TDP
Progetto N : 2
Classe: 4Aet
DATA: 03/06/2017
Gruppo: 8
ALLIEVO: Davide Antoniol
Alimentatore stabilizzato
Specifiche
Questo circuito è in grado di stabilizzare un segnale in ingresso in AC e fornire in uscita un segnale
stabilizzato in DC che nel nostro caso può andare da 15V a 18V, tensione intesa positivamente perché
nel nostro progetto viene utilizzato un regolatore di tensione negativa (LM337). La corrente massima sul
carico può arrivare a 2A .
La tensione di uscita viene fatta variare agendo sul potenziometro opportunamente collegato al
regolatore variabile.
Schema a Blocchi
Mediante un raddrizzatore a ponte di graetz il segnale in AC già trasformato che viene applicato
si raddrizza ed entra nel regolatore e mediante apposite resistenze si fa passare solamente una parte di
corrente su di esso derivando l’altra sul transistor di potenza in modo da fornire più corrente al carico.
Descrizione dei singoli blocchi
1
In/Raddrizzatore
D1
T1
5
2
4
-
+
8
4
+
1
BRIDGE
3
TRANSFORMER
C1
Questa parte serve per raddrizzare la tensione
che viene fornita in ingresso.
Adottando quattro diodi disposti in
configurazione a ponte di Graetz è possibile
ottenere un segnale che è la somma di una
semionda positiva più la semionda negativa
capovolta (doppia semionda).
Lo svantaggio di questo metodo è di avere
una caduta di tensione pari a quella di due
diodi in serie.
Nel raddrizzare tensioni molto piccole si ha
quindi una perdita e una distorsione
eccessive.
In parallelo alla tensione in uscita al ponte è stato posto un condensatore elettrolitico.
La tensione alternata che arriva dal trasformatore, resa monodirezionale tramite i diodi, non ha ancora
un valore costante: il suo valore cambia continuamente, passando da zero a un valore massimo, e questo
accade nel nostro caso cinquanta volte in un secondo (f = 50 Hz). Il condensatore che si aggiunge al
circuito funziona come serbatoio di riserva: immagazzina energia quando la tensione è massima e la
restituisce quando la tensione tende a scendere.
Calcoli di progetto:
V0 15 18V
VrOUT 5mV
I 2 A
0
Regolatore usato LM337
RRR (LM337) = -77dB
VR0
77
VRi
20log
2,3
VI
(
1
2 3
VR0
= 5 * 10 3 * 10 4 = 50V
4
10
2,81V
0,05)
VM = VOMAX VO
RL =
; VRi =
VI
= 18+3+1,405 = 22,405V
2
VM 22,405
11,20
=
2
I0
Calcolo del valore del condensatore elettrolitico:
C=
2,9 * 10 3 2,9 *10 3
=
=2589 F
RL * r
11,20 0,1
Tensione sul condensatore
VI
Vc.max= VM +
= 23,80V
2
Correnti nei diodi:
I
Id MEDIA = 0 1A
2
2,39
* Id MEDIA =7,55A
Id MAX =
r
2700 F
Trasformatore:
VDIODO = 0,6 V
V
VSEC VM
2VDIODO = 25,005V
2
25,005
=17,68 Veff
VSEC.EFF =
2
VPRIMARIO = 230Veff
Regolatore/adj
D1N4007
ADJ
U2
IN
1
2
3
OUT
LM337K
R1
180
R2F
1,5K
R2F
470
C3
10u
R2V
470
0
Dati dal costruttore:
Vr =1,25V
R 1 180 270
VO Vr (1
R 2 F R 2V
)
R1
R 2 F R 2V
)
18(max) Vr (1
R1
R2F
)
15(min) Vr (1
R
1
Vr 1,25V
Questa parte di circuito è il cuore del
nostro progetto quella che praticamente
fornisce una tensione costante in uscita.
Tale tensione varia da 15 a 18 volt
negativi agendo su un potenziometro
sul piedino adj (adjustment) ,
Oltre alle resistenze appositamente
calcolate per fornire la tensione stabilita
in ingresso sono stati messi alcuni
condensatori e diodi perché consigliati
dal costruttore dell’integrato regolatore
LM337.
