I circuiti digitali, partendo dall'ABC.

[roy67]

Le vacanze sono quasi finite, ritorniamo sui nostri "libri".

Da corrente alternata a corrente continua

Abbiamo incontrato finora tutte (o quasi) le peculiarità della corrente elettrica, analizzando superficialmente alcuni dei componenti che hanno la funzione di "modificarla". Rimanendo in tema ferrmodellistico, andiamo ora a costruire, analizzandolo, il primo circuito, che si avvale dei componenti finora spiegati ed indispensabile nel modellismo.

Un alimentatore stabilizzato per illuminare i lampioni del plastico.

Per fare ciò andremo prima ad analizzare i componenti che ci servono ed a calcolarne i valori corretti. Non lo costruiremo a caso, copiando qualche schema, ma lo calcoleremo e progetteremo "noi", o almeno... Impareremo a calcolare e progettare il nostro primo circuito. Faremo anche i ragionamenti del caso, approfondendo alcuni aspetti finora visti solo superficialmente.

La prima cosa che serve è avere le idee chiare sul risultato che vogliamo ottenere, per poter procedere all'acquisto del materiale.
Per accendere i lampioni del plastico serve un alimentatore che fornisca circa 2 ampere (più grande è sprecato e sono soldi buttati inutilmente) a 12 volts corrente continua.

La potenza fornita dai trasformatori è molto spesso marcata in Watt, dobbiamo quindi calcolare da subito quanti watt deve fornire il nostro trasformatore, per ottenere i valori a noi indispensabili, sapendo che andrà applicato alla presa della corrente domestica (220 Volts) e che dovrà fornirci gli immancabili 12 volts.

Ricordate la formula?
Come... No?

VxA=W

Quindi, se ci servono 2 ampere a 12 volts.. Dovremo fare il seguente calcolo:

12x2= 24 Watt (oppure 24 Volts-Ampere)

Ora sappiamo che ci serve un trasformatore con i seguenti dati di targa:

- Primario 220 - 50 Hz (220 volts corrente alternata)
- Secondario 12 Vca
- potenza 24-28 Watt.

A questo punto possiamo trasformare i 220 volts domestici in 12 volts per il plastico. Ma non è sufficiente. La corrente in uscita dal trasformatore è ancora alternata... A noi serve continua.

Schema corrente alternata
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Abbiamo visto che la corrente alternata è formata da 2 semionde che si alternano, appunto, sui due conduttori.
Per far si che la corrente da alternata divenga continua dobbiamo fare in modo che entrambe le semionde siano "deviate" sullo stesso conduttore.

Per fare ciò utilizzeremo dei diodi (quattro), inseriti e collegati in modo ben preciso, che creeranno la situazione a noi utile. Costruiremo un "ponte di Graetz" ovvero, un ponte diodi che raddrizzerà la corrente alternata portandola a corrente continua. Anche in questo caso dobbiamo fare delle considerazioni.

Che diodi servono?

Servono dei diodi che abbiano la capacità di reggere 2 ampere di continuo, anche per ore, sotto carico massimo. Ci servono quindi dei diodi che siano leggermente più grandi del necessario, che reggano almeno 2,5-3 ampere.
I diodi 1N4007, molto spesso utilizzati, reggono 1 ampere al massimo, in condizione di carico continuo. Sono quindi leggermente sottodimensionati al nostro scopo (la metà del necessario). Invece i diodi 1N5820 reggono fino a 3 ampere sotto carico costante. Sono i diodi che fanno al caso nostro. Andiamo a vedere come bisogna collegarli ed a fare alcune considerazioni.

Innanzi tutto dobbiamo creare il ponte di Graetz. Questo servirà a deviare la semionda positiva verso un conduttore, la semionda negativa verso lo stesso conduttore, mentre devierà la tensione negativa, in arrivo dal circuito, verso il trasformatore.
Infatti, se applichiamo solo 2 diodi raddrizzeremo solo una semionda, eliminando completamente l'altra.
Ma vediamolo con qualche schema:

Schema con solo 2 diodi:
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Come si vede dagli schemi, non otteniamo una corrente continua, ma una corrente pulsante a semionde.
Negli spazi vuoti che si sono creati dobbiamo inserire la semionda negativa.

Schema ponte di Graetz
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Come si può vedere, ho evidenziato il percorso delle due semionde (in verde) che vengono convogliate verso il polo positivo, segnato in rosso.

A questo punto, se quardiamo il grafico, la corrente ha entrambe le semionde sullo stesso conduttore.

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Quindi, il nostro circuito è diventato così:

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A questo punto abbiamo ottenuto una corrente continua raddrizzata, ma non stabilizzata. Infatti, nello schema si vedono ancora i "picchi" verso il basso degli spazi fra le semionde.

Ma, fermiamoci un attimo. Prendiamo in considerazione il circuito finora costruito. Abbiamo inserito la presa di corrente nella spina, il trasformatore ha ridotto la tensione da 220 volts a 12 volts, il ponte diodi ha raddrizzato le semionde, creando una semi corrente continua.

