Alimentatore 12v

Vediamo oggi di realizzare il nostro primo circuito.
Per l'occasione ho scelto un circuito molto semplice, ma non per questo poco utile, stiamo parlando di un alimentatore a tensione fissa.

lm7812

Sopra possiamo vedere lo schema elettrico del nostro circuito, intanto come prima cosa dobbiamo osservare i dati indicati nello schema, ovvero input 12-24V Ac ed out 12V dc.
Questo significa che il nostro alimentatore è in grado di convertire una tensione alternata in ingresso compresa tra 12 e 24V, in una tensione in uscita stabile sul valore di 12V.

La tensione alternata entra nel nostro circuito, e il primo componente che incontra è un ponte raddrizzatore siglato D1.
Abbiamo già visto nell'articolo dedicato al ponte raddrizzatore, a cosa serve questo componente, e abbiamo visto che la tensione alternata in ingresso viene raddrizzata, ovvero in uscita dal ponte raddrizzatore ci ritroveremo con una tensione continua o meglio pulsante.

lm7812-1

Questa tensione in uscita così pulsante, potrebbe già essere utilizzata come una tensione continua, ma aggiungendo altri componenti possiamo fare di meglio.
Abbiamo visto nell'articolo riguardante il condensatore, che questo può essere paragonato ad un polmone che si carica e si scarica, e abbiamo visto che questa sua caratteristica può essere sfruttata per livellare la tensione.

lm7812-2

Infatti inserendo un condensatore elettrolitico in parallelo sull'uscita del ponte raddrizzatore, la tensione che prima era pulsante quasi si appiattisce, divenendo praticamente continua.
Vediamo nel dettaglio quello che succede:

lm7812-3

Il grafico in rosso è la tensione pulsante in uscita dal ponte raddrizzatore, e il grafico in blu è la tensione ai capi del condensatore, ovvero quella che ci ritroveremo dopo il condensatore.
Appena si presenta la prima semi-onda, il condensatore si carica assieme ad essa, (linea blu) portandosi al valore massimo di tensione, quando la semi-onda ridiscende vero il basso, il condensatore inizia lentamente a scaricarsi, ma riesce a scaricarsi di pochissimo, perché nuovamente si presenta l'altra semi-onda che ricarica completamente il condensatore, riportando la tensione al suo massimo valore.
In questo modo il condensatore riesce praticamente a mantenere la tensione lineare, trasformando la tensione pulsante in una tensione completamente continua.
La velocità di scarica del condensatore, dipende dalla corrente assorbita dall'eventuale carico collegato sull'uscita dell'alimentatore, normalmente si colcola a grandi linee 1000uF per ogni ampere di corrente.
Quindi con un condensatore da 2200uF possiamo stimare che il nostro condensatore riesce a livellare la tensione fino ad una corrente assorbita di circa 2A.

Adesso dopo aver raddrizzato e livellato la nostra tensione, abbiamo ottenuto una tensione continua, come se fosse una tensione proveniente da una batteria, però abbiamo un altro problema.
Il valore di questa tensione dipende dal valore di tensione che abbiamo in ingresso, tra l'altro abbiamo visto nell'articolo continua e alternata, che quando parliamo di tensione alternata, ci riferiamo sempre al valore efficace di tensione, ma le semi-onde raggiungono picchi di valore più alto, questo valore è appunto chiamato valore di picco e abbiamo visto che:

Vefficace = Vpicco x 0,707   da cui deriva che   Vpicco=Vefficace/0,707

In pratica una tensione alternata di 12v, raggiunge un picco che arriva a circa 17v, ed è proprio questo il valore che assumerà la tensione dopo essere stata livellata.
Allora con una tensione in ingresso di 12v ac, ci ritroveremo dopo il condensatore una tensione continua di circa 17v, se poi la tensione in ingresso fosse 24v ac, in uscita dopo il condensatore avremmo una tensione continua di circa 30v dc.

Ma il nostro circuito deve fornire in uscita sempre 12v dc, indipendente che l'ingresso sia a 12v ac, 17v ac, 24 v ac ecc.
Ecco allora che ci viene in aiuto un nuovo componente siglato 7812 o lm7812.
Questo componente è definito un regolatore lineare, e altro non fa che stabilizzare la tensione ad un valore fisso, in questo caso ad un valore di 12v.

lm7812act

Il componente presenta 3 pin, il pin 1 di ingresso, dove deve essere sempre presente una tensione superiore a quella di uscita, un pin 2 di massa, da collegare sempre a massa, ovvero il negativo, ed un pin 3 di uscita da dove prelevare la nostra tensione fissata al valore voluto.

Questo regolatore fa parte di una famiglia di regolatori, dove le ultime 2 cifre del codice identificano la tensione di uscita.
Quindi il nostro 7812 fornisce in uscita 12v, un 7805 fornirà una tensione di 5v, un 7809 una tensione di 9v, un 7824 una tensione di 24v, e così via.

Ecco allora che inviando la nostra tensione raddrizzata e livellata, all'ingresso del nostro IC1 7812, possiamo prelevare sulla sua uscita una tensione fissa di 12v indipendentemente da quanto sia quella in ingresso.

