I circuiti digitali, partendo dall'ABC.

[roy67]

Cari amici, con questa discussione voglio "iniziarvi" alla comprensione dell'elettronica di base per arrivare a far comprendere l'elettronica digitale. Per capire come funziona bisogna innanzi tutto partire dall'elettrotecnica, quindi dalla corrente elettrica. Per fare ciò dovremo iniziare a comprendere alcune basi della fisica, spiegate in modo sufficientemente comprensibile, seppur molto basilare, senza troppi approfondimenti. Voglio evitare, quanto più possibile (ma in alcuni casi obbligatori) termini tecnici, formule matematiche e quant'altro possa trasformare quanto spiegato in un concentrato di "incomprensibilità" difficili da "digerire". Premetto che sicuramente molti miei colleghi avranno da ridire per come ho semplificato la cosa. Ma questa non vuole essere una lezione di elettrotecnica/elettronica, ma solo un infarinatura leggera e semplificata, che sia comprensibile a tutti.

L'elettrotecnica di base.

Cos'è la corrente elettrica?

Sappiamo che la materia è formata da atomi, costituiti a loro volta dal nucleo (assieme di protoni e neutroni) e da elettroni che vi girano attorno come satelliti.

Immagine:

9,11 KB

I materiali detti "conduttori" (che possono trasportare la corrente elettrica) sono tutti quei materiali formati atomicamente da elettroni che hanno la possibilità di muoversi e "saltare" da un atomo all'altro. Tutti quei materiali che hanno composizione atomica che non permette tale movimento, sono detti "isolanti".
La corrente elettrica è costituita da un flusso di elettroni che si muovono all'interno di un conduttore, saltando da un atomo all'altro. Va da se che questo flusso deve essere continuo, ovvero, se un elettrone parte, non deve fermarsi, altrimenti quelli che seguono dovranno a loro volta fermarsi e la corrente elettrica cesserebbe.
Perché un apparecchiatura elettrica funzioni ha necessità di 2 fili, uno che trasporta gli elettroni all'apparecchiatura (polo positivo) ed un altro che li fa tornare alla fonte (polo negativo).
Inserendo quindi la spina di corrente nella presa di casa, avremo una corrente elettrica che percorre il primo filo (detto fase), entra nella lampadina (ad esempio), attraversa il filamento, facendolo divenire incandescente, ed esce, percorrendo il secondo filo (detto neutro), fino alla spina.
Questo proprio perché è già l'alternatore della centrale elettrica che, per ogni elettrone che spedisce in linea, ne deve ricevere di nuovi da ri-inviare, generando quel flusso continuo che fa si che la corrente elettrica sia sempre in movimento, senza fermarsi. Solo premendo un pulsante, interruttore, od altro, faremo cessare quel flusso, interrompendo la corrente elettrica, perché interrompiamo il flusso di elettroni verso e dall'utilizzatore.
Spiegato questo, riassumendo, abbiamo il polo positivo che porta la corrente elettrica verso l'utilizzatore ed il polo negativo che la fa ritornare alla presa (non mi dilungo sul fatto della "fase" e "neutro" ma voglio essere comprensibile, semplificando un po' la cosa).

La corrente elettrica viene calcolata con tre principali misure:
Volts: Che misurano la "quantità"
Ampere: che misurano "l'intensità"
Watt: che misurano potenza, cioè il rapporto fra quantità ed intensità.
(Non mi dilungo troppo sull'argomento, in rete vi sono siti che lo approfondiscono esaurientemente).

Erroneamente a quanto comunemente si pensa, la pericolosità della corrente elettrica non è sita nei volts, bensì negli ampere.
Per fare una metafora semplicistica, supponiamo che il nostro filo elettrico sia un fiume d'acqua.
I Volts sono la "profondità" del fiume (livello delle acque), gli ampere sono la velocità della corrente.