Domanda:
Ma che tensione esce ora dai capi A e B (del seguente schema) del ponte di Graetz?

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Ve lo dico io...

Abbiamo visto in precedenza che nella giunzione dei diodi, fra semiconduttore N e semiconduttore P si crea una piccola resistenza, tale resistenza crea una caduta di tensione.
Questa caduta di tensione è direttamente proporzionale alla corrente che transita nel diodo, ma normalmente viene considerata in 0,7 volts per ogni diodo. Quindi, in teoria, dovremmo avere una tensione di 12 volts meno la caduta generata dai 2 diodi connessi direttamente ai capi del trasformatore, quindi:

12-0,7-0,7= 10,6 Volts.

Ma questa è solo teoria... In effetti portando le semionde su un solo conduttore avremo un innalzamento della tensione.

Perché?

Perché, quando misuriamo la tensione alternata, misuriamo la tensione media delle due semionde della corrente alternata, che posso avere piccole "asimmetricità". Quando queste onde vengono convogliate su un solo conduttore, andremo a misurare la corrente di picco massimo della corrente alternata che transita, meno la caduta di tensione causata dai diodi.

Tutto ciò accade se non vi è carico resistivo ai capi del ponte diodi. Nel momento in cui applicheremo un assorbimento la tensione si abbasserà lievemente, pur rimanendo più alta del dovuto.

Anche in questo caso vi è una formula di calcolo "standard" che ci viene incontro, aiutandoci a calcolare correttamente (anche se approssimativamente) la tensione a "tavolino".

La formula è: T=Vx1,4142

Ovvero tensione (T) è uguale a Volts moltiplicati 1,4142

Quindi, dopo il nostro ponte diodi, senza carico, avremo: 12x1,4142= 16,97 Volts.

Quasi 17 volts, destinati ad abbassarsi nel momento in cui applicheremo un carico elettrico al circuito.....


Forse. O Forse no?

Infatti il nostro circuito non è ancora completo, le semionde sono ancora ben visibili e non livellate. Come fare per "chiudere" quei picchi, rivolti verso il basso?
Applichiamo un condensatore elettrolitico di grande dimensione, che possa reggere i 2 ampere di assorbimento, mantenendo "piatta" la linea di corrente.
La carica delle armature del condensatore elettrolitico farà si che, durante la fase di innalazamento dell'onda queste si carichino, mentre durante la fase di abbassamento dell'onda si scarichino, andando a "chiudere" i vuoti creati.
Così facendo avremo una linea di corrente quasi "piatta". Dico quasi in quanto, comunque, il condensatore temnderà a scaricarsi, vi sarà di comnseguenza una piccola caduta fra un onda e l'altra.
Più grande la capacità del condensatore, più piccola sarà la caduta.

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Non sto a spiegare la formula di calcolo del condensatore... Complessa, piena di calcoli... Diciamo che un condensatore da 3300 uF è già sufficiente, se da 4700 uF è meglio.
Ora, fra i capi A e B del nostro circuito abbiamo una corrente continua, raddrizzata e stabilizzata.

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Ma.. La tensione?

Ora, con il condensatore, sicuramente rimane più alta, perché sarà proprio lui, grazie alla carica delle armature, a mantenere stabile la corrente a circa 16,5 Volts.

Ma a noi servivano 12 Volts.....

Interrogazione!

Che tensione, corrente e potenza (Watt) dovrà fornire il trasformatore perchè si ottengano circa 12-13 volts in uscita dal ponte di Graetz?

[19max57]

io mi butto.v8,5 arrotondati se non sbagliola formula 12:1,4142

[roy67]

Esatto. Andrebbe bene anche da 9 Volts, in quanto, comunque, un calo di tensione sotto carico ci sarà ed è sempre da tenere in considerazione.
Quindi: 9x1,4142= 12,72. Considerando un calo di circa il 10%, avremo circa 11,5 volts in uscita.

Il trasformatore, però a questo punto dovrà fornire:

18 Watt a 9 volts c.a. (9x2= 18 Watt)

Era ovviamente una domanda fatta solo per accendere i neuroni. Di fatto, è meglio comportarsi in altro modo. Ma ancora c'è da studiare, prima di affrontare la modifica del circuito necessaria.

Raramente troviamo in commercio trasformatori che forniscano tensioni ottimali ai nostri calcoli, bisogna affrontare la questione in modo diverso.

[19max57]

se ho risposto giusto io che sono a digiuno di elettronica,devi perforza essere un buon insegnante! grazie articolo estrememente interessante

[roy67]

Grazie massimo. Non so se sono un buon insegnante, lascio il giudizio agli altri.
Per certo sono 25 anni che vado a "casa" dei miei clienti per riparazioni. Ovviamente questi mi chiedono spiegazioni sul problema.

