Alimentatore da laboratorio modellistico

[roy67]

Cari amici, spesso parliamo di circuiti elettrici ed elettronici per l'applicazione di automatismi gestionali del nostro plastico. Spesso ci troviamo a fare esperimenti sul nostro banco di lavoro, copiando e/o costruendo schemi che troviamo pubblicati in rete. Iniziamo a collegare alimentatori, con fili volanti, coccodrilli, saldatore, tester e quant'altro. Trasformando il banco di lavoro in un vero e proprio groviglio di fili, senza lasciar spazio ad altro. Un vero e proprio campo di battaglia ove, spostando un filo, si rovescia tutto.

Durante le festività natalizie ho sistemato un po' il laboratorio dell'azienda, mettendo ordine sui banchi e, sopratutto, sotto i banchi.
E' uscito un vecchio scatolone di cianfrusaglie, colmo di circuiti da me costruiti e mai utilizzati, circuiti non funzionanti, trasformatori, amperometri, voltmetri, dissipatori, vecchi tester bruciati, etc... Lo scatolone "di' zavaj" (trad. dei rottami).

Mentre pensavo di cosa farne di tutta quella "inutile porcheria" (pensando ad una comoda nuova residenza all'interno del cassonetto dei rifiuti), l'occhio mi è caduto sopra al banco di lavoro.

All'alimentatore da laboratorio multifunzione.

Ovviamente, quello professionale (da me autocostruito), oltre che ad avere uscite da 220-110-24 volts alternati, 110-24-12 continui, nonché 0:24 volts regolabili, continui, ha anche i generatori di onde quadre, triangolari, sinusoidali, generatore di rampe, frequenzimetro, amperometro e voltmetro, connessi ad ogni uscita, con possibilità di essere connesso ad oscilloscopio doppia traccia.

L'idea è scattata quasi immediatamente: La costruzione di un piccolo alimentatore multifunzione da banco modellistico. Quindi molto più semplice ed alla portata di tutti, da installare sopra al banco di lavoro di casa.
Ovviamente io l'ho costruito con vecchi contenitori e materiali di recupero, provenienti da "quel famoso scatolone", ma acquistare i componenti ex-novo, comporterà una spesa di circa € 40/50,00. Penso quindi alla portata di tutti. Ma, dopo averlo costruito, si sarà in possesso di un apparecchiatura insostituibile, comoda. Che semplificherà notevolmente i lavori di collaudo e verifica dei circuiti del nostro plastico, direttamente sul banco, collegati ad una seria apparecchiatura che ne verificherà l'efficienza, funzionalità e, sopratutto, manterrà il banco da lavoro molto più ordinato. Per lasciare spazio al lavoro che stiamo facendo e non occupandolo con centinaia di fili ed arnesi.

Tale apparecchio avrà:
- 2 Uscita stabilizzate 12 Volts continui da 2 ampere (2x1 ampere oppure 1x2 ampere), con amperometro digitale di assorbimento e voltmetro analogico di verifica.
- 1 Uscita regolabile stabilizzata 0-12 volts continui da 2 ampere con bypass per tester in serie/parallelo.
- Voltmetro di verifica dell'uscita regolabile digitale.
- Amperometro digitale di lettura assorbimento elettrico.

Spiegato questo, sembrerà di dover costruire chissà cosa. Non è così. Come spesso accade, spiegare le cose è più complesso che farle direttamente.

Se siete interessati, proseguo la discussione. E' molto lunga, con tante spiegazioni, eseguite passo-passo.
Ecco perché lo chiedo. Altrimenti occuperò il mio tempo per fare altro, postando solo gli schemi e connessioni.

[liftman]

Io non ho intenzione di realizzarlo ma la cosa potrebbe essere interessante, in ogni caso resterebbe tutto per i posteri

[cf69]

Roberto, anche se sono fornito (anch'io l'ho autocostruito), il tuo progetto potrebbe invogliarmi a modificare o implementare qualcosa; per me hai disco verde!!

[Digtrain]

Ciao Roberto,

sono molto interessato vai avanti come un treno!!!!

ciao Walter :geek:

[roy67]

Ok. Mi avete convinto.

L'apparecchio è formato da pochi circuiti, di semplice realizzazione, ma costituito da molte interconnessioni interne.

Spesso, sugli schemi elettrici, troveremo i seguenti simboli:

Immagine:

9,29 KB

Questo simbolo significa che i componenti legati al "pallino" vengono installati esternamente al PCB, collegati ad esso tramite fili e morsetti.

Immagine:

8,08 KB

Quest'altro simbolo significa che al morsetto vuole collegato il filo "8".