Se vi gettaste in un fiume molto profondo, privo di corrente, (supponendo che sappiate nuotare, ovviamente), non avreste nulla da temere, nuotate fino alla riva e ne uscite.
Ma se vi gettaste in un fiume in piena, con magari poca profondità, ma altissime e velocissime onde dense... La cosa sarebbe molto diversa.....
Quindi, i volts sono la quantità di elettroni che attraversano il conduttore.
Gli ampere sono l'intensità con cui il conduttore viene attraversato.
Abbiamo poi i Watt. Il Watt è l'unità di misura con cui si identifica la potenza della corrente elettrica, calcolando il rapporto fra volts ed ampere.
I watt possono essere anche chiamati "volt-ampere" sinonimo che identifica sempre il rapporto fra volts ed ampere calcolando la potenza.

Elementi di calcolo:
Purtroppo bisogna anche studiare un poco di matematica....
Tutte le misure elettriche hanno simboli o sigle che le identificano.
Volts= V; Ampere= A; Watt= W (oppure VA). Spesso troviamo formule di calcolo che riportano sigle differenti, perché si basano sulla teoria. Quindi troveremo la classica formula P=V"I. Tali sigle altro non significano che
P (potenza)= W (watt)
I (intensità)= A (ampere)= Corrente
V (volts)= Tensione
Per calcolare gli assorbimenti elettrici, i watt oppure i volts, dobbiamo avere sempre ben chiare almeno 2 delle tre misure.
Per calcolare, ad esempio, quanti ampere assorbe una lampadina da 100 watt del nostro lampadario, dobbiamo fare il seguente calcolo:
W/V=A
Ovvero 100 Watt/220 Volt = 0,45 Ampere
Ma se conosciamo solo Ampere e Watt:
W/I=V
Ovvero 100 Watt/0,45 Ampere = 220 Volts
Se conosciamo solo Volts ed Ampere:
V"A=W
Ovvero 220 Volts"0,45 Ampere= 100 Watt

Conclusioni:
I Volts identificano la "tensione elettrica" con cui viene attraversato un conduttore.
Gli Ampere identificano l'intensità di "corrente elettrica" che lo attraversa.
I Watt identificano la potenza che tale corrente elettrica ha per far funzionare l'utilizzatore
E si calcolano come segue:

Se P=V"I e i simboli significano:
P (potenza)= W (watt)
I (intensità)= A (ampere)= Corrente
V (volts)= Tensione

Va da se che si traduce in:
W=V"A
Di conseguenza:
V= W/I
I= W/V

Fine prima parte. Domani interrogo...

[Docdelburg]

Grazie Professore per l'interessante prima lezione!
Domani non so se riuscirò ad essere interrogato perche probabilmente mi morirà il cane o mi si allagherà la cantina.....

[roy67]

No.. dai.. Professore no... Non professo nulla...

Da amante degli animali, ti auguro che ti si allaghi la cantina..... Comunque, voglio la giustificazione.
A presto con la seconda parte: Corrente alternata - Corrente continua.

[Ferroviere delle Dolomiti]

Credo che la classe si dividerà in due fazioni, signor prof!
Marklinisti VS resto del mondo

[Edimau]

Azzarola!!! Ma io volevo andare a dormire!!![:(!][:(!][:(!] Invece mi tocca fare le ore piccole per studiare se no domani all'interrogazione che gli racconto???

Grazie Roberto, modo semplice ma giusto per gli "Zucconi" come il sottoscritto!
Sembrerà assurdo , ma solo avere chiaro il significato dei termini apre alla comprensione di alcune cose che avete postato in altre discussioni.
Certo magari non riusciremo mai a costruire qualcosa, però forse comprenderemo meglio il perchè bisogna fare od usare certi accorgimenti

Maurizio


P.S.

Domani diinterrogazioni ne ho due!!! Pure Fabio(cf69) me l'ha promessa!!!
Mi sa che domani faccio...salina!!!!
.

[dilan]

Ciao Roberto,
la prima lezione e stata facile e di chiara comprensione.
Immagino che i guai seri arriveranno dalla seconda lezione in poi.
Comunque grazie per l'iniziativa.

[roy67]

No Antonio, cercherò di rimanere sulla semplicità finora utilizzata.
Come ho detto all'inizio, non vuole essere una lezione di elettronica, ma fornire alcuni elementi base per la comprensione di un circuito elettrico/elettronico.