ADJ:
Resistenze disponibili con le quali si ottiene una tensione accettabile:
R1 180
R 2 F 1970
R 2V 470
max 18,19
Vo
min 14,93
Non avendo una resistenza fissa da 1970 si è optato per la scelta di due resistenze in serie
1,5K +470 ) .
Potenza dissipata
P d =(Vin-Vout)I 0 =(28-15)*2=26W
L’integrato LM non potendo supportare tutta questa potenza senza dissipatore, al limite circa 15W, si è
scelta la soluzione di far passare quasi tutta la corrente del carico su un transistor di potenza in
contenitore (TO-3) in modo da non avere problemi di dissipazione.
Transistor di potenza
Q1
R5
2QN3055
0,47
R3
D4
100
U3
2
22
D1N4007
B
1
A
IN
ADJ
IN
R2
OUT
3
OUT
LM337K
Questa parte di circuito ci permette di poter dissipare molta più potenza che con solo l’integrato
regolatore.
Nel nostro caso con tensioni negative di uscita è stato usato un transistor npn di potenza in contenitore
TO-3 sigla 2N3055.
La sigla 2N3055 indica un transistor NPN progettato per usi generici in applicazioni con alta corrente e
media potenza, circuiti di amplificazione e commutazione.
Il package TO3, può dissipare 115 watt di potenza; le caratteristiche elettriche primarie sono: 60 volt,
15 ampere, guadagno (Beta) da 20 a 70.
Per partire la corrente in modo che la potenza dissipata sia quasi esclusivamente tutta sul transistor sono
state scelte opportunamente le due resistenze R3 ed R5.
Abbiamo scelto di far dissipare meno di 2W all’integrato ed i restanti al transistor.
La resistenza R2 serve solamente per aumentare la tensione di break (Bv CE ), tipicamente tra 80 e 100 .
Il diodo D4 serve per compensare la caduta di circa 0,6/0,7 volt tra emettitore e base.
Calcolo resistenze R 3 ed R 5 :
V AB = R 3 * I 3 = R 5 * I 5 1V
I R5 R3
I R3 R5
I
TOT I R 5 I R 3
Resistenze usate:
R 3 =22
R 5 = 0,47
Il transistor TO-3 che abbiamo a disposizione è stato montato su un dissipatore metallico.
Qui sotto riportati alcuni dati riguardanti la dissipazione di calore del transistor.
C= CONTENITORE TRANSISTORE
D= DISSIPATORE
A= AMBINETE DOVE LAVORA IL TRANSISTORE
Rjc = Resistenza termica fra junzione e contenitore
Rcd = Resistenza termica fra contenitore e dissipatore
Rda = Resistenza termica fra dissipatore e ambiente
Rja = Resistenza termica fra junzione e ambiente, la somma di tutte le resistenze termiche.
Rja = Rjc + Rcd + Rda
La resistenza termica si può definire come salto di temperatura diviso la potenza
T
Rt =
W
P dissipata = ( Tj - Ta )/ Rja
Dal manuale dei transistori si può conoscere la Tjmax e la Pmax per una temperatura del contenitore di
25 gradi ºC, pertanto per un 2N3055 si avrà
Rjc = (220 ºC - 25 ºC)/ 115 W = 1.52 ºC/W
Per sicurezza si usa una Tj pari a Tjmax moltiplicata per un fattore compreso tra 0.5 e 0.7
Rjc =
Tj Tc
P max
Tj Ta
P max
Tc = Ta+ Pmax*(Rcd + Rda) Td = Ta + Pmax* Rda
Rja =
Dati raccolti sperimentalmente:
I carico
I colletore
I base
VCE
ΔVlm337
V condensatore
2
1,89
39,1
9,52
11,06
30,69
A
A
mA
V
V
V
Conclusioni
Questo progetto ci ha occupato per molto tempo, anche se realizzazione pratica è molto veloce, ci sono
numerosi calcoli e concetti da tener presente. Si deve far molta attenzione ai calcoli di progetto ed è
buona norma fare la simulazione con un programma come nel nostro caso Pspice di orcad per verificare
le correnti e le potenze in gioco sul nostro progetto prima di montarlo e quindi ci permette di evitare
errori di scelta dei componenti.
