegarlo in quano il BJT è poso in una configurazione a colleore comune, ossia in un circuio a reroazione negaiva. Diodo zener. Il diodo zener appariene alla caegoria dei diodi speciali, progeai in modo ale da non essere danneggiai dalla correne dovua alla ensione inversa, dea di breakdown. Il diodo zener è composo da piasrine al silicio o al germanio, in forma crisallina. Durane la lavorazione vengono inrodoe delle impurià nel crisallino in una pare della piasrina, secondo un procedimeno deo drogaggio, in modo che gli eleroni possano muoversi con facilià; quesa zona, indicaa con la leera N è dea regione, o lacuna, negaiva ed è il caodo del diodo. L alra pare della piasrina, subisce un raameno analogo al precedene, ma con sosanze diverse in modo da creare, nel crisallino, delle lacune posiive; quesa zona, indicaa con la leera P, è dea regione, o lacuna, posiiva ed è l anodo del diodo. La zona di conao delle due regioni è dea giunzione PN. Nella polarizzazione inversa il diodo zener è araversao da una correne inversa di saurazione, di pochi nanoampere, causaa da fenomeni fisici di naura ermica. Quano la ensione di polarizzazione inversa diviene sufficienemene elevaa, nasce, all inerno della giunzione PN, un inenso campo elerico. Queso fenomeno, deo moliplicazione a valanga o effeo Zener, può comporare una conduzione di correne. Esso deermina una elevaa correne inversa che araversa la giunzione PN dalla regione N a alla regione P, ed è principalmene dovua alla roura dei legami aomici del reicolo crisallino del semi conduore. In queso caso la correne aumena foremene anche per piccole variazioni di ensione polarizzazione inversa applicaa al diodo; queso fenomeno risula essere una caraerisica molo imporane per i diodi zener. Queso ipo di diodo rova impiego come: sandard di ensione di riferimeno e regolaore, o sabilizzaore, di ensione in quano sono in grado di fornire un riferimeno di ensione esremamene sabile. Transisore. Il ransisore o ransisor, dall inglese rasformer resisor ossia rasformaore di resisenza; può essere: - unipolare; - bipolare. Il ransisore unipolare, deo anche FET, dall inglese Field effec Transisor ossia ransisore a effeo campo, si compone di re erminali: source (sorgene), drain (pozzo), e gae (pora). La giunzione è dea canale e può essere posiiva o negaiva, si avranno quindi i due canali: p-channel o n- channel. Nella conduzione parecipano solo cariche con sesa polarià, o solo cariche negaive o solo cariche posiive. Il ransisore bipolare, deo anche BJT, dall inglese bipolar juncion ransisor ossia ransisor a giunzione bipolare, si compone di re erminali, dei anchr elerodi, che sono: base, emeiore e colleore. Nella conduzione parecipano sia cariche posiive che cariche negaive. Il ransisore che ha sosiuio egregiamene la valvola ermoionica, o riodo, è un disposiivo aivo composo da un crisallino al silicio, o al germanio, che presena delle zone di drogaggio piene disribuie alernaivamene in re srai: PNP o NPN. La regione mediana risula essere la più soile ed è la base del ransisore, le alre due regioni da essa divise sono: l emeiore, così deo perché emee eleroni nella regione più soile, e il colleore, così deo perché raccoglie gli eleroni provenieni dalla predea zona. Il ransisore può lavorare nella zona di:

16 - saurazione;- - inerdizione; - aiva o lineare. Nella zona di saurazione, prossima all asse delle ordinae, il ransisore è soggeo ad una correne elevaa, anche degli ordini degli ampere nei disposiivi di poenza, e a una resisenza e, a una ensione ra emeiore e colleore, molo basse. In quesa zona il disposiivo si compora come un inerruore chiuso. Nella zona di inerdizione, prossima all asse delle ascisse, il ransisore è soggeo ad una correne pressoché nulla e ad una resisenza e, a una ensione ra emeiore e colleore, elevae. In quesa zona il disposiivo si compora come un inerruore apero. Sposando alernaivamene il puno di funzionameno del ransisore, esso viene effeivamene usao come un inerruore, il puno di funzionameno sarà chiamao puno di ON-OFF. Per queso moivo è usao