Circuito singola semionda con zener

[macco]

mi scuso prima di tutto,per i tempi di risposta lunghi,ma con gli impegni universitari e lo studio sono sempre fuori casa.

Ho provato a motivare e a disegnare il grafico da me ottenuto,spero risulti chiaro,in giallo ho disegnato l'andamento della tesnsione dello zener considerando la sola resistenza,poiché per il calcolo dei valori ho fatto riferimento a quello.
Anche se principalmente il grafico che avevo realizzato senza valori,lo avevo realizzato ragionando sull'esercizio idraulico da te proposto che si è rivelato utilissimo

Spero sia giusto:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Mi sorge un dubbio,sul picco minimo del condensatore,come scritto sul grafico,non so se effettivamente è 9.3-4.6=4.7V considerando 4.6= o 9.3-5.4=3.9V con 5.4V picco minimo di tensione che ho messo in evidenza nel grafico.

[BrunoValente]

Mi sorge un dubbio,sul picco minimo del condensatore,come scritto sul grafico,non so se effettivamente è 9.3-4.6=4.7V considerando 4.6= o 9.3-5.4=3.9V con 5.4V picco minimo di tensione che ho messo in evidenza nel grafico.

Purtroppo né l'uno né l'altro.
Qualitativamente ci sei ma i numeri non sono quelli.
Il grafico in giallo invece, se si riferisce alla sola resistenza, è corretto anche nei valori.

Abbiamo detto che la tensione ai capi dello zener può solo essere compresa all'interno della fascia +0.7V, -4.6V (riferita al catodo).
Fintanto che la tensione ai capi dello zener si trova all'interno di quella fascia lo zener è a tutti gli effetti un circuito aperto e quindi NON fa variare la tensione sul condensatore che di fatto si trova isolato dal generatore. Appena la tensione AI CAPI DELLO ZENER tenta di uscire fuori da quella fascia, lo zener conduce e, modificando la tensione sul condensatore di quanto serve, evita proprio che questo possa accadere.
Quindi la tensione ai capi dello zener, che durante la discesa della tensione del generatore ad un certo punto vorrebbe scendere sotto i -4.6V, non può farlo perché lo zener si oppone iniziando a condurre e quindi la tensione ai capi dello zener non supera quel valore FERMANDOSI A -4.6V NONOSTANTE LA TENSIONE DEL GENERATORE CONTINUI A SCENDERE.
Questo può ottenersi solo se la tensione sul condensatore, da quel punto, inizia a scendere mantenendosi ad una distanza fissa di 4.6V PIU' IN ALTO rispetto alla tensione del generatore.
Devi sempre tener conto che la somma algebrica delle due tensioni, quella sul condensatore e quella sullo zener, ad ogni istante deve eguagliare quella del generatore, cioè Vc+Vz=Vm
Nel tuo grafico la tensione sul condensatore vale+ 4.7V quando quella del generatore è a -10V: quindi la tensione ai capi dello zener vale
Vz= Vm-Vc = -10-(+4.7) = -14.7V...è possibile?

[macco]

se ho capito bene in ogni punto del grafico deve valere la relazione:
Quindi non mi basta sostituire i valori e risolvere la semplice equazione in corrispondenza del picco minimo?

[BrunoValente]

Peccato che 5.4V non è la tensione AI CAPI dello zener, cioè tra catodo e anodo, che tra l'altro, lo ripeto, non può superare 0.7V in un verso e 4.6V nell'altro

[BrunoValente]

Aspetta un attimo: ripartiamo dall'inizio.

Come avrai capito io sto cercando di farti vedere quale è il "meccanismo" attraverso il quale funziona il tuo circuito e non sto seguendo un percorso “regolare”: se lo facessi sarebbe un duplicato di qualità scadente del corso che già frequenti.

In genere i processi mentali che portano a comprendere questi meccanismi e quindi a "vedere" i segnali nei circuiti, a capire al volo cosa accade, dov’è l'inghippo, perché funziona proprio così e non in un altro modo ecc., viaggiano su un percorso che non è solo nozionistico: occorrono fantasia, creatività, immaginazione.
L'insegnamento spesso non da importanza a queste cose e segue una via formale e rigorosa, ormai consolidata, come è giusto che sia...e tutto il resto dovrebbe procedere di pari passo come naturale conseguenza a carico esclusivo dello studente.

Per “tutto il resto” intendo proprio l’insieme di tutti quei processi mentali che portano a capire anche le cose non dette, a fare collegamenti tra gli argomenti trattati, a trovare somiglianze tra cose apparentemente diverse ecc. insomma a fare quell’attività collaterale allo studio che serve a guadagnare la padronanza.

Per l’apprendimento di materie scientifiche, aiuta molto una predisposizione naturale, occorre essere dotati di una specifica abilità.
Secondo me, tutti noi, o quasi tutti, abbiamo questa predisposizione, però alcuni di noi non hanno sufficiente abilità a causa, probabilmente, del loro percorso di vita che non li ha portati ad allenarsi verso quella direzione.

Ecco che c’è chi subito va in sintonia e chi invece fatica a farlo.
C’è chi, avendo compreso solo a sufficienza le nozioni, riesce facilmente ad essere autonomo nell’applicarle a tutti i casi che si presentano, chi invece avendole comprese molto meglio, non riesce a muoversi che in un ambito molto ristretto.

Il mio tentativo è quindi proprio quello di aiutarti a percorrere questo territorio un po’ inconsueto.

Veniamo a noi.

Ti faccio un altro esempio ai confini della realtà, questa volta meccanico.
Sono certo che ti farà accendere la lampadina e che ti farà capire finalmente quanto ti stai perdendo in un bicchiere d’acqua.