Ora, vai spiegare ad un tornitore, con titolo di studio 5^ elementare, che il Lissajous di segnale del High resolution, dell'encoder del mandrino, non era simmetrico sul Drive del motore brushless, quindi generava un "Spindle system fault" mandando in blocco il mandrino. Sostituendo alcuni componenti, sincronizzando i segnali emessi, tramite i trimmer sul PCB, verificati sull'oscilloscopio, ora tutto funziona normalmente...

Dopo anni di spiegazioni.... E quando il cliente si trova € 3.500,00 di fattura, pretende spiegazioni (ed ha ragione).... Bisogna spiegare in modo chiaro, limpido, semplice e, soprattutto, senza raggirare il cliente con paroloni inutili.
E' forse per questo che ho imparato, spesso utilizzando metafore, a spiegarmi bene, ad essere diretto, senza girare intorno al problema.

[19max57]

Grazie massimo. Non so se sono un buon insegnante, lascio il giudizio agli altri.
Per certo sono 25 anni che vado a "casa" dei miei clienti per riparazioni. Ovviamente questi mi chiedono spiegazioni sul problema.

Ora, vai spiegare ad un tornitore, con titolo di studio 5^ elementare, che il Lissajous di segnale del High resolution, dell'encoder del mandrino, non era simmetrico sul Drive del motore brushless, quindi generava un "Spindle system fault" mandando in blocco il mandrino. Sostituendo alcuni componenti, sincronizzando i segnali emessi, tramite i trimmer sul PCB, verificati sull'oscilloscopio, ora tutto funziona normalmente...

Dopo anni di spiegazioni.... E quando il cliente si trova € 3.500,00 di fattura, pretende spiegazioni (ed ha ragione).... Bisogna spiegare in modo chiaro, limpido, semplice e, soprattutto, senza raggirare il cliente con paroloni inutili.
E' forse per questo che ho imparato, spesso utilizzando metafore, a spiegarmi bene, ad essere diretto, senza girare intorno al problema.

pesa che ho la maturità scentifica non so assolutamente tornire e non ho capito una cippa di quello che hai scritto!!

[roy67]

Beh.. Neanche io so usare un tornio.. Bene. E non sono nemmeno laureato.
Ma il mio lavoro è riparare torni e fresatrici a controllo numerico computerizzato (CNC).
Quindi, con il tempo (lo faccio dal 1988), ho imparato a spiegare concetti complicati usando parole semplici, facendo metafore, appunto..

Rispiegando il concetto di cui sopra...

"Si sono bruciati dei componenti sulla scheda di pilotaggio del mandrino. Sono riuscito a ripararla senza sostituirla... L'ho poi regolata e tarata. Ora funziona bene".

[19max57]

Beh.. Neanche io so usare un tornio.. Bene. E non sono nemmeno laureato.
Ma il mio lavoro è riparare torni e fresatrici a controllo numerico computerizzato (CNC).
Quindi, con il tempo (lo faccio dal 1988), ho imparato a spiegare concetti complicati usando parole semplici, facendo metafore, appunto..

Rispiegando il concetto di cui sopra...

"Si sono bruciati dei componenti sulla scheda di pilotaggio del mandrino. Sono riuscito a ripararla senza sostituirla... L'ho poi regolata e tarata. Ora funziona bene".

detta così in parole semplici non funziona perchè capendosubito qual'è il problema ti concentri istantaneamente sulla fattura e ti viene un collasso,meglio prima !

[roy67]

Invece funziona. Oggi i clienti, con i prezzi imposti dalla pressione fiscale, vogliono vederci chiaro. Vogliono sapere e capire.. di cose di cui non capiscono un tubo. Ma se gliele spieghi con semplicità, pur non capendo, sono contenti, si sentono coccolati.
Le riparazioni io le faccio presso la sede del cliente, davanti ai suoi occhi.

Oggi la carta vincente è l'onestà e la trasparenza. "Occhio non vede, cuore non duole"... Non funziona più.

Un tempo, in tempi "diversi", c'erano aziende che mandavano il tecnico per la riparazione. Trovando un fusibile bruciato, il fusibile di protezione all'ingresso del PCB, sostituivano tutto il PCB. Il PCB vecchio lo riportavano in sede (con la scusa dello smaltimento rifiuti particolari), cambiavano il fusibile e rivendevano il PCB al prezzo di listino.
Ma se brucia un fusibile significa che c'è qualcosa che non va. E non è detto che il problema sia sul PCB.
Un tornio asporta materiale ferroso producendo trucioli taglienti. Nel 99% dei casi il problema era su un cavo elettrico, semireciso da un truciolo, che saltuariamente andava a massa.... Quindi, dopo alcuni giorni.. il problema si ripresentava.

Scusate l'OT.

[roy67]

Torniamo ai nostri studi.

Vi ricordo che, solo sbagliando s'impara. Chi guarda dalla finestra.. Non sbaglia, non impara e domani sarà una persona identica a ieri.
Se sbaglia, comprendendo il proprio errore, sarà una persona migliore di un minuto fa...

Sto preparando la prossima lezione.