in moli circuii digiali della ecnologia TTL. Nella zona aiva il ransisore è soggeo ad una proporzionalià ra le correni della base e del colleore, e a una proporzionalià ra la ensione di ingresso e di uscia. In quesa zona il disposiivo lavora da amplificaore. Il ransisore può essere suddiviso in un circuio di ingresso e in uno di uscia; il primo comprende il bipolo base-emeiore, menre il secondo comprende il bipolo emeiore-colleore. Il ransisore rova un ampio campo di uilizzazione: in circuii di amplificazione, come elemeno di conrollo piloao in correne, nei circuii di reroazione. Resisore. Il resisore è un elemeno bipolare, non capace di accumulare energia elerica, ma solo di dissiparla. Ciò provoca una perdia di energia, nell unià di empo, dovuo all effeo Joule. Le caraerisiche di un resisore sono: - valore di resisenza; - poenza dissipabile; - - emperaura massima di esercizio;- ipo di maeriale aivo. I maeriali più usai sono: - impaso grafiico; - filo a piaina in lega meallica come: nichelcromo, manganina. Per la poenza dissipabile i resisori si disinguono in: - resisori corazzai, composi in nichelcromo ed isolai con polvere foremene pressaa conenua in un ubo di rame; - resisori di piccola e media poenza, composi di filo meallico o con impaso grafiico ed isolai con maeriale ceramico; - resisori di fore poenza, sono composi da resisori di piccola e media poenza opporunamene collegai ra loro, sono supporai in ubi in micanie ed isolai con maeriale ceramico. I resisori vengono erroneamene chiamai resisenze, che è una grandezza fisica di ogni maeriale.

17 Poenziomero. Il poenziomero è un resisore a resisenza variabile. E usao per regolare il flusso di correne mediane la variazione del valore di resisenza, e quindi la ensione, da un valore massimo ad un valore minimo e viceversa. Fusibile. A proezione del circuio è sao usao un fusibile da 5 A. I fusibili sono delle apparecchiaure che assolvono al compio di proeggere i circuii elerici, da sovraccarichi e coro circuii. L operazione effeuaa, è dovua alla fusione di una o più pari del fusibile sesso che provoca l aperura del circuio. Per compiere quesa operazione viene sfruao l effeo Joule. Le caraerisiche dei vari fusibili sono: - poere di inerruzione o di corocircuio, che è il valore massimo di correne che il fusibile può inerrompere; - correne nominale, che è il valore di correne che il fusibile può sopporare senza che le sue pari inerne fondano; - ensione nominale, che è il valore di ensione a cui può essere sooposo il fusibile; - campo di inerveno o di funzionameno, che è il empo di inerveno del fusibile il relazione al valore di correne che circola nel circuio; - empo di inerveno, che è l inervallo di empo compreso ra il valore di correne massima nominale, senza che avvenga la fusione dell elemeno di fusione, e il momeno in cui si verifica la fusione. I fusibili che normalmene vengono più usai sono: - fusibile ipo Diazed a caruccia; - fusibile a maniglia; - fusibile a valvola a parona; - fusibile cilindrico. Le pari che generalmene cosiuiscono i fusibili sono: - segnalino; - quarzo; - elemeno di fusione; - corpo; a seconda del ipo di fusibile, alle pari prima menzionae si aggiungono: o la lama o la capsula inferiore e superiore. Le norme CEI che regolano la cosruzione e l uso dei fusibili sono CEI32-1 CEI 32-4, CEI Volmero. Per il conrollo della ensione di uscia è sao uilizzao un volmero. Il volmero, o volomero, è uno srumeno aa alla misurazione della ensione elerica; esso può essere: - eleromeccanico; - eleronico. I primi prelevano, per il loro funzionameno, l energia dal circuio in cui vengono collegai. I volmeri eleromeccanici, ancora molo usai, vengono sosiuii, gradualmene, dai volmeri eleronici. Quesi srumeni uilizzano la grandezza da misurare per conrollare un amplificaore, che a sua vola provvede ad aivare un disposiivo indicaore di ipo analogico o digiale. Essi risulano essere più robusi dei precedeni e, a parià di coso, più precisi. Inolre possono essere collegai ad un elaboraore eleronico e da queso direamene conrollai.