[piepand]

Grazie per questa lezione e per quelle future, molto utili per me che sono ignorante in materia e alle prime armi con il fermodellismo. Un grazie, ancora, a te che nonostante i tuoi impegni di lavoro occupi il tuo tempo al forum.

[littlejohn]

Carissimo Roberto,
eccellente iniziativa che seguirò con immenso interesse ed attenzione vista la mia poca dimestichezza con l'argomento facendo molte cose senza rendermi conto, a volte, completamente del perché è bene fare in quel modo piuttosto che in un altro.
Chiarissima e semplice esposizione.
Spetto con interesse la seconda lezione.
Un cordiale saluto
Gian Luca "Littlejohn"

[marioscd]

Roy, un solo piccolo appunto... le misure di potenza elettrica che hai riportato non sono molto corrette... e si riferiscono, comunque, solo alla corrente continua. In realtà se ci si riferisce alla corrente alternata (come potrebbe sembrare visto l'esempio della lampadina alimentata a 220V), le misure sono un po' diverse perchè bisogna tenere conto anche di altri parametri legati al tempo (considerando la frequenza tipica della nostra corrente alternata). In pratica con la classica formula W = V x I (valida in corrente continua) in alternata misuri solo la potenza istantanea che non è molto significativa. La potenza della corrente alternata si misura, difatti con: P = V·I·cos(fi) ed entrano in gioco anche altri fattori, come il tipo di carico che assorbe che può essere induttivo o capacitivo ma qui entriamo nelle misure più complesse e direi che, nel caso del fermodellismo, ci interessano il giusto.
C'è qualcosa che non mi torna con le tue formule... se la formula diretta è W = V"I le formule inverse saranno: V = W/I e I = W/V (potenza = tensione x corrente e quindi tensione = potenza / corrente e corrente = potenza / tensione) quindi la corrente assorbita dall'ipotetica lampadina da 100 W di potenza alimentata a 220V in corrente continua sarà di 100/220 = 0,45 A (e NON 2,2A!!)

ciao

[liftman]

Scusa Mario, il tuo ragionamento è corretto, ma se sulla lampadina o un qualsivoglia "utilizzatore" c'è scritto 100W/220V, saranno riferiti al reale consumo tenendo conto delle caratteristiche della tensione di linea tipica delle abitazioni, lo stesso vale per le differenze tra carichi capacitivi e resistivi.

[marioscd]

la lampadina è un carico puramente resistivo. In ogni caso il problema è nelle formule che non sono corrette...

ciao

[Massimo Salvadori]

Grazie Roberto, sei grande, me le stamperò le tue "lezioni", ci voleva proprio "l' elettrotecnica per il popolo", anche noi muratori traffichiamo con le correnti elettriche.[:I][:I][:I][:I]

[roy67]

Roy, un solo piccolo appunto... le misure di potenza elettrica che hai riportato non sono molto corrette...

Si, purtroppo ho invertito le formule, Ma visto e considerato che sei moderatore d'area... Puoi modificare e correggere.. io non posso più... [:I]

A mia discolpa posso dire d'aver scritto la prima formula teorica in modo corretto, ovvero P=V"I... poi.. forse la nebbia in valpadana.. mi ha fatto invertire tutto..[:I]

Comunque, correggo direttamente qua, ma sarebbe bene correggere anche la discussione principale:

Se P=V"I e i simboli significano:
P (potenza)= W (watt)
I (intensità)= A (ampere)= Corrente
V (volts)= Tensione

Va da se che si traduce in:
W=V"A
Di conseguenza:
V= W/I
I= W/V

Questa è anche la prova scritta (carta canta) che non ho copiato ed incollato.. Ma scritto direttamente... Mentre pensavo (male).

Ho volutamente spiegato al corrente alyternata come se fosse contibnua... Proprio per non creare confusione.

Se voglio spiegare i circuiti elettronici di un plastico... Non voglio creare confusione con i calcoli della corrente pulsante... Anche se un infarinata di "alternata" dovrò darla.

[marioscd]

ok, allora vado a modificare... io non l'ho fatto prima perchè era giusto che tu mi autorizzassi a toccare un testo non mio!

ciao!