Abbiamo fallito il nostro primo esperimento. Volevamo fare un alimentatore da 12 volts continui.. ma abbiamo creato un alimentatore da 16,5 volts continui.

E' ovvio che ancora manca qualcosa al nostro bagaglio di esperienze.
Si!
Manca la comprensione e lo studio di altri componenti importantissimi.

[roy67]

Bene, anzi. Male!

Auguri...

I Transistor a giunzione.

Abbiamo visto cosa accade all'interno di un diodo, come funziona una giunzione P-N oppure N-P. E' facile intuire che si possano costruire giunzioni anche più complesse, formate da più semiconduttori.
Infatti, se costruiamo una giunzione con 3 semiconduttori P ed N, cosa accade? Cosa abbiamo costruito?

Il transistor.

Il nome è di derivazione americana ed è un componente in grado di trasferire una data corrente dal suo circuito d'ingresso a bassa resistenza ad un circuito di uscita ad alta resistenza. Tale nome è la somma delle parole anglosassoni "Transfer" e "Resistor" (Trasferimento e resistenza) da cui, appunto Tran-sistor.

Il transistor è un componente costituito dalla giunzione di 3 semiconduttori, 2 di un tipo ed 1 dell'altro tipo.
Va da se che si possono ottenere 2 tipi di giunzioni multiple: di tipo NPN, ovvero inserendo un semiconduttore P fra due semiconduttori N,oppure di tipo PNP, inserendo un semiconduttore N fra due semiconduttori P.

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Le giunzioni, prese singolarmente, si comportano esattamente come nel diodo, ovvero, polarizzandole dritte, avremo lacune (buchi), contrapposte ad elettroni che faciliteranno il transito della corrente, oppure l'inverso, invertendo la polarità. Ma in un transistor le giunzioni sono due, accade quindi qualcosa di leggermente diverso.
Andiamo innanzitutto ad analizzare un transistor. Come abbiamo visto nello schema più sopra, il transistor è costituito da 3 semiconduttori, ciascuno dei quali è collegato ad una piastra metallica che ne determina il terminale di collegamento. A differenza del diodo, avendo 3 terminali, i capi sono denominati non "anodo" e "catodo" ma essendo 3 hanno nomi totalmente diversi:

- Base, siglata "B" (Che è sempre il terminale del semiconduttore centrale)
- Emettitore, siglato "E"
- Collettore, siglato "C".

Cosa accade all'interno di un transistor quando viene polarizzato?
Prendiamo in esame il seguente schema:

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Quando un transistor di tipo PNP viene polarizzato, nella prima giunzione P-N (fra emettitore e base) avviene la medesima cosa che avviene nella giunzione di un diodo, ovvero, che i portatori di maggioranza (buchi-elettroni) s'incontrano, creando un flusso di buchi, che dall'emettitore passa alla base, ed un flusso di elettroni che dalla base passa all'emettitore. Gli elettroni pervenuti nell'emettitore si ricombinano con i buchi, mentre altrettanti elettroni sono forniti dalla batteria stessa. Contemporaneamente, la medesima batteria (riferito a batteria 1 dello schema), richiama un egual numero di elettroni dall'emettitore, nel quale si formano nuovi buchi a sostituire quelli scomparsi nella ricombinazione.

Ma è meglio ripassare la lezione.

I semiconduttori P sono portatori di maggioranza di buchi (o per meglio dire "lacune".. è più professionale), quindi portatori di minoranza di elettroni.

I semiconduttori N sono portatori di maggioranza di elettroni, quindi portatori di minoranza di lacune.

Abbiamo quindi creato il primo stadio di giunzione... La stessa cosa che accade ad un diodo quando correttamente polarizzato.

Ma... Il semiconduttore N, come ricordato, è un portatore di minoranza di buchi. Quindi, i buchi che passano dal semiconduttore P ed arrivano al semiconduttore N vengono spinti verso la giunzione N-P (fra base e collettore), quindi verso il secondo semiconduttore P.

Tale giunzione essendo a polarità invertita, ovvero vi sarà un processo inverso, favorirà il passaggio di portatori di minoranza (ovvero buchi). Quindi, riassumendo...
I buchi formatisi sul semiconduttore di emettitore, passeranno sul semiconduttore di base e da qui spinti sulla giunzione successiva, passando sul semiconduttore di collettore.

Come spiegato nel capitolo della giunzione P-N dei diodi, quando nella giunzione avviene un fronte di portatori di minoranza la corrente fa molta fatica ad attraversarla. Ciò avviene sulla giunzione base-collettore.
Infatti, se analizziamo bene lo schema, la giunzione P-N fra emettitore e base è costituita da fronti di portatori di maggioranza (buchi vs elettroni), ma avviene l'inverso sull'altra giunzione, giunzione formata da portatori di minoranza.
Però, su questa giunzione, avremo i buchi in arrivo dalla precedente giunzione, che compenseranno la mancanza, portando la corrente di collettore quasi allo stesso livello della corrente di emettitore. Per aumentare ulteriormente la possibilità che hanno i buchi di oltrepassare la giunzione B-C (Base-Collettore) la base stessa è più sottile, in modo che meno elettroni si incontrino con i buchi, inoltre, il semiconduttore della base è "meno drogato". In questo modo si hanno superiori possibilità che i buchi arrivino ad incontrare gli elettroni sul semiconduttore del collettore, generando quindi la corrente di collettore.