La prima cosa da fere è costruire tutti i circuiti che servono, per poi valutare le dimensioni della scatola che li deve contenere, ricordandoci le dimensioni generose del trasformatore.

[roy67]

Ecco il progetto, fatto con grafica vettoriale, del nostro apparecchio:

Immagine:

196,66 KB

Ogni circuito presentato sarà corredato di legenda componenti, fine a se stessa, relativi solo a quel circuito. Ovvero, i componenti di altri circuiti saranno legati al proprio schema.

[roy67]

Prefazione.

Per costruire un buon prodotto da laboratorio, che ci garantisca un ottima risposta alle nostre esigenze, dobbiamo fare una considerazione. L'alimentatore da utilizzare dovrà essere di tipo lineare.
Un alimentatore di tipo Switching potrebbe compromettere l'esito del risultato.

Perché?

Gli alimentatori switching, se non ben progettati, portano immani "schifezze" all'interno del segnale di alimentazione. Cioè, avremo, non solo l'alimentazione a 12 volts continui, ma, sovrapposti, avremo anche "ripple" e "rumore" di disturbo.
Vale a dire che, in sovrapposizione ai nostri 12 volts continui vi saranno basse frequenze sinusoidali e disturbi ad alta frequenza.
Ecco perché, spesso, gli alimentatori switching costano poco, perché emettono alimentazioni "sature" di porcherie.
Un buon alimentatore switching, il più puro possibile, costa centinaia di €uro. Se il vostro costa poco... è utilizabile per accendere dei led, lampadine, attivare relè o far girare motorini elettrici. Ma se dovete alimentare circuiti digitali... avrete immani problemi di rimbalzo segnale, frittura delle porte logiche, etc..

Andiamo quindi a costruire un alimentatore lineare.

[Edgardo_Rosatti]

Ottima e utile iniziativa Roy.
La realizzazione di un buon alimentatore è la base di partenza per iniziare a familiarizzare coi circuiti elettrici e attrezzare il laboratorio di uno strumento indispensabile.
E per me sarà l'occasione di aggiornarmi.

[buddacedcc]

http://it.wikihow.com/Trasformare-un-Al ... aboratorio
Costo ridicolo e ottimo per alimentare anche i dispositivi su plastico.

[liftman]

http://it.wikihow.com/Trasformare-un-Al ... aboratorio
Costo ridicolo e ottimo per alimentare anche i dispositivi su plastico.

Roberto parlava di alimentatore lineare, questo che indichi sfrutta un alimentatore switching da PC

[roy67]

Esatto Rolando. Benché gli alimentatori da PC siano abbastanza "puliti", trasportano comunque schifezze. Per appurarlo è sufficiente collegarvi, all'uscita 12 volts, un ponte diodi, un condensatore elettrolitico, una resistenza ed un led. Si noterà immediatante che il led avrà un leggero lampeggio, cambiando leggermente d'intesità luminosa. Poco percettibile, ma presente. Questo è generato dalle "schifezze" che viaggiano in parallelo all'alimentazione.

Ciò che vi propongo, non sarà un alimentatore qualsiasi. Ma un alimentatore da laboratorio, quindi con segnali puliti, costanti, regolati e stabilizzati.

Veniamo quindi al nostro alimentatore da laboratorio, iniziando a costruire il primo fondamentale circuito.

Il circuito raddrizzatore-stabilizzatore.

Il circuito raddrizzatore-stabilizzatore è il primo circuito, quello che raddrizzerà l'onda sinusoidale della corrente alternata e stabilizarà la tensione d'uscita, pulendo ogni traccia di frequenza, creando così un segnale pulito e costante.

Immagine:

171,19 KB

Come si nota è un circuito semplicissimo, formato da un ponte diodi da 5 ampere, due condensatori elettrolitici da 4700 uF, montati in parallelo, i morsetti che portano l'uscita alla protezione del fusibile sul coperchio della scatola elettrica, ed un led.

I numeri che si vedono saranno utilizzati quando collegheremo il circuito agli altri, seguendo la mappa: Collegare il filo dal morsetto 1 del circuito "A" a morsetto 1 del circuito "B"

Lo schema del PCB

Immagine:

164 KB

<font color="red">ERRATA CORRIGE</font id="red">

<font color="red">Eliminare dal circuito il ponte RS 807</font id="red">

<font color="red">A pagina 4 sono riportate le modifiche da eseguire</font id="red">

[coccinella56]

Naturalmente ti seguo con attenzione e penso di preparare passo passo la lista dei componenti da acquistare per fare un unico ordine, devo dire che ravanando nelle vecchie cianfrusaglie elettroniche si trova qualcosa da recuperare, tipo i condensatori, il portafusibile e vedremo cos'altro potrà servire.
Mi preoccupa quello che dici sugli alimentatori switching, io ne ho acquistato uno da 15 v 5 ampere per alimentare i motori dei deviatoi Piko, per quello può andare?

