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Alimentatori da laboratorio

Indice Argomento Corrente

1) Alimentatore stabilizzato da laboratorio: di cosa si tratta

2) Alimentatori lineari

3) Alimentatori switching

4) L'alimentatore: Cos'è e come si utilizza

5) Alimentatori stabilizzati ad uscita fissa

Alimentatore stabilizzato da laboratorio: di cosa si tratta

Gli alimentatori vengono utilizzati per alimentare ogni genere di apparecchiatura, quelli da laboratorio devono produrre una tensione regolabile, stabile ed esente da disturbi per non alterare le misure.
L'alimentatore è uno strumento indispensabile per alimentare gli apparati di qualsiasi tipo che non abbiano un alimentatore già integrato.
Si possono dividere in due principali categorie, in funzione del principio con cui viene ottenuta la regolazione della tensione in uscita:

• Alimentatori lineari

• Alimentatori switching

di seguito analizzeremo i meccanismi di funzionamento delle due tipologie unitamente ai pro e contro.

Alimentatori lineari

Negli alimentatori lineari la tensione al secondario del trasformatore viene raddrizzata con un ponte di diodi e poi livellata e stabilizzata.
Sottraendo alla tensione all'uscita del ponte di diodi la tensione che cade sullo stabilizzatore otteniamo la tensione massima che l'alimentatore può dare.
Il tallone d'Achille di questi alimentatori è che prelevando una tensione molto più bassa della tensione massima, la differenza fra la tensione prelevata e la tensione massima deve cadere sul regolatore che dovrà dissipare una potenza proporzionale alla corrente che lo attraversa moltiplicata per la caduta di tensione ai suoi capi.
In altre parole il regolatore deve essere in grado di dissipare potenze molto elevate.
Prendendo per esempio un alimentatore lineare che fornisce all'uscita una tensione massima di 35Volt, se noi alimentiamo un carico a 5Volt con una corrente di 2Ampere il regolatore di tensione dell'alimentatore dovrà dissipare una potenza pari a (35-5)x2=60Watt che rispetto a quella che fornisce al carico 5x2=10Watt è enorme.
Un trucco per ridurre la potenza dissipata consiste nel ricavare varie prese intermedie sul secondario del trasformatore (quindi si ottengono varie tensioni) e commutare le varie prese in funzione della tensione che si vuole ottenere in uscita matenendo nel contempo la dissipazione più bassa possibile.

A sinistra, lo schema di principio di un alimentatore lineare.

A sinistra, lo schema di principio di un alimentatore lineare con trasformatore provvisto di prese intermedie sul secondario. Una logica di controllo commuta gli interruttori S1 - S2 - S3 (solo uno per volta ovviamente può essere chiuso) che in genere sono dei rèlè selezionando la tensione più conveniente rispetto a quella richiesta in uscita. In questo modo si minimizza la caduta di tensione sul regolatore e di conseguenza la potenza dissipata. Più sono le prese intermedie e meglio funziona il circuito, più è complicato progettarlo.

Alimentatori switching

Il principio di funzionamento di un alimentatore switching si basa sul fatto che un trasformatore, richiede un nucleo ferromagnetico più piccolo e molto più compatto, a parità di potenza, all'aumentare della frequenza operativa.
Negli alimentatori switching vengono utilizzati particolari trasformatori fatti funzionare a frequenze di decine o centinaia di migliaia di Hertz invece dei 50 Hz della rete elettrica europea.
Il nucleo di questo trasformatore è in Ferrite, materiale realizzato con polveri metalliche incollate che ha la caratteristica di avere delle basse perdite per isteresi magnetica, quindi adatto a lavorare ad alte frequenze, invece dei tradizionali lamierini di ferro, che alle alte frequenze comporterebbero una notevole perdita di energia.
In un alimentatore switching la tensione di rete viene per prima cosa raddrizzata con un ponte di diodi e livellata con un condensatore.
Successivamente un circuito oscillatore genera a partire da questa tensione continua, una tensione alternata di elevata frequenza, che viene applicata ai capi dell'avvolgimento primario del trasformatore.
Successivamente la tensione in uscita, presente ai capi dell'avvolgimento secondario del trasformatore, viene raddrizzata e livellata.
Per ottenere la stabilizzazione e al contempo mantenere l'isolamento il circuito di reazione viene realizzato in genere con degli optoaccoppiatori.
Lo scopo del circuito di reazione è quello di modulare il funzionamento dell'oscillatore che pilota il trasformatore in modo da mantenere la tensione di uscita stabile sul valore scelto.
Funzionano in questo modo tutti gli alimentatori da computer.
Nel contesto di un laboratorio di misura vanno, quando possibile, evitati per le interferenze che producono.
Non parliamo di alimentatori di alta qualità in cui il problema è stato limitato con accorgimenti tipo schermature e filtri, ma di quelli commerciali di costo medio-basso.