I transistor sono denominati con la tipologia di giunzioni al loro interno. Infatti, un transistor PNP avrà come emettitore un semiconduttore P, la base un semiconduttore N ed il collettore un semiconduttore P.
Stessa cosa dicasi per un transistor NPN, che avrà i semiconduttori invertiti rispetto al primo.
Il nome dei capi del transistor hanno nomi che derivano dalla funzione stessa che sviluppano al suo interno.
L'emettitore infatti, emette buchi, nel caso di semiconduttore P, od emette elettroni, nel caso di semiconduttore N e viene sempre dichiarato con la lettera "E" sugli schemi
Il collettore ("C") ha la funzione, in base alla tipologia del semiconduttore, di raccogliere buchi o elettroni
La base ("B") è una sorta di "attivatore" delle giunzioni, il semiconduttore che è la "base" del funzionamento del transistor.

La corrente di collettore (chiamata Ic) abbiamo visto che è di poco inferiore alla corrente di emettitore (chiamata Ie).

Ma quanto inferiore?

Tale corrente viene espressa tramite il prodotto di Ie ed il "coefficiente di amplificazione di corrente" che dipende dalle caratteristiche costruttive del transistor. Normalmente tale coefficiente si attesta fra 0,92 e 0,99. Il coefficiente di amplificazione ha una sigla che lo indica: "Hfb.
Se, ad esempio, avessimo una corrente di Ie uguale a 5 mA (5 milliampere), facendo il calcolo, ipotizzando un coefficiente di 0,98, avremmo una corrente di collettore (Ic) uguale a 0,98x5= 4,9 mA.

Non è tutto... Anzi... Speravate fosse tutto qui...

Se analizziamo meglio lo schema precedente verificheremo che vi è un altro aspetto... ma vediamolo con un nuovo schema:

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Per avere entrambe le giunzioni attive abbiamo utilizzato 2 batterie, collegate in serie fra loro, ma la base del transistor si trova al centro della connessione positivo-negativo delle batterie.

Nel punto "A" abbiamo:
La corrente positiva "B2", proveniente dal polo positivo della batteria 2 e la corrente Ib, proveniente dalla base, dovuta alla parte di corrente di Ie che non è riuscita a passare la seconda giunzione. Queste correnti si infileranno nella batteria 1 per uscire ed andare di nuovo ad alimentare la corrente Ie.
Al polo negativo di B2 avremo invece la corrente di Ic"Hfb sommata alla corrente residua che va a formarsi grazie al fronte generato da Ib, che esce dalla batteria e va ad alimentare la giunzione base-collettore. Conseguentemente avremo una corrente pari a Ic"Hfb+Ibc.
Se ne deduce che vi è stato un aumento della corrente in transito in quanto, fornendo al circuito di entrata una piccola potenza, esso è in grado di generare, dal circuito di uscita, una potenza anche cento volte maggiore.

Il transistor, per cui , si comporta quindi da amplificatore di corrente.

Il transistor, nei circuiti elettrici viene schematizzato con il seguente simbolo

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Esistono tanti tipi di transistor, la differenza, oltre che ad essere quella dei semiconduttori che li compongono (PNP o NPN) sta anche nella corrente massima che può attraversarli, da poche decine di milliampere fino a centinaia di ampere.

Alcuni tipi di transistor:

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[roy67]

Piccolo ripasso prima di proseguire. Perché poi arriveranno cose ben più complesse...

Abbiamo visto tanti componenti elettrici ed elettromagnetici.
Questi sono i loro simboli utilizzati negli schemi elettrici:

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Abbiamo anche incontrato tanti componenti elettronici. Così vengono marcati sugli schemi elettrici:

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[Josefloco61]

Ciao Roberto, seguo sempre con interesse e non posso che elogiare la tua pazienza nel mettere su questo tipo di topic/lezione.
Per ciò che riguarda il coefficiente di amplificazione dei transistor "bipolari" , il cosiddetto "guadagno", credo tu ti riferisca all' Hfe, non Hfb; aggiungo che tale valore, nei manuali dei transistor "seri" è regolarmente tabellato, e può dare subito un'idea delle potenzialità del transistor, ma ovviamente vi sono altri parametri molto importanti per valutare le caratteristiche di un transistor........ a te la parola.
Ciao e buona continuazione (con i transistor entriamo decisamente nel difficile...... ).
Josef

[roy67]

Ciao Josef. La sigla corretta è "hFB" ed è relativa alla corrente di guadagno che va ad aumentare la corrente di emettitore "hFE".