[liftman]

Già che siamo in argomento di alimentatori, che siano per usi hobbistici o per altro (soprattutto se si pensa di sostituirlo al PC), vorrei mettere in guardia dai prezzi troppo a buon mercato, soprattutto se si parla di roba "cinese".

Molti prodotti sono buoni (nei limiti del prezzo richiesto..) ma spesso soprattutto negli acquisti troppo a buon mercato c'è chi si approfitta dell acquirente, vendendo alimentatori con componenti diciamo.... sopra le righe, tipo questo:


Immagine:

19,38 KB

Considerato che l'alimentatore può determinare l'affidabilità di ciò che alimenta....

[roy67]

Valerio: Gli Switching vanno bene per alimentare qualsiasi apparecchiatura elettromagnetica (motori elettrici, relè, motori per deviatoi, accendere lampioni nel plastico, sia a lampada che a led, etc).
Danno problemi se utilizzati per alimetare circuiti elettronici digitali, se non correttamente ed appositamente costruiti e progettati.

Rolando ha centrato il problema. ma non accade solo questo (quello evidenziato nella foto) ma resistenze fuori tolleranza, con colori messi alla caz... ehm.. a caso, diodi con anodo e catodo invertiti, con capacità, molto spesso, inferiori a quanto promesso nel datasheet.

Perché il negoziante non fornisce il datasheet?

Perché dichiarerebbe, nero su bianco, che quel componente è "taroccato".

[roy67]

Eccomi con il secondo circuito da costruire:

Alimentatore stabilizzato 12 Vcc

Anche questo circuito è di semplice costruzione, pochi componenti, ma bisogna fare attenzione al loro montaggio.

Molto spesso ho postato circuiti che prevedevano l'utilizzo dell'integrato L7812 per regolare la tensione a 12 volts. Purtroppo, in questo caso, tale integrato non ci fornirà sufficiente corrente potendo erogare solo, al massimo, 1 ampere. In suo aiuto, parallelamente, è stato inserito un transistor di potenza BD244C (in formato TO 220), che ci garantirà un uscita di almeno 2-3 ampere. Volendo si potrebbe inserire anche un transistor MJ4502, in formato TO 3, che garantirebbe anche fino a 5 ampere, ma di tali potenze, per un laboratorio modellistico, non ce n'è bisogno.

Passiamo agli schemi.

Immagine:

207,96 KB

Come si nota immediatamente, il transistor BD244C, è stato collegato a dei morsetti, in quanto, dovendo amplificare la corrente, genererà calore. Calore che vorrà dissipato attraverso alette di raffreddamento. Il transistor sarà quindi collegato al circuito attraverso dei fili.
Dalla mappa del transistor (in basso) abbiamo il "Pinout" (termine tecnico che definisce ogni piedino del componente a cosa serve), tramite il quale collegheremo i fili ai morsetti.

IL PCB
Immagine:

156,1 KB

Nel PCB ho portato anche l'integrato L7812 su un dissipatore (diverso dal primo, in quanto i componenti, attraverso l'aletta, andrebbero in corto crcuito). Dovrebbe essere attraversato "solo" da circa 0,5 ampere, ma ho preferito non rischiare fritture.

Questo circuito dovrebbe (metto il condizionale) fornire una tensione che varia da 11,85 a 12,35 volts. Questo dipende dalla tolleranza e qualità dei componenti utilizzati.

[Edgardo_Rosatti]

Essendo abituato ad usare i regolatori della serie 78 nella maniera classica o al massimo con qualche piccola modifica, trovo sempre più interessante questo topic
Se ho ben capito, con il transistor posto prima (giunzioni E-B con R1) dell'ingresso del L7812 e collegando il collettore sulla sua uscita, amplifichiamo la corrente disponibile del regolatore.
Si può dire che sfruttiamo le caratteristiche di stabilità del L7812, che come noto non supera 1 Ampere, dandogli un "aiutino" in corrente col transistor?

Spero di aver capito Roy.

Nel frattempo mi sono permesso di realizzare virtualmente un pcb del circuito A con Eagle, con tanto di immagini "artistiche" generate con il tool Eagle3D e Powray.

Circuito A visto da sopra:

676,75 KB

Circuito A visto da sotto:

597,72 KB

Il progetto è stimolante e lo realizzerò nei "ritagli" di tempo libero per condividere questa esperienza.

Ciao.