PS non avevo dubbi che non ti fossi accorto dell'errore... capita!

[roy67]

OK, Mario. Hai il permesso eterno per correggermi...
Grazie per l'avviso. Non me ne sarei mai accorto.. Se non prendendo tali formule e ragionandoci....

Anzi, avrei addirittura negato d'aver scritto "robe del genere". [:I]

Purtroppo capita. Capita a chi le cosa le fa, le dice, le scrive. A chi le pensa solamente....

[liftman]

Purtroppo capita. Capita a chi le cosa le fa, le dice, le scrive. A chi le pensa solamente....

e questo solo perchè sei stato TU e solo TU a scriverle

[Docdelburg]

Bene, correzione fatta; errare umano è, chi è senza peccato scagli la prima pietra, se son rose fioriranno, son tutti froci col cu.o degli altri......insomma andiamo avanti!

[Edgardo_Rosatti]

Il problema è anche che chi lo segue deve avere un minimo di strumentazione di base. Multimetro (tester), un alimentatore discreto possibilimente variabile ed un saldatore.
Questo consente a chi vuole cimentarsi nel campo trattato di avere la possibilità di sperimentare quello che viene detto.
Poi le formule vengono fuori pian piano e si confrontano con la pratica fatta sul campo.

Penso che in fondo l'iniziativa di Roy sia meritevole e con questo non voglio dire che qualcuno dice che non lo è. Anche io ci ho provato algli albori della nascita del forum, anche se un po' diversamente e forse ingenuamente.
Ma nel mio caso cercavo solo di spiegare come funzionavano i circuiti del plastico di Carnate e alla fine l'integrato CD4093 è stato scambiato per l'ultima hit dei Pooh
Aneddoti a parte , per fare un thread di questo tipo bisognerebbe lasciare spazio a chi lo ha aperto e parlare meno di tecnicismi, altrimenti si spezza l'armonia.
Poi benvengano le precisazioni di qualsiasi tipo

Spero tanto di non essere frainteso e di poter dare un contributo al forum.

Ciao
Edgardo

[Edimau]

Il problema è anche che chi lo segue deve avere un minimo di strumentazione di base. Multimetro (tester), un alimentatore discreto possibilimente variabile ed un saldatore.
Questo consente a chi vuole cimentarsi nel campo trattato di avere la possibilità di sperimentare quello che viene detto.
Poi le formule vengono fuori pian piano e si confrontano con la pratica fatta sul campo.

Penso che in fondo l'iniziativa di Roy sia meritevole e con questo non voglio dire che qualcuno dice che non lo è. Anche io ci ho provato algli albori della nascita del forum, anche se un po' diversamente e forse ingenuamente.
Ma nel mio caso cercavo solo di spiegare come funzionavano i circuiti del plastico di Carnate e alla fine l'integrato CD4093 è stato scambiato per l'ultima hit dei Pooh
Aneddoti a parte , per fare un thread di questo tipo bisognerebbe lasciare spazio a chi lo ha aperto e parlare meno di tecnicismi, altrimenti si spezza l'armonia.
Poi benvengano le precisazioni di qualsiasi tipo

Spero tanto di non essere frainteso e di poter dare un contributo al forum.

Ciao
Edgardo

L'ideale sarebbe avere una doppia discussione, una con solo le spiegazioni date da Roberto (o altri se inerenti) e questa dove scambiare domande e/o battute e precisazioni. La prima alla fine sarebbe un vero e proprio tutorial privo di interventi (come questo) che magari ne appesantiscono la lettura.

Maurizio

[roy67]

Io penso che sia giusto intervenire, in primis per correggere qualche errore che commetto (e da essere umano ne sono soggetto), in secondo luogo per chiarire qualche concetto che non si è capito.
Quando iniziai a studiare elettronica, per 2 anni, non vidi nemmeno una presa di corrente.. figuriamoci un tester... Solo libri, formule, calcoli, leggi, etc... Tutto incentrato sulla fisica e chimica della materia.