Non sono andato troppo nello specifico, non ho approfondito troppo la questione, ma vi sono 3 correnti di guadagno nel transistor.

- hFB Corrente di guadagno di base
- hFE Corrente di guadagno di emettitore
- hFC Corrente di guadagno di collettore

Va da se che la corrente di uscita del mio esempio è hFE ed è il risultato di hFC"ICB0+ICB.
Che, se vogliamo scendere nel dettaglio viene definita hFBIE.
Per cui IC= hFBIE+ICB0

Ovvero, in parole povere:

Corrente di collettore è uguale a:

Corrente di emettitore moltiplicato il coefficiente di amplificazione, sommato alla corrente residua di collettore/base.

Ma la spiegazione era solo un infarinatura generale, superficiale, riassunta, semplificata. E' ovvio che per approfondirla bisogna iniziare a studuare veramente, altrimenti diviente veramente incomprensibile.

Non è una lezione del 4° anno di ITIS. E' solo un infarinatura superficiale per introdurre all'utilizzo dei transistor per l'apertura di una porta logica, il "flip-flop", etc... Cercando di essere comprensibile anche ad un agricoltore (Che non ha un diploma in elettrotecnica).

[Josefloco61]

Ciao Roberto, comprendo (ed apprezzo) il fine con cui stai svolgendo quest'attività "formativa", ed è giusto non scendere troppo nei dettagli per non confondere le idee a chi non mastica di queste cose; il mio intervento era più che altro mirato a fare intendere che, ai fini pratici, il parametro da prendere in considerazione è l'HFe, come ho potuto rilevare da molte riviste di elettronica comprate ai tempi (sopratutto Nuova Elettronica).
Buona continuazione, ciao.
Josef

[coccinella56]

Se tu avessi aperto prima questo post mi sarei risparmiato l'acquisto di qualche libro, scherzi a parte per un neofita come me è importante capire a cosa servono i componenti elettronici, con diodi condensatori e resistenze è stato molto facile, e realizzare circuiti come matrici di diodi e rilevatori di presenza è stato semplice come capirne il funzionamento, qui la faccenda si complica, ammesso e non concesso che io abbia ben compreso il funzionamento dei transistors non potresti fare un esempio pratico il più semplice possibile per comprenderne l'applicazione pratica,(in soldoni a cosa azz servono?).
Grazie per la pazienza , non ti senti come uno che spiega il ll funzionamento della ruota a dei cavernicoli?
Ciao Valerio.

[roy67]

Josef: Ho capito perfettamente ciò che intendi, molto spesso si trovano i dati di "datasheet" relativi alle correnti di guadagno del transistor. Ma, nel nostro caso, spiegando come funziona un circuito elettronico è meglio fare un piccolo passo alla volta, quindi spiegando (più avanti) la cosa più importante, cioè il "maximum voltage" differenziale da applicare fra emettitore, base e collettore.
In questo pdf, relativo ad un transistor BC 547 (NPN) sono rilevabili tutti i dati necessari per un ottimale applicazione... ma ancora non "abbiamo" compreso come applicarlo. http://pdf.datasheetcatalog.com/datashe ... yzqszz.pdf

Valerio: Come anticipato a Josef, presto inizieremo ad applicarci nella costruzione di piccoli circuitini, proprio per studiare e comprendere ciò che accade e perché "dentro" ad ad una serie di componenti elettronici.

[19max57]

attendo con ansia! ache perchè la teoria dei transistor mi sta facendo andare in tilt!

[roy67]

Non preoccuparti Massimo, la cosa è molto più semplice di quanto sembri.. per uso modellistico. Se invece devi amplificare un segnale BF.. diviene un tantino più complessa. Ma, nel nostro caso, il transistor viene utilizzato come "interdittore", sfruttando lo stato di saturazione della base per avere un "interruttore elettronico".

Questo lo spiegherò presto... quasi subito.

Non prima però di aver spiegato altre fondamentali regole, applicando quanto ciò è già stato spiegato.

Anzi.. facciamiolo subito..

Calcolare la resistenza corretta per un led.

Abbiamo visto che un led è, nel vero senso della parola, una giunzione P-N, quindi un diodo vero e proprio che emette particelle fotoniche quando la giunzione è attraversata nel senso corretto della corrente.
Ma, come anche spiegato nel capitolo dei diodi, una giunzione P-N genera una caduta di corrente.
E' altresì vero che la giunzione, per emettere luminosità, deve essere attraversata da una certa corrente, non più, non meno... Sempre con una certa tolleranza.

Va da se che quando vogliamo accendere un led abbiamo una tensione che è superiore al richiesto, quindi la giunzione, se applicata tale tensione, brucerebbe.

Per avere i parametri corretti di accensione dobbiamo creare le condizioni ottimali di tensione e corrente che devono attraversare la giunzione.

Come molto spesso dico, bisogna sempre verificare i datasheet dei componenti per poter calcolare i parametri di funzionamento del circuito.