[roy67]

Praticamete la tensione entra nell'emettitore del transistor ed esce dal collettore, per arrivare direttamente all'uscita.
La piccola resistenza da 10 Ohm limita la base, che ricevendo polarità positiva, funge da "acceleratore". L'integrato L7812, riceve una piccola corrente, parzializzata dalla resistenza all'ingresso (Pin 1 -"Vin") a solo scopo di alimentazione dei circuiti interni. La tensione in eccesso, in uscita dal transistor, verrà "scaricata" dal pin "Vout" (pin 3) dell'integrato verso "Ground" (Pin 2), lasciando transitare non oltre i 12 volts, benchè all'ingresso (poi lo vedremo) ve ne siano almeno 16.

Sommaria e semplicistica spiegazione, ma è ciò che accade nel circuito.

Ottimo il 3D del circuito, Ed.

[cf69]

Ottimo il 3D del circuito, Ed.

Vien voglia di prenderlo dal monitor ed installarlo direttamente nel contenitore.

Roy, vai che ti seguo!

[Edgardo_Rosatti]

Ottima spiegazione grazie.
In alcuni circuiti ho visto innalzare leggermente la tensione in uscita sul pin3 inserendo uno i più diodi al silicio tra il pin 2 dell'integrato e GND.
Cioè con un diodo la cui caduta è di circa 0,7 volt abbiamo 12,7 volt in uscita.

[roy67]

Le strade che si possono percorrere sono tantissime. L'importante è che il risultato sia più che soddisfacente. Che ci dia almeno ciò che speravamo.
In questo alimentatore ho preferito utilizzare un integrato per stabilizzare e regolare, in maniera costante, la tensione, innalzando la corrente (ampere) erogati.

Poco più su ho detto che l'alimentazione, in uscita dal circuito A, sarà di circa 16 volts. Questo perché, è vero che i diodi generano caduta, ma incanalando le semionde dell'alternata su un solo polo, avremo un innalazamento della tansione pari a 1,5 la tensione di uscita del trasformatore.

Quindi, un trasformatore che ha un uscita di 12 volts alternati, subirà una caduta di tensione pari a 1,4 volts (generata dai diodi) 12-1,4= 10,6.
Ma, comtemporaneamente, avrà un aumento della tensione dovuta all'inserimento delle due semionde sul polo positivo, quindi 10,6x1,5= 15,9 Volts continui.

[roy67]

Proseguiamo.

Nel circuito B, l'integrato regolatore ed il transistor di potenza, vogliono connessi ai morsetti. Prepariamo quindi alcuni fili colorati ( per poter meglio distinguere il significato) e li colleghiamo ai pn del componente, tramite saldatura a stagno.

Io ho utilizato fili da 0,5 mm di sezione per l'integrato regolatore e fili da 1 mm per il transistor.
Ricordiamoci che deve transitare potenza, almeno 3 ampere, quindi è bene prevedere piste belle "grasse" sul PCB e fili da 1 mm per le connessioni interconnessioni.

L'importante è avere fili di colore diverso, tanti colori, per poter facilmente riconoscere ove connetterli.

Foto del Transistor Bd244C con i fili saldati e protetti da termoretraibile
Immagine:

135,72 KB

Per poter meglio muoversi, con lo schema, mi sono fatto anche la mappa di connessione dei componenti esterni al PCB

Immagine:

133,99 KB

In questo modo si riconoscono immediatamente i fili e dove vogliono connessi.

Voi ancora non lo sapete, ma io l'ho quasi terminato. Sto ora facendo le tarature e regolazioni.

Diverrà una cosa del genere. il suo interno....

Immagine:

145,12 KB

[night train]

Proseguiamo.

Nel circuito B, l'integrato regolatore ed il transistor di potenza, vogliono connessi ai morsetti. Prepariamo quindi alcuni fili colorati ( per poter meglio distinguere il significato) e li colleghiamo ai pn del componente, tramite saldatura a stagno.

Io ho utilizato fili da 0,5 mm di sezione per l'integrato regolatore e fili da 1 mm per il transistor.
Ricordiamoci che deve transitare potenza, almeno 3 ampere, quindi è bene prevedere piste belle "grasse" sul PCB e fili da 1 mm per le connessioni interconnessioni.

L'importante è avere fili di colore diverso, tanti colori, per poter facilmente riconoscere ove connetterli.

Foto del Transistor Bd244C con i fili saldati e protetti da termoretraibile
Immagine:

135,72 KB

Per poter meglio muoversi, con lo schema, mi sono fatto anche la mappa di connessione dei componenti esterni al PCB

Immagine:

133,99 KB

In questo modo si riconoscono immediatamente i fili e dove vogliono connessi.