Se la spiegazione è chiara (come spero di riuscire a fare), si arriverà a comprendere le basi di un circuito elettrico. Il tester servirà solo alla fine, e solo se qualcuno si vorrà cimentare in esperimenti. ma per questi.. è meglio iniziare con una pila da 9 volts, una lampadina da auto (che è da 12 e non brucia) ed un interruttore.... Se leggessimo un libro Horror, non ci dotiamo di mannaia, motosega, e rasoio... per meglio comprendere ciò che accade

Penso che una buona spiegazione di base, se semplice, possa essere intesa senza costruire o progettare nulla. E' chiaro che, per meglio comprendere ed approfondire l'esperimento, il circuitino vuole fatto.

[Edgardo_Rosatti]

...
Penso che una buona spiegazione di base, se semplice, possa essere intesa senza costruire o progettare nulla. E' chiaro che, per meglio comprendere ed approfondire l'esperimento, il circuitino vuole fatto.

Quoto solo l'ultima parte

Su questo sono perfettamente daccordo. La teoria deve essere compresa come base degli studi/sviluppi da chiunque.

Nel mio messaggio ho solo voluto evidenziare il fatto che prima o poi (come citi) il circuito vuole fatto. A qualcuno di noi basterà averne capito il principio, ma ad altri potrebbe interessare ampliare l'argomento e "smanettare".
Ecco, è per questo motivo che suggerisco a chiunque voglia sperimentare e mettere in pratica un tutorial di dotarsi di un minimo di strumentazione di base, proprio per fare della teoria una pratica.

Roy, mi scuso perchè penso di essere intervenuto troppo presto, in quanto penso che avresti introdotto sicuramente l'argomento strumenti in un secondo momento, quindi mi faccio da parte e lascio che il thread abbia il suo corso.
Thread che seguirò con molto interesse

Ciao
Edgardo

[roy67]

Ma figurati Edgardo, non devi scusarti di nulla. Prima o poi, chi vuole "ficcarsi" nel ginepraio di un circuito dovrà smanettare con strumenti e componenti.
Anzi, forse sono io che mi devo scusare per l'essenzialità del mio intervento, forse un po troppo "crudo". Non vorrei che avessi frainteso ciò che volevo dire.
Benvenga ogni tipo di aggiunta, chiarimento o altro, cha arricchirà la discussione approfondendo l'argomento trattato.

Anzi, pensavo. All'inserimento di ogni nuovo argomento, di mettere in calce un indice con la pagina di ogni argomento già trattato. Così facendo, chiunque, aprendo l'ultima pagina, sa a che pagina si trova un eventuale altro argomento di suo interesse.

[roy67]

La corrente continua

La corrente continua è così definita in quanto è un moto di elettroni costante nel tempo. Ovvero, il movimento degli elettroni all'interno del conduttore è sempre uguale, costante. Escono dal polo positivo e ritornano dal polo negativo.
Il suo utilizzo implica l'attenzione a collegare sempre i poli in modo corretto, verificando sempre la "polarizzazione" degli utilizzatori, come la batteria dell'automobile, ad esempio. Quando colleghiamo un motore elettrico, che funziona in corrente continua, avremo la sua rotazione in un senso, ma se invertiamo i fili di collegamento, invertiremo la polarità, quindi il motore girerà a rovescio, in quanto il flusso di elettroni sarà inverso al suo interno.
Tutte le apparecchiature in corrente continua sono polarizzate, cioè, riportano sui capi di collegamento il simbolo del polo da collegarvi e richiedono che i poli siano rispettati, pena, il funzionamento a rovescio, il malfunzionamento, od addirittura la fusione dell'apparecchiatura.
La polarizzazione altro non è che la dichiarazione dei poli di alimentazione, quindi il polo positivo, detto "+" (conduttore che trasporta gli elettroni inviati all'utilizzatore) ed il polo negativo, detto "-"( conduttore che trasporta gli elettroni di ritorno alla fonte).
Questi poli non devono mai, per nessun motivo, trovarsi a contatto diretto. Il passaggio di elettroni fra i due differenti potenziali (+ e -) causerà il famoso "corto circuito". Ovvero, la corrente, anziché fare il percorso designato, tramite un percorso più "corto", passa direttamente al ritorno. La grande differenza di potenza fra i poli genererà scintille, arrivando addirittura ad incendiare la zona di "corto" se sprovvista di protezioni.