Prendiamo ad esempio questo datasheet: http://www.msc-ge.com/download/opt/data ... 9-1hmb.pdf

Trattasi di un datasheet relativo ad un led bianco da 5 mm ad alta luminosità.

Ora, se dovessimo collegarlo al nostro plastico, alimentato da un alimentatore da 12 VCC dobbiamo tenere conto dei parametri della giunzione.

Quali sono?

Innazi tutto verifichiamo l'elenco di pagina 3, alla voce "forward voltage" abbiamo il dato "minimo 3 Volts - Massimo 4 Volts"

Questa è la tensione di caduta della giunzione del diodo.

A pagina 2 abbiamo invece la voce "Continuous forward current" con il dato "30 mA".

Ora, guardando lo schema seguente, iniziamo a creare un (quasi) vero e proprio schema elettrico, con componenti e calcolo dei valori.

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C'è la linea di alimentazione, fili rosso e nero (rispettivamente positivo e negativo) che portano la tensione a 12 volts continua, misurabile ai capi A e B dello schema.
Abbiamo il diodo LED, elencato con la sigla DL1 (che significa Diodo Led 1) ed una resistenza definita R1.

Per avere, ai capi del led, i valori di corrente "IF" richiesti dal datasheet dobbiamo portare la corrente in transito sulla giunzione a parametri ottimali, riducendola con la resistenza. Che resistenza serve?

Abbiamo 12 Vcc di alimentazione
Sappiamo che c'è una caduta di corrente sulla giunzione del diodo di 3-4 volts
Sappiamo che deve transitare una corrente IF di 30 mA.

Il calcolo è semplice:

Tensione di alimentazione (V), meno tensione di caduta (VL)= tensione effettiva

Da qui applichiamo la legge di Ohm, ovvero:

Resistenza uguale Volts diviso ampere

Di conseguenza:

R= (V-VL):A

Ove "A" è riferito a IF

Quindi:
(12-4):0,030=266,6

La nostra resistenza dev'essere da (per arrotondamento) 270 Ohm.

Non è tutto.
Abbiamo da dissipare anche la corrente in eccesso, quindi, la resistenza, da quanti Watt dovrà essere?

Ricordando la formula V"A=W avremo:

Volts effettivi moltiplicato ampere in transito
Ovvero:

12"0,030=0,36 Watt
Una resistenza da 270 Ohm - 1/2 watt è più che sufficiente.

Avevamo già incontrato questi calcoli, ma li ho ripetuti in quanto ora si inizia a fare sul serio.

[roy67]

Abbiamo quindi fatto un circuitino che ci permette di avere una corrente sulla giunzione del led ottimale, senza correre il rischio di bruciare la giunzione stessa.

Talvolta, però, può capitare che ci serva, per ottenere la corrente corretta di IF, ovvero la corrente ottimale che attraversa la giunzione, una resistenza molto particolare, altrimenti rischiamo di "sforare" con la corrente, oppure di non aver ottenuto l'intensità luminosa desiderata, quella dichiarata nel datasheet.

Ipotizzando la corrente di alimentazione (V) sempre di 12 Vcc, dobbiamo collegare un led che ha dichiarata una corrente di IF di 0,018 A (18 mA) ed una corrente di caduta di 4 volts.

Facendo il classico calcolo avremo:

(12-4):0,018= 444 Ohm

Ma la resistenza da 444 Ohm, non è commercializzata, dovfremo installare una resistenza da 390 Ohm, oppure da 470 Ohm.

Nel primo caso avremo una corrente IF 0,017 A
Nel secondo casoavremo una corrente IF di 0,0205 A.

Sono inezie, ma se vogliamo essere puntigliosi e precisi, possiamo installare 2 resistenze in serie da 220 Ohm.

Infatti, la resistenza di caduta RC è uguale alla somma di R1+R2.

Così facendo avremo una resistenza da 440 Ohm ed una corrente IF ottimale.

Immagine:

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Vi è una seconda strada, un po' più complessa, ma che permette di avere ancor più precisione nel valore della resistenza totale di RC

Ovvero 2 resistenze in parallelo.

Il discorso delle 2 (o più) resistenze in parallelo è un po' più complesso.

Immagine:

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Per ottenere un valore che più si avvicinio ai 444 Ohm dobbiamo fare complessi calcoli algebrici.

Per calcolare la resistenza totale fra due resistenze in parallelo il calcolo è abbastanza semplice:

RTOT=(R1"R2)/(R1+R2)

Nel nostro caso, ad esempio, mettendo R1 ed R2 in parallelo dovremo fare il seguente calcolo:
Ipotizzando R1= 1000 Ohm ed R2= 820 OHm

(1000"820)/(1000+820)= 450,5 Ohm

Abbiamo 6 Ohm in più del necessario.
Se volessimo essere pignoli dobbiamo inserire una terza resistenza.

A questo punto il calcolo cambia.
Ovvero:

RTOT=1/[(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)

Ovvero, ricavare il "minimo comune multiplo" dei valori delle singole resistenze.