Voi ancora non lo sapete, ma io l'ho quasi terminato. Sto ora facendo le tarature e regolazioni.

Diverrà una cosa del genere. il suo interno....

Immagine:

145,12 KB

Scusa la mia domanda...forse mi son perso qualche passaggio...
Ma per qual motivo il transistor Bd244c viene collegato con dei fili volanti invece di essere inserito sul pcb?
Ciao Alex

[cf69]

Ciao night train, i motivi della connessione tramite fili, sono stati spiegati nell'intervento di Roberto (testo in rosso), che riporto di seguito:

Eccomi con il secondo circuito da costruire:

Alimentatore stabilizzato 12 Vcc

Anche questo circuito è di semplice costruzione, pochi componenti, ma bisogna fare attenzione al loro montaggio.

Molto spesso ho postato circuiti che prevedevano l'utilizzo dell'integrato L7812 per regolare la tensione a 12 volts. Purtroppo, in questo caso, tale integrato non ci fornirà sufficiente corrente potendo erogare solo, al massimo, 1 ampere. In suo aiuto, parallelamente, è stato inserito un transistor di potenza BD244C (in formato TO 220), che ci garantirà un uscita di almeno 2-3 ampere. Volendo si potrebbe inserire anche un transistor MJ4502, in formato TO 3, che garantirebbe anche fino a 5 ampere, ma di tali potenze, per un laboratorio modellistico, non ce n'è bisogno.

Passiamo agli schemi.

Immagine:

207,96 KB

<font color="red">Come si nota immediatamente, il transistor BD244C, è stato collegato a dei morsetti, in quanto, dovendo amplificare la corrente, genererà calore. Calore che vorrà dissipato attraverso alette di raffreddamento. Il transistor sarà quindi collegato al circuito attraverso dei fili. </font id="red"> Dalla mappa del transistor (in basso) abbiamo il "Pinout" (termine tecnico che definisce ogni piedino del componente a cosa serve), tramite il quale collegheremo i fili ai morsetti.

IL PCB
Immagine:

156,1 KB

<font color="red">Nel PCB ho portato anche l'integrato L7812 su un dissipatore (diverso dal primo, in quanto i componenti, attraverso l'aletta, andrebbero in corto crcuito). </font id="red"> Dovrebbe essere attraversato "solo" da circa 0,5 ampere, ma ho preferito non rischiare fritture.

Questo circuito dovrebbe (metto il condizionale) fornire una tensione che varia da 11,85 a 12,35 volts. Questo dipende dalla tolleranza e qualità dei componenti utilizzati.

[roy67]

Night train: Fabio ha già risposto al mio posto, e lo ringrazio.

A tal proposito vorrei spendere alcune parole in fatto di dissipazione del calore generato dalla componentistica elettronica.

Come sappiamo (forse, non tutti) la potenza elettrica genera calore. Questa viene calcolata in Watt da dissipare (disperdere nell'ambiente).
Molto spesso mettiamo dei componenti, saldati sul PCB e vi avvitiamo una lamierina di alluminio per aiutare la dissipazione... Poi chiudiamo il tutto all'interno di una scatola.....

La dissipazione calore avviene per scambi termici. In ambiente sappiamo che il calore sale, mentre il fresco scende. Ecco perché, in soffitta (nelle nostre case) c'è più caldo, mentre in cantina c'è fresco.
Due materiali a contatto si scambieranno calore a vicenda e, il più grande, scambierà calore con l'ambiente.
Se chiudiamo un dissipatore all'interno di una scatola, non ci sarà alcuno scambio termico. Forse per i primi minuti, ma poi, inesorabilmente, la temperatura interna della scatola salirà, rendendo inefficiente il dissipatore.
Se il dissipatore lo installiamo fuori dalla scatola, con le alette rivolte in verticale, avremo un costante scambio con la temperatura ambiente, il moto verticale dell'aria calda continuerà a disperdere calore dalle alette, ed il componente, avvitato al doissipatore, all'interno della scatola sarà ben protetto e raffreddato.

[night train]

Ciao.
Il fatto che alcuni componenti andassero attaccati ad alette di raffreddamento l'avevo letto. Pensavo che fosse sufficiente lo scambio termico all'interno del contenitore...
In effetti mi sono autocostruito un piccolo alimentatore per il funzionamento dei treni in analogico e al suo interno un transistor è attaccato ad un aletta di raffreddamento ma evidentemente la corrente assorbita da una loco (diciamo non oltre i 500/600mA) non surriscalda in modo importante i componenti.
Grazie per il chiarimento!
Ciao Alex