L'alimentatore: Cos'è e come si utilizza

L'alimentatore è indispensabile per fornire alimentazione ai circuiti in prova, deve essere adatto ad alimentare la maggior parte dei circuiti, quindi deve fornire il più ampio intervallo possibile di tensioni e correnti.
Normalmente gli alimemtatori sono a loro volta alimentati dalla rete elettrica.

Alimentatore doppio 2x 0-35Volt 0-4Amp Voltmetro della sezione a sinistra dell'alimentatore Amperaometro dell'alimentatore sinistro Voltmetro dell'alimentatore a destra Amperometro dell'alimentatore a destra Controllo grossolano della tensione Controllo fine della tensione Limite di corrente Pulsante di abilitazione dell'uscita Boccola di massa dell'alimentatore Questo tipo di alimentatore può essere usato mettendo in serie i due alimentatori per aumentare l'escursione in tensione o in parallelo per raddoppiare la corrente. In pratica 0-70Volt 4A, oppure 0-35Volt 8A.

L'alimentatore duale lineare sulla sinistra è di tipo economico. Tuttavia anche questo ha anche la possibilità di mettere in serie o in parallelo i due alimentatori che lo compongono in modo da raddoppiare la tensione erogata oppure la corrente.

L'alimentatore sopra (PS-305D) è un modello molto diffuso che fornisce una tensione da 0 a 30 Volt stabilizzati con una corrente massima di 5 ampere.
Ha la regolazione fine della tensione e anche della corrente.
Essendo un alimentatore di fascia bassa è ampiamente migliorabile con semplici modifiche che abbiamo descritto in una pagina a parte.

L'alimentatore sopra è un modello che fornisce una tensione da 0 a 110 Volt stabilizzati con una corrente massima di 100 mA.
Si tratta di un modello relativamente raro.
Alimentatori che arrivano ad un tensione così alta non si trovano facilmente.

Alimentatori stabilizzati ad uscita fissa

Sono utilizzati per alimentare la maggior parte degli apparati portatili.
E' possibile procurarseli con poca spesa.
Sono utili per alimentare circuiti definitivi che richiedono tensioni ben definite.
E' sempre bene averne un certo assortimento in magazzino, a fronte del fatto che si trovano facilmente ed a prezzi stracciati.
Non possimo prendere il posto di un alimentatore stabilizzato variabile ma possono alimentare le nostre realizzazioni.

Le prime due foto sono relative ad un alimentatore switching di uso generico con l'uscita a 12V.

Nelle prime due foto un alimentatore di un access point comprato per pochi soldi ad un mercatino dell'elettronica.
In genere gli alimentatori per access point forniscono delle tensioni fuori dalla norma.
Questo ad esempio ha l'uscita a 48V.
A destra un alimentatore di un modem US-Robotics, l'unico alimentatore lineare in tutte queste foto, realizzato con un trasformatore, come si deduce facilmente dal peso prendendolo in mano.

Le due foto sulla destra ritraggono un alimentatore per telefonino.
In questi ultimi anni se ne trovano dovunque. Hanno in genere una uscita a 5V.

A destra altro alimentatore di un access point (3com in questo caso) anche questo a 48 volt.

A destra un alimentatore da 16V di uno scanner Canon.

Nelle due foto a destra un alimentatore da 5V di un transceiver ottico.

Come vedete questi alimentatori vengono dalle più disparate apparecchiature, i mercatini e i bidoni dell'immondizia sono una fonte inesauribile di questi dispositivi che possono sempre essere utili.