Ora, data la tarda ora, non ho voglia di fare calcoli complessi... Ne riparliamo domani.

[coccinella56]

Tutto molto chiaro, ho solo un dubbio: il valore della corrente di alimentazione è ininfluente? Nell'ipotesi molto probabile che non mi sia espresso bene: l'alimentatore che sia 12 volt 2 A oppure 12 volt 6 A non fanno variare i calcoli?
Grazie ciao Valerio.

[roy67]

La corrente fornita dall'alimentatore è assolutamente ininfluente. Qualsiasi essa sia, la resistenza farà transitare solo la corrente necessaria al led. Ai capi A e B del circuito continueremo ad avere gli ampere massimi forniti dall'alimentatore, mentre sui capi C e D del diodo DL1 avremo solo la corrente che lascerà (lasceranno) passare la/le resistenze.

Immagine:

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Vediamo di approfondire il concetto di "resistenze in parallelo".

Come anticipato, Il valore di due o più resistenze in parallelo sarà pari al reciproco della somma dei reciproci dei valori delle singole resistenze.

C'è quindi un equazione da fare:

RTOT=1/[(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)]

Se volessimo portare la resistenza del nostro led precedente, che ricordo i calcoli:

(12-4):0,018= 444,4 Ohm

Dobbiamo procedere con un complesso calcolo.
Trovando il "minimo comune multiplo" delle resistenze in parallelo e calcolarne la reciproco valore.

Vediamo il calcolo da fare in rispetto al seguente schema:

Immagine:

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Che valore dovranno avere le resistenze R1 - R2 - R3?

Ho già preparato alcuni calcoli:

Utilizzando 3 resistenze da
R1= 1200 Ohm
R2= 1200 Ohm
R3= 1800 Ohm
Avremo la seguente equazione da fare:

1 sta a 1200, come 1 sta a 1200, come 1 sta a 1800.

Il "minimo comune multiplo" fra 1200 e 1800 è 3600.

Cioè:

1200x3= 3600
1800X2= 3600

La nostra equazione diverrà quindi:

3/1200 + 3/1200 + 2/1800 = 8/3600
Ne traiamo il seguente calcolo:

3600:8= 450

La resistenza totale RTOT è di 450 Ohm.

Ma a noi servono 444,4 Ohm.

Vedremo poi come arrivare ai 444,4 Ohm.

[coccinella56]

Grazie prof. avrei alcune domande da fare riguardo il funzionamento dei rele, visto che ne hai parlato se non erro a pag. 2, è possibile chiedere un approfondimento dell'argomento o non è il posto giusto?
Grazie ciao Valerio.

[roy67]

Certamente Valerio, spiegherò, quando il momento, anche l'installazione ed uso di un relè, proprio in concomitanza dell'utilizzo di un transistor.

Ovvero, spiegherò come attivare un relè pilotato da un transistor. ma.. A suo tempo.

Continuiamo lo studio delle resistenze in serie, parallelo, serie-parallelo.
Calcolare la resistenza corretta al centesimo è quasi impossibile, ma ci possiamo avvicinare con un errore dello 0,5%.. ed anche meno.

Ci siamo incaponiti e vogliamo tassativamente creare una resistenza da 444,4 Ohm per il nostro led.
Come si procede?

Dobbiamo creare un gruppo di led in parallelo che abbiano come reciproco delle loro somme una resistenza pari a quella richiesta, oppure pari alla differenza di una resistenza commerciale.

Dobbiamo quindi creare lo schema seguente:

Immagine:

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Dobbiamo ricavare l'equazione per R1-R2-R3-R4 e sommare il risultato ad R5.

L'equazione è la seguente:

12/1500 + 10/1800 + 10/1800 + 9/2000= 41/18000

In quanto il minimo comune multiplo fra 1500, 1800 e 2000 è appunto 18000.

Quindi 18000:41=439,02

Ora mancano esattamente 5,38 Ohm.

Aggiungendo in serie una resistenza (R5) da 5,6 Ohm arriveremo a 444,62 Ohm.

L'errore è 0,22 Ohm. Approssimativamente meno dello 0,5%.

Concludendo, avremo:

R1= 1500 Ohm (1,5 Kohm)
R2= 1800 Ohm (1,8 Kohm)
R3= 1800 Ohm (1,8 Kohm)
R4= 2000 Ohm (2 Kohm)
R5= 5,6 Ohm

In questo modo avremo la corrente di IF esattamente, o quasi, come desideravamo, ovvero: 0,01799 ampere, anziché 0,018.

[Giacomo]

Roy.... ma sbaglio o così si deve praticamente procedere a tentoni? Eppure mi sembra di ricordare dai lontani tempi della scuola (ho un diploma di telecomunicazioni ... preso qualche annetto fa........) che c'era il modo inverso per calcolare quali valori di resistenza occorrevano.... oppure ricordo male io? Son passati tanti di quegli anni senza applicazione che i ricordi sono molto evanescenti............