Misure su "pseudoalimentatore"

[Andrea2000]

Una buonasera a chi mi legge (ora) e a chi mi leggerà (dopo, nel tempo). Ma anche a chi non avrà tempo, modo o semplicemente voglia di leggermi!


Allora, seguendo le indicazioni di coloro che mi dicono che finché non ci si "sporca" le mani non si va da nessuna parte, ho deciso di incamminarmi per questa - non facile - strada.

La prima idea che mi è venuta in mente è stata quella di cominciare a "giocare" con l'elettronica digitale. E quindi, per prima cosa, ho pensato di non impiegare una batteria per l'alimentazione degli IC digitali, ricaricabile o meno, indirizzandomi, invece, verso un alimentatore.

Non volendo, almeno per il momento, acquistare un alimentatore da banco, ho pensato di riutilizzare qualche vecchio carica batterie e che, ho pensato, avrebbe potuto fare allo scopo.

E così è saltato fuori dal cilindro (in realtà una vecchia busta) il caricabatterie che mostro in figura.

La marca, anche se si legge, non è importante. Importante, invece, è la tensione d'uscita, 3.7 V, e la corrente massima erogabile, 350 mA.

Bene, ho pensato, non sarà il massimo per l'alimentazione di circuiti digitali (i TTL, se ho capito bene, richiedono 5 V ma forse con i CMOS gliela dovrei fare); ma proviamo ad andare avanti.

A questo punto provo a fare una misura di tensione a vuoto e qui comincia il mio stupore:

osservo una tensione di 7,4 volt: oltre il doppio di quella nominale e dichiarata dal costruttore!

Provo a fare io le prime obiezioni:
1. è una misura a vuoto verso la quale gli effetti della resistenza interna sono quasi del tutto trascurabili;
2. "hai preso un caricabatterie e non un alimentatore! Che ti aspettavi?"

Tornando sul serio, decido di fare un paio di misure sotto carico:
a. con 1000 ohm misuro 7 V
b. con 100 ohm misuro 6.2 V

Ho un po' di timore a provare con 10 ohm ...

Per il momento mi fermo qui.
Qualche riflessione/aiuto/suggerimento?
Grazie.

[elfo]

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[Andrea2000]

Ciao elfo e grazie per il contributo.

Scusa, ma sono un po' lento nel decrittare il tuo post. Forse vuoi dirmi che se mi collego all'ACP-7E con quel circuito, otterrò, in uscita, una tensione da 5 V con un uscita massima di 100 mA?

[claudiocedrone]

...se mi collego all'ACP-7E con quel circuito, otterrò, in uscita, una tensione da 5 V con un uscita massima di 100 mA? ...

Non sono Elfo ma posso confermare in sua vece .

[Andrea2000]

Bene, bene. A questo punto la questione diviene un po' ...
... "ciliegesca"!

Nel senso che mi sorgono più domande, a grappolo (con poche risposte ). Provo a condividere:

1. perché dovrei aver necessità di un circuito del genere?
Provo a darmi una risposta: perché in tal modo avrei una tensione stabile e poco dipendente sia dalla corrente richiesta dal carico che da eventuali variazioni della tensione di rete.

2. E come funziona quel circuito?
Qui le cose si complicano ma, comunque, ci provo lo stesso: la tensione in uscita è fissata a 5 volt grazie allo zener e grazie alla giunzione base emettitore del transistor che, se al silicio, possiamo dire che è circa 0.7 V. Ed ecco i 5 volt in uscita. Condizione imprescindibile, però, è che lo zener deve lavorare in conduzione inversa (e con una IZ>IZT) e che il BJT debba trovarsi in conduzione anch'esso. Ora cosa garantisce tale condizione? La presenza di una tensione, ai capi del caricabatterie, sufficientemente maggiore di 5 V.

3. perché la corrente è limitata a 100 mA?
Qui le difficoltà aumentano. Provo: la corrente in uscita all'ACP-7E deve essere la somma di tre componenti:
a. la corrente circolante nello zener, che deve essere maggiore della corrente di ginocchio (diciamo almeno 5 mA? Non so, bisognerebbe prima definire la sigla commerciale dello zener prescelto);
b. la corrente circolante nel collettore del Tip31 (che valore? Anche qui non saprei: sicuramente hFE volte la corrente di base. E la corrente di base? Nel resistore circolano circa 0,7 mA e nella base del BJT la differenza tra IZ e IR. Penserei a circa 5 mA, ma mi sembrano troppi!!! Se fosse vero, infatti, potremmo avere una IC di circa mezzo ampere!!!);
c. la corrente richiesta dal carico.

