ESERCIZIO DC11
Si analizzi un regolatore parallelo di tensione che stabilizzi la tensione di uscita al
valore VOUT=5 V con una resistenza di carico pari a RL=100 Ω, supponendo che la
tensione di ingresso sia pari a 15 V. In particolare, si individui il massimo valore
della resistenza R1 del regolatore affinchè la tensione d’uscita sia effettivamente
stabilizzata. Successivamente, si fissi R1 in modo che la corrente che circola nel
diodo zener non superi i 10 mA.
Il regolatore di tensione parallelo consente di stabilizzare la tensione d’uscita ad
un valore pari alla tensione di breakdown del diodo zener. La resistenza R1 fornisce
la corrente IZ al diodo zener e IRL alla resistenza di carico.
La tensione di ingresso Vin è supposta maggiore della tensione di breakdown
VZ=5 V, per consentire il funzionamento del diodo in breakdown. Pertanto la
corrente d’uscita è pari a VOUT/RL=VZ/RL=50 mA. Affinchè il diodo lavori in
breakdown, ovvero che la corrente entri dal catodo, deve avvenire che
V
R1 < R L in − 1 = 200 Ω
VZ
Pertanto un qualunque valore inferiore ai 200 Ω soddisfa le specifiche. Tuttavia, un
valore troppo basso rende eccessiva la corrente di ingresso, che è la somma della
corrente sullo zener IZ e quella sul carico IRL. Pertanto, un valore troppo basso di R1
potrebbe determinare una corrente sul diodo zener troppo elevata, danneggiandolo.
In particolare, per avere una corrente IZ sul diodo zener (che è uguale a (VinVOUT)/R1) non superiore a 10 mA, è necessario che
R1 ≥
Vin − VZ
15 − 5
=
= 167 Ω
−3
I Z + I RL 10 ⋅ 10 + 50 ⋅ 10 −3
In definitiva, un qualunque valore di R1 compreso tra 167 Ω e 200 Ω risulta
soddisfacente ai fini delle specifiche. Verificare in simulazione che fuori da tale
intervallo non sono soddisfatte entrambe le condizioni richieste.
SIMULAZIONE DEL CIRCUITO CON PSPICE
In questo esercizio si chiede di valutare il comportamento in DC del circuito in
funzione del valore della resistenza R1. Come abbiamo già cisto negli esercizi
precedenti, è possibile usare la simulazione DC Sweep per eseguire una sequenza
di analisi in DC dipendentidal valore di un parametro del circuito. Perché ciò sia
possibile bisogna associare alla resistenza R1 non un valore costante, ma quello
che si chiama un parametro globale che è possibile definire nello schema del
circuito inserendo uno pseudo componente chiamato PARAM. Al simbolo
PARAM sono associati attributi che permettono la definizione e l'inizializzazione
di almeno 3 parametri globali; selezionando il simbolo col cursore a freccia e
cliccando due volte rapidamente sul pulsante sinistro del mouse appare:
NAME1=RS definisce un parametro il cui nome è RS, VALUE1=100 inizializza
tale parametro a 100.
Per associare alla resistenza R1 il valore del parametro RS, impostare l'attributo
VALUE={RS} della resistenza R1. (le parantesi graffe si ottengono con la tastiera
italiana tenendo premuto il tasto Alt e digitando 123 per { e 125 per } sul tastierino
numerico).
Prima di simulare ricordatevi di impostare i parametri BV=5 e IBV=1u del diodo
zener con la stessa procedura seguita nell' esercizio D10.
Abilitare la simulazione DC Sweep e
configurarla secondo la seguente finestra
e simulare.
Visualizzare l'andamento della corrente
nel diodo zener I(D1), e con l'aiuto dei
cursori, stabilire l'intervallo di R1 in cui
sono rispettate le specifiche richieste.
Riflettere sulle differenze fra il risultato
della simulazione e le conclusioni
dell'analisi "carta e penna"