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In figura è rappresentato una specie di plotter.
Ci sono due binari A e B sui quali possono scorrere senza alcun attrito due carrelli.
Sui carrelli sono disposti due pennini rappresentati dai dischetti rosso e verde e le scale graduate indicano la posizione dei pennini sui loro binari.

Sotto ai pennini scorre una striscia di carta a velocità costante nel verso della freccia e quindi i pennini tracciano la loro posizione.

Ovviamente i pennini, non essendo sovrapposti, tracciano i due grafici spostati tra loro ma questo è un dettaglio che trascuriamo.

Il carrello di sinistra porta il pennino rosso ed, essendo motorizzato, esegue un movimento alternato, su e giù sul suo binario, che riproduce la forma triangolare dalla quota –10 alla quota +10.

L’andamento della sua posizione e quindi anche il tracciato del pennino rosso sulla carta, sono identici a quello della tensione del generatore del nostro circuito.

Il carrello di destra porta il pennino verde ed è folle e libero di muoversi su e giù sul suo binario.

Essendo i binari disposti su un piano perfettamente orizzontale, il carrello di destra, pur essendo folle, non tenderà a spostarsi dalla posizione dove si trova: se venisse spostato da una eventuale forza applicata su di esso, appena cessato l’effetto della forza, rimarrebbe di nuovo fermo nella nuova posizione.

La posizione del carrello di destra, quindi, rappresenta efficacemente la tensione del condensatore del nostro circuito, che, se nessuno lo tocca (se nessuno lo scarica), mantiene inalterato il suo valore.

Dai due pennini partono due staffe di ancoraggio che, ovviamente, se venissero collegate meccanicamente l’una all’altra, costringerebbero il carrello di destra a muoversi perfettamente in sincronismo e con la stessa escursione di quello di sinistra.
I due tracciati, in queste condizioni, sarebbero identici ma non sovrapposti come invece dovrebbero essere: quello verde sarebbe ritardato della distanza tra i due binari ma come abbiamo detto trascuriamo questo difetto del nostro meccanismo. Saremo in grado di interpretare comunque i due grafici tenendone conto.

Ora introduciamo tra le due staffe il “diodo zener” che svolgerà quindi la funzione di organo di trasmissione del movimento dal carrello di sinistra a quello di destra.
Esso, per come è fatto, non vincola sempre rigidamente le due staffe l’una all’altra, ma a volte le vincola e a volte no.

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E’ costituito da una struttura a forma di C rovesciata (ci vuole un po' di fantasia per vedere la C rovesciata ma non saprei definirla meglio) ancorata saldamente alla staffa del carrello di destra e che con due sporgenze verso sinistra offre due punti di appoggio alla staffa del generatore: l’uno più in alto di 0.7 rispetto al pennino verde, l’altro più in basso di -4.6 rispetto al pennino verde.
ovviamente, in questo modo, la staffa del generatore è confinata a muoversi tra le due sporgenze e quando si appoggia su una di esse, la preme e sposta il carrello di destra che fino a quell'istante era fermo.
Sulla C rovesciata è anche presente una scala graduata che indica la DISTANZA TRA LA STAFFA DEL GENERATORE ED IL PENNINO VERDE (TENSIONE AI CAPI DEL DIODO ZENER) e che, essendo solidale con la C rovesciata, che a sua volta è solidale con il carrello di destra, si sposta insieme al carrello di destra.

Tutto questo dovrebbe aprirti gli occhi e farti capire quanto sia in realtà banale il problema che ti sta affliggendo: spesso la complessità che ci appare non è nelle cose che osserviamo ma solo nella nostra testa a causa del nostro guardare da una prospettiva sbagliata.

Adesso se non riesci a disegnare correttamente i due grafici, quello della posizione del pennino di sinistra (tensione del generatore) e quello del pennino di destra (tensione sul condensatore) vengo a cercarti anche se sei in cima al mondo e un paio di scappellotti non te li leva nessuno .

[macco]

Finalmente sono riuscito a dedicarmi alla soluzione dell'esercizio da te proposto:

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Penso (spero) di essere riuscito a capire dei concetti che prima mi erano poco chiari. In giallo (ovvero dove la tensione Vc rimane costante) ho segnato il punto dove la tensione Vd varia. In particolare, nel picco massimo di Vg la Vd inizierà a variare da 0,7 a -4,6 , raggiungendo quel valore quando la Vc ricomincerà a scendere ( proprio perché si è creato un dislivello di 4,6.) Nei punti in cui la Vc sale e scende la Vd rimane costante. Quindi, nel picco minimo di Vg, Vd comincerà a variare nuovamente da -4,6 a 0,7 e la Vc rimane costante fino a quando non si crea nuovamente il dislivello di 0,7.
Spero di essere stato sufficientemente chiaro, ti ringrazio ancora per l'attenzione e la pazienza!

[BrunoValente]

Ciao macco,
non posso che congratularmi con te! la tua spiegazione è chiara e corretta, direi proprio che hai capito bene il funzionamento del circuito. Spero ora ti appaia tutto semplice come in effetti è.

Per completare il discorso ed arrivare allo schema del tuo esercizio resta ora da vedere come si modifica il grafico aggiungendo una resistenza in parallelo al condensatore.
Secondo te cosa accade?

[macco]

Se aggiungo la resistenza in parallelo al condesatore, le due tensioni ( quella del condesatore e quella della resistenza ) non dovrebbero avere lo stesso valore proprio perché si trovano in parallelo? (ma valori di corrente diversi)

[BrunoValente]

Si certamente, ma come si modificherebbe il grafico della tensione sul condensatore (o sulla resistenza, che è la stessa cosa)?

[macco]

Secondo me i due grafici (quello nuovo e quello precendete), dovrebbero essere uguali proprio perché condensatore e resistenza si trovano in parallelo e quindi hanno la stessa tensione.