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
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.
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
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 …
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.
1.
calcoliamo la corrente
2(A):30(hFe) = 0.0666
di
base
del
BJT
:Ib
=
2. la corrente che deve scorrere in R1:IR = 0,200 − 0,0666
= 0,1334 (0,200 sono gli ampere che scorrono nel
circuito integrato
3. pertanto la R1 in ohm vale:R = 0,7:0,1334 = 5,247ohm
4. 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
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)…
1. R1 = Vreg:mA
2. R2 = (Vout − Vreg):mA
3. 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
=180+220=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
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
:
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/82833/FAIRCHIL
D/LM7805.html
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