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Stabilizzare una tensione con la serie 78xx

Indice

Premessa

Ho notato nel forum una certa richiesta per la realizzazione di circuiti atti a stabilizzare una tensione per appilicazioni piu’ o meno piccole.

Pur sapendo la mole di informazioni presenti sul web in merito , ho ritenuto utile realizzare una breve guida al riguardo, non esaustiva ma utile per applicazioni pratiche.

Stabilizzare con la serie 78xx

La stabilizzazione di una tensione può essere ottenuta, oltre che con componenti discreti, anche attraverso l’utilizzo di appositi circuiti integrati, ovvero di un unico circuito, detto stabilizzatore integrato o regolatore di tensione.

I regolatori di tensione che consideriamo in questo articolo sono di tipo lineare a tre terminali, e possono essere con uscita fissa (positiva o negativa) o con uscita variabile (positiva o negativa).

Il regolatore in questione ha il contenitore TO-220 e la forma come raffigurato:

7812.contenitore.PNG

7812.contenitore.PNG


Il foro presente sulla parte metallica consente di fissarlo su un eventuale telaio di raffreddamento , spesso consigliato soprattutto quando lavora al limite della sua corrente erogabile;il fissaggio è consigliabile attraverso un dado e bulloncino in plastica, ed un isolante (mica, o pasta termo conduttiva) interposto tra le due superfici di fissaggio, poiché sovente il terminale centrale risulta collegato con la parte metallica posteriore.

Internamente questi regolatori di tensione presentano un complesso circuito che regola e gestisce la tensione e la corrente in uscita ed è del tipo:

circuito interno 78xx National.PNG

circuito interno 78xx National.PNG

La serie che maggiormente viene utilizzata dei regolatori di tensione a tre terminali, visto il loro basso costo, facilità di utilizzo, poco ingombro e pochi componenti aggiuntivi è la serie 78.., questa offre un gamma di tensioni disponibili di valore: 5V-6V-8V-10V-12V-15V-18V-24V-, per una corrente di uscita che va da 1A ad un max di 1,5A; il valore della corrente di uscita si può elevare utilizzando dei transistor di potenza aggiuntivi in maniera opportuna, ma la nostra realizzazione non sarebbe piu’ tanto rapida semplice. Inoltre detti regolatori di tensione presentano un proprio circuito di protezione da possibili corto circuiti non prolungati, ed eventuali sovraccarichi.

I due puntini dopo la cifra 78.., vanno sostituiti con il valore di tensione da stabilizzare così se volessimo stabilizzare 12V avremmo bisogno di un LM 7812, ed avremo in uscita i nostri 12V positivi, già perché della stessa serie esistono i regolatori di tensione a tre terminali con uscita negativa ed è la serie 79..; per loro vale quanto già precedentemente detto. Non meno importanti ma molto utili sono i regolatori di tensione a tre terminali con uscita variabile e sono per l’appunto:

  • ad uscita positiva LM117/LM217/LM317 da +1,2V ,a + 37V
  • ad uscita negativa LM137/LM237/LM337 da -1,2V , a -37V

anche quest’ultimi hanno lo stesso tipo di contenitore.

Le caratteristiche principali di un regolatore di tensione a tre terminali sono: la corrente e la tensione massima di uscita, cioè i limiti delle grandezze dette in ingresso e in uscita che l’integrato può accettare e dare, valori disponibili dai datasheet degli integrati; il dropout cioè il valore minimo della tensione fra ingresso ed uscita per garantire la funzionalità dell’integrato; e la corrente di polarizzazione che rappresenta il valore minimo di corrente assorbita in ingresso , in condizione di riposo cioè di circutio di uscita aperto.

IN PRATICA

Questi regolatori di tensione vengono utilizzati solitamente “on board” cioè installati direttamente sul circuito stampato, o scheda, e vanno a stabilizzare una tensione proveniente da un alimentatore solitamente composto da un trasformato, ponte raddrizzatore, e condensatore di livellamento come segue:


Lo schema rappresenta un alimentatore stabilizzato con regolatore di tensione LM7812, uscita 12 V a tensione fissa positiva , la piedinatura del regolatore di tensione per l'eventuale collegamento al circuito è rappresentata nella prima immagine.


Occorre tener presente che è molto utile consultare il datasheet del componente prima di realizzare una sua applicazione, in quanto si rilevano dallo stesso circuiti base di realizzazione, nonché le sue caratteristiche funzionali come :

  • la tensione di ingresso Vi compresa tra i valori ,di 14,5V a 27V
  • la corrente di riposo Io compresa tra i valori di 5,1 a 8,0 mA
  • corrente di uscita di 1°A, e 2,2A di picco.

Come già si è parlato vi è anche la versione del regolatore di tensione con uscita variabile, piu’ indicata a questo scopo sono gli integrati tipo LM117, i quali hanno il terminale COM nel quale vi è una corrente di valore molto piccola, tale terminale è detto per l’appunto “Adjust”, che permette di inserire un potenziometro con il quale eseguire la variazione della tensione di uscita, uno schema tipo è il seguente:


La tensione di uscita Vo è espressa dalla relazione:

V_o = R_1 \cdot I_1 + R_2 \cdot (I_1+I_q)

ponendo

 I_1 \cdot R_1 =V_{reg}

essendo Vreg la tensione di regolazione ,otterremo :


V_o = V_{reg} \cdot (1+ \frac {R_2}{R_1})+R_2 \cdot I_c

R_2 \cdot I_c =R_2 \cdot I_{adj}

Poiché la Vo è funsione della corrente di polarizzazione si sceglie appunto l’integrato della serie LM117, o LM217 o LM317 che presenta nel terminale adjust una corrente molto piccola dell’ordine dei µA, tanto che il prodotto  R_2 \cdot I_{adj} viene trascurato e la relazione di Vo diventa:

V_o = V_{reg} \cdot (1+ \frac {R_2}{R_1})

Poiché la R1 è la resistenza che dovrà garantire al regolatore in condizioni di riposo , ovvero con l’uscita aperta una corrente Iq che si chiuderà su R1 questa varrà:

R_1 = \frac {V_{reg}} {I_q}

Uno schema applicativo piu’ funzionale è di seguito raffigurato, in cui sono presenti dei diodi, 1N 4007, il diodo collegato tra IN ed OUT impedisce al condensatore elettrolitico in uscita di scaricarsi sul regolatore di tensione nel caso di corto circuito all’ingresso dell’alimentatore, e la stessa funzione la svolge il diodo collegato tra l’OUT ed il terminale adj nei confronti del condensatore da 10 µF.

Il condensatore in ingresso da 1000 µF, serve a migliorare il ripple della tensione di Ingresso.


Disclaimer

Il testo scritto è a puro titolo di studio ed hobbistico,con immagini e schemi rappresentativi dell'esposizione, l’autore non si assume nessuna responsabilità esplicita o implicita, per possibili danni, o incidenti derivanti dall’uso improprio di quanto esposto.



Bibliografia

  • datasheets

LM78xx : http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/150/44435_DS.pdf

LM117 : http://www.national.com/mpf/LM/LM117.html#Overview

LM317 : http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/c/0hj5dxz6qa1kdqxjigl5zpok4iky.pdf

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