18 Funzionameno dell alimenaore sabilizzao. Alimenando l alimenaore con la ensione di ree, occorre ridurre il valore di ensione affinché il disposiivo non venga danneggiao. Per compiere quesa operazione è sao usao un rasformaore, di poenza, deo abbassaore di ensione. La ensione presene sui morsei di uscia, conserva ancora la forma d onda della ensione di ree, ossia alernaa sinusoidale. Per renderla coninua è sao usao un circuio raddrizzaore, inegrao, deo raddrizzaore a pone di Graez. Queso disposiivo, che si compone di quaro diodi, durane il primo semi periodo è percorso da correne grazie ai diodi 1 e 3, nel secondo semi periodo, invece, conducono i diodi 2 e 4. La ensione di ree, alernaa sinusoidale, verrà così raddrizzaa. V i V u Si può noare che il nuovo segnale, oenuo all uscia del raddrizzaore, ha una frequenza doppia del precedene. Il segnale cossi oenuo però, anche se non causa danni al disposiivo, in quano il rasformaore ha abbassao il valore di ensione, non è ancora uilizzabile. A al proposio viene uilizzaa una erza apparecchiaura, il condensaore.

19 Il condensaore ha il compio di fare da filro, e sfruando la carica e scarica, del condensaore sesso, si rende coninuo il segnale; in realà il segnale non sarà compleamene coninuo, si porà noare, così, il ripple (r) che può essere variao, variando la cosane di empo τ. Segnale reale: segnale ideale: scarica del condensaore V u V u V 0 R τ Oenuo un segnale coninuo, lo sesso risula essere uilizzabile dal disposiivo. Terminae le operazioni di alimenazione e raddrizzazione, si deve ora sabilizzare il segnale oenuo. I disposiivi uilizzai sono re: - diodo zener; - ransisore; - poenziomero. I primi due svolgono auonomamene la loro funzione, menre per il secondo disposiivo, sarà l operaore a sabilizzare il valore di ensione in uscia. Il diodo zener viene polarizzao inversamene, facendo in modo che la ensione cambi poco anche con grandi variazioni di correne. Se la ensione non sabilizzaa è maggiore di quella dello zener, il dosposiivo enra in conduzione, imponendo una ensione di riferimeno. Il ransisore può così, avendo una ensione di riferimeno, confronare la ensione ai capi dello zener con quella di uscia, e conrollare così la ensione sessa. Per svolgere quesa funzione, il ransisore sfrua la ensione del bipolo colleore-emeiore, ossia la ensione V ce. Infai il diodo zener invia, una maggiore o minore, correne alla base del ransisore, in modo da variare la ensione V ce ; dea ensione si somma, o si sorae, alla ensione di uscia del raddrizzaore in modo da enere cosane la ensione di uscia. Tuo ciò avviene sia in presenza di variazioni di ensione all ingresso, sia in presenza di variazioni di correni di carico, ovvero in uscia. E noo a ui, infai, che all aumenare della ensione di carico, aumenano le cadue di ensione, nel rasformaore, che deerminano un abbassameno della ensione di uscia. Il poenziomero consene di calibrare l inero sisema di regolazione per valori di ensione di uscia fissai.