C'è da aggiungere che questa famiglia di regolatori ha dei limiti da rispettare, il primo limite è che la tensione in ingresso sia almeno 2v superiore a quella di uscita, quindi se ho un 7812, per farlo funzionare bene in ingresso dovrò fornire minimo 14v;
un altro limite è che la differenza tra ingresso e uscita non superi i 40v, quindi se ho sempre il mio 7812, sul suo ingresso potrò fornire al massimo 52v;
un altro limite è la corrente di uscita, questi regolatori possono fornire massimo 2A.
Questo ultimo limite in realtà potrebbe essere anche molto più basso, perché dipende da vari fattori.
Ammettiamo di alimentare il nostro 7812 con una tensione di 30v, il nostro regolatore fornisce in uscita solo 12v, quindi i restanti 18v che fine fanno?
Semplice vengono dissipati in calore, e abbiamo pure già visto nell'articolo la legge di ohm, che questo valore ce lo possiamo calcolare.
Se il circuito deve dissipare in calore 18v, e allo stesso tempo sto richiedendo al mio alimentatore una corrente di 2A, allora il 7812 dovrà dissipare in calore una potenza di

P=VxI → 18x2=36W.

Questi 36W sono un po' tantini, quindi come prima cosa dobbiamo sicuramente dotare il 7812 di un bel dissipatore di calore, ma anche quest'ultimo potrebbe non bastare.
Fortunatamente il regolatore 7812 si auto-protegge, quindi quando il calore da dissipare diventa eccessivo, il regolatore va in protezione, evitando quindi la sua distruzione.
Allora per evitare che si riscaldi troppo, oltre al dissipatore di calore detto in precedenza, possiamo fare in modo che dissipi meno potenza, e per fare ciò abbiamo 2 alternative, o riduciamo la tensione di alimentazione, oppure dobbiamo accontentarci di prelevare meno corrente.
Ecco spiegato il motivo per cui questi 2A massimi dichiarati, sono teorici, poi nella pratica dipendono pure da quanto è la tensione di ingresso, e da quanto è raffreddato bene il regolatore.
Per questo motivo ho infatti posto un limite massimo di 24v ac in ingresso, ma in pratica se ci accontentiamo di prelevare qualche centinaio di milliampere, possimo pure alimentare il nostro circuito con una tensione superiore.
O ancora, se ci accontentiamo di prelevare qualche centinaio di milliampere, e alimentiamo il circuito con una tensione non troppo alta, esempio 12-15v, allora possiamo pure permetterci di ridurre le dimensioni del dissipatore di calore.

Dopo aver inserito il nostro regolatore 7812 nel circuito, dobbiamo pure inserire 2 condensatori, C2 e C3, uno è posto in ingresso ed uno in uscita dal regolatore, questi 2 condensatori sono consigliati dal costruttore del regolatore, che ci fornisce anche i valori da utilizzare, per evitare malfunzionamenti dello stesso.

Ovviamente tale circuito dovrà essere alimentato da una tensione alternata, compresa tra 12v e 24v, quindi è ovvio che non può essere collegato direttamente alla tensione a 220v di casa, ma deve essere collegato con l'ausilio di un trasformatore.

trasformatore

Il trasformatore normalmente ha un primario a 220v, ed un secondario a bassa tensione esempio 12v.
Grazie al trasformatore possiamo allora collegare il nostro circuito alla tensione di rete, collegando ovviamente il primario a 220v alla presa di casa, e l'uscita a 12v all'ingresso del nostro circuito.

Possiamo poi aggiungere pure un led che ci indica che il nostro alimentatore è acceso e in funzione, e magari inserire 2 morsetti a vite per facilitare i collegamenti del nostro circuito.

7812-6

Ecco allora aggiunte 2 morsettiere J1 e J2 per effettuare comodamente i collegamenti, e aggiunto pure un led sull'uscita, con la sua resistenza R1 di limitazione, per segnalare il circuito acceso e funzionante.

Il nostro alimentatore, è un circuito abbastanza semplice, quindi può pure essere realizzato su scheda mille-fori, ma comunque ritengo giusto fornirvi pure un pcb da me realizzato.

pcb
Pcb in formato pdf

Il pcb è già ribaltato, come si può notare dalla scritta, pronto per essere stampato e utilizzato con la tecnica di incisione che più preferite.

E infine la disposizione dei componenti sul pcb, su J1 andrà collegata la tensione alternata proveniente dal trasformatore, essendo alternata non c'è polarizzazione, quindi non c'è da rispettare nessuna polarità.
Su J2 invece c'è l'uscita a 12v dc, e qua essendo una tensione continua, c'è un positivo ed un negativo da rispettare, come contrassegnato in figura.

pcb3

Il pcb dalla parte di IC1 è leggermente più lungo, per ospitare l'eventuale dissipatore di calore da avvitare al 7812, dissipatore che come detto sopra potrà essere pure più piccolo, tutto dipende da quanto è la tensione di ingresso, e da quanta correnta abbiamo necessità di prelevare.

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