4. ...
Basta domande, per il momento: c'è già abbastanza carne al fuoco!

Come sto andando?
Grazie.

[MarcoD]

complimenti per il bel resoconto dettagliato delle prove con giuste domande. Vedo di rispondere a qualche domanda.

3. perché la corrente è limitata a 100 mA?

perché l'alimentatore non ce la fa !!, si siede !

Se a vuoto misuri 7,4 V e con 100 ohm di carico misuri 6.2 V:
6,2 V / 100 ohm = 62 mA erogati
la resistenza interna dell'alimentatore è (7,4-6,2)/0,062 A = 19,3 ohm.
con 100 mA avrai una tensione di: 7,4 - 19,3 x 0,1 = 5,5 V poco più di 5 V, poi se il trasformatore scalda la resistenza degli avvolgimenti aumernta un poco.

Il transistor regolatore deve assorbire i 100 mA se vuole mantenere l'uscita a 5 V se non li assorbe il carico. Avrà in regolazone un guadagno Hfe di almeno 50.
100 / 50 = 2 mA corrente nella base e circa nello zener da 4,4 V o 4,7 V
potenza dissipata nello zener = 4,7 x 0,002 = 10 mW , quindi uno qualunque di bassa potenza dovrebbe andare bene.

Se tu avessi un alimentatore da circa 9 ..12 V, potresti mettere un regolatore 7805 in serie, non sprechi energia a vuoto. Con soli 7,4 V a scendere, la caduta di tensione 7,4 - 5 è insuficiente a far funzionare bele il regolatore.

[MarcoD]

Ho un po' di timore a provare con 10 ohm ...

Niente paura, per qualche minuto dovrebe tenere,
corrente prevista di cortocircuito 7,4 V / 13,9 = 0,53 A
quanto misuri effettivamente con l'ICE portata 0,5Ax2 ?

[brabus]

Andrea2000,

Il fenomeno che osservi deriva dal fatto che l'alimentatore in questione è di tipo NON stabilizzato.

Gli alimentatori si possono dividere in due grandi categorie: stabilizzati e non stabilizzati. L'alimentatore stabilizzato, come dice il termine, è dotato di un circuito (tipicamente a feedback, noto anche come retroazione), che assicura il mantenimento del valore della tensione d'uscita entro le condizioni di lavoro (ossia: senza carico e a pieno carico).

Gli alimentatori NON stabilizzati sono più semplici da costruire, ma di contro non regolano la tensione d'uscita. Come si risolve la cosa? Semplice: si fa in modo che la tensione sia corretta in corrispondenza del carico nominale. Con una corrente di carico di 350mA vedrai 5V, con correnti inferiori la tensione salirà.

Il circuito postato da elfo è uno stabilizzatore aggiuntivo, del tipo "shunt"; qui si apre tutto un discorso sulle possibili architetture con i pro e contro.

[Andrea2000]

Grazie a tutti per le risposte e per l'attenzione mostratami.

Rispondo con un po' di ritardo a causa di molteplici impegni (scuola, alternanza, ecc.).

Allora Marco, ho preso coraggio dopo le tue parole e sono riuscito a fare altre misure, come dire, un po' più spinte!

Ecco i risultati.
Con un carico da 22 ohm nominali (di fatto 25 dopo la misura con il vecchio ICE) trovo una tensione di 4,6 volt e, pertanto, una corrente di 184 mA (misura indiretta).

Con un carico da 10 ohm nominali (13 sono quelli misurati) osservo una tensione di 3,3 volt e, conseguentemente, una corrente di 254 mA (anche qui, misura indiretta).

Supponendo corrette le mie misure, mi sembra che la resistenza interna non sia costante. E' normale?
Se riesco a trovare dell'altro tempo, in giornata, provo a disegnare un grafico che contenga queste ed altre misure per vedere come varia la tensione ai capi del carico al variare del carico stesso.

[richiurci]

Mi permetto di osservare che esiste una soluzione molto più semplice e versatile, il classico regolatore di tensione lineare in uscita.

Un integrato e pochi componenti di contorno permetterebbero di avere una tensione stabile e perfino regolabile se si usa un potenziometro. Oltre a protezioni da cortocircuito e surriscaldamento.

Basta leggere qualche data sheet dei vari LMXXX, ci sono anche gli esempi applicativi