La corrente continua viene definita con sigle o simboli, cioè, avremo sulla targa dell'apparecchiatura la dicitura dei volts di funzionamento, seguita da una sigla od un simbolo. Supponendo che l'apparecchiatura funzioni a 12 volts continui, avremo una delle seguenti diciture:
12 Vdc: (12 Volts direct current) Acronimo dall'anglosassone che tradotto è "12 Volts corrente continua"
12 Vcc: (12 Volts corrente continua) Acronimo in italiano
12=: In realtà il simbolo dell'"uguale" è formato, nella riga inferiore, da 3 linee tratteggiate.
Riassumendo, la corrente continua è un flusso di elettroni che si muove costantemente senza variare, uscendo dal polo positivo e entrando nel polo negativo.
Per fare una metafora, immaginiamo l'acqua all'interno di un tubo che, aprendo il rubinetto, esce, per scendere nello scarico del lavandino, dopo che la si è utilizzata per lavarsi.

Immagine:

65,17 KB

La corrente continua può essere prodotta con la dinamo, è presente nelle batterie, oppure può essere prodotta "raddrizzando" la corrente alternata, ma di questo ne parleremo in futuro.

[roy67]

La corrente alternata

La corrente alternata è un concetto un po' più complesso da spiegare, farò solo un breve e semplice riassunto.
La corrente alternata è così chiamata in quanto è caratterizzata da "pulsazioni" positive e negative regolari che si alternano. Ciò è dovuto al tipo di generatore elettrico che viene utilizzato per produrla.
L'alternatore è l'apparecchiatura che produce la corrente alternata, molto più semplice tecnologicamente della dinamo, invia un impulso elettrico positivo su un conduttore (filo elettrico) alternandolo ad un impulso negativo sull'altro conduttore, generando un onda sinusoidale. Ovvero, prendendo ad esempio la corrente domestica a 220 volts, la corrente, partendo a "0" volt aumenta fino ad arrivare al massimo, per discendere fino a "0", proseguendo la sua corsa (oltrepassando lo zero) fino al minimo. A questo punto risale di voltaggio ritornando a "0" e ricominciando il ciclo da capo. Quella che ho descritto è detta appunto "onda sinusoidale" della corrente alternata. L'onda in questione viene suddivisa i 2 sezioni.
La "semionda" positiva. Che è la parte in cui la corrente parte da 0 vots, arriva al massimo e ritorna a 0 volts
La "semionda" negativa. Che è la parte di onda che da 0 volts va al minimo e ritorna a 0

Immagine:

25,96 KB

Ovviamente il ciclo è continuo ed ha una "velocità". Cioè. le onde che si susseguono viaggiano ad un ben definito ritmo.
Tale ritmo è chiamato frequenza.
In Italia la frequenza della corrente domestica è di 50 onde al secondo. L'unità di misura che calcola appunto tali onde al secondo è chiamata Hertz e la sigla è Hz.
Come per la corrente continua i due poli non devono mai trovarsi a contatto diretto, pena: il corto circuito.

A differenza però della corrente continua, la corrente alternata non è polarizzata, possiamo quindi invertire tranquillamente i fili di alimentazione che l'utilizzatore funzionerà sempre in maniera identica. Ciò è dimostrato dalle prese elettriche del Phon, dell'aspirapolvere, del TV, etc. Infilando la spina nella prese, in un modo o nell'altro, l'apparecchiatura funziona sempre "dritta".

Quindi, riassumendo, la corrente alternata domestica è a 220 volts con un ritmo d'onda di 50 pulsazioni al secondo, Che si possono tradurre in 220 V - 50 Hz
La corrente alternata viene specificata sulle apparecchiature come segue:

220 Vac: (220 Volts alternate current) Acronimo anglosassone per definire "220 volts corrente alternata"
220 Vca (220 volts corrente alternata)
220 V ~: L'onda sta a significare proprio l'onda sinusoidale dell'alternata
220 V-50 Hz: La specifica degli Hertz di frequenza sotto intende "corrente alternata"