Realizzazione di un alimentatore stabilizzato

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ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE
AUGUSTO RIGHI E VIII
LABORATORIO
DI
TECNOLOGIA DISEGNO
E
PROGETTAZIONE
Oggetto: Realizzazione di un alimentatore stabilizzato
Alunno: Salvatore Colonna
Classe: 4° D ELETTRONICA/TELCOMUNICAZIONE
Data: 30/11/2005
Questa prova di laboratorio consisteva nell’assemblaggio di un alimentatore stabilizzato.
La parola alimentatore indica un dispositivo generico che è in grado di convertire una corrente alternata in corrente continua. Esistono diversi tipi di alimentatori, nel nostro caso si tratta di un alimentatore stabilizzato.
La qualità di un alimentatore è individuata da un parametro denominato fattore di ripple, la cui definizione è
In essa Vreff rappresenta il valore efficace dell’ondulazione residua, mentre Vm il valore medio della tensione di uscita.
L’alimentatore in genere può essere suddiviso essenzialmente in quattro blocchi con ognuno la propria specifica funzione: il trasformatore, il raddrizzatore, il filtro e il regolatore.
• Il trasformatore: è una macchina elettrica (necessaria per il funzionamento dell’alimentatore) capace di variare i due fattori che costituiscono l’espressione della potenza (V*I),e quindi è usato per trasferire potenza elettrica da un livello di tensione alternata ad un altro. Un trasformatore è costituito da un nucleo magnetico e da almeno due avvolgimenti. Nel suo circuito di ingresso, detto anche primario, entra potenza elettrica, nel circuito di uscita o secondario, esce potenza elettrica con valori di tensione e corrente modificati e più appropriati alle nostre esigenze. Il trasformatore lavora solo in corrente alternata e la frequenza di ingresso è identica a quella di uscita. Nella figura sottostante è rappresentato il simbolo elettrico del trasformatore.
• Il raddrizzatore è una delle molteplici applicazioni del diodo ed è sicuramente la più utilizzata. Per raddrizzatore si intende un dispositivo in grado di convertire la corrente alternata in corrente continua (in verità si tratta di corrente di tipo pulsante positiva). È abbastanza noto che in elettronica l' uso della corrente continua è fondamentale, e quindi bisogna trovare il modo di disporre di essa senza incorrere in grandi spese. Visto che l' energia elettrica (per convenienza) viene fornita sotto forma di corrente alternata, è indispensabile poterla trasformare in continua per le varie applicazioni. A tale scopo si utilizza il raddrizzatore. Nel nostro caso il raddrizzatore è caratterizzato dal ponte di Graetz esso è costituito da 4 diodi predisposti opportunamente per ottenere un collegamento a ponte.
• Il filtro: Come accennato in precedenza, dal raddrizzatore viene erogata una corrente di tipo pulsante e unipolare, e per ovviare a questo inconveniente intervengono i filtri, di solito formati da condensatori. Dunque il filtro ha il compito di livellare la tensione pulsante in uscita dal raddrizzatore fornendo una tensione di valore sostanzialmente costante. In relazione alla potenza ed al grado di livellamento richiesto le capacità assumono una determinata configurazione circuitale. Come detto il filtro è composto da condensatori che, come nel nostro caso, possono essere sia polarizzati che non polarizzati.

• Il regolatore: Il regolatore di tensione ha il compito di stabilizzare la tensione continua contro le variazioni dei parametri dei componenti circuitali, della tensione di rete e del carico applicato. Il regolatore utilizzato per questo progetto è il 7812 che ci forrnisce in uscita un valore continuo pari a 12v coerentemente con la tensione che volevamo ottenere. I regolatori di tipo 78xx sono usati per tensioni positive, mentre per stabilizzare tensioni negative si usano i 79xx.
SCHEMA ELETTRICO:
COMPONENTI UTILIZZATI:
2 Header J1 e J2
1 Integrato 78XX
1 ponte di Graetz a diodi D1, D2, D3, D4 di tipo 1N4004
1Condensatore C3 220 uF
2 Condensatori C1 e C4 100 Kp
1 LED D3
1 Condensatore C2 1000 uF
1 Resistenza 2201
MATERIALI E APPARECCHIATURE UTILIZZATE:
elaboratore con software per disegno tecnico (per la fase di progettazione) orcad
Martello e chiodo
Superficie di supporto per il circuito
Trapano da laboratorio con punte da foratura
Utensile da taglio per la basetta
Saldatore da laboratorio
FASI DI REALIZZAZIONE:
per realizzare un circuito elettronico su supporto stampato la prima fase è la progettazione: per questo fine si possono impiegare programmi di disegno elettronico come Orcad Capture, con cui è possibile realizzare uno schema elettrico basilare. La seconda parte della progettazione consiste nel dimensionamento dei componenti, cioè nel regolare le grandezze elettriche del circuito per ottenerne il massimo rendimento; e quindi stabilire i foot print. Per costruire uno schema elettrico reale (cioè un disegno elettronico che visualizzi le piste di connessione tra componenti e il loro effettivo ingombro su un supporto fisico) è necessario creare una Netlist, cioè una lista tecnica di lavorazione contenente il nome e il valore dei componenti e le connessioni elettriche tra gli stessi, operazione resa molto semplice in questo programma Capture. Tale lista risulterà necessaria per l'utilizzo di un secondo programma di disegno elettronico, Orcad Layout, che servirà appunto per realizzare l’aspetto del nostro progetto. Attingendo ai dati della netlist tramite questo programma sarà possibile, tramite appositi comandi e funzioni, ottenere uno schema effettivo di come dovrà essere costruito il nostro alimentatore, in pratica otterremo il nostro sbroglio.
Se il disegno risulta essere elettricamente corretto e fisicamente realizzabile si può passare alla vera e propria costruzione dell'alimentatore.
Per prima cosa è necessario effettuare il così detto calcolo della basetta (riportati in una tabella che segue) e quindi ottenere una basetta dalle giuste misure dopodichè segue la fase più laboriosa della fabbricazione.
• Come prima cosa bisogna riportare lo sbroglio del circuito su carta millimetrata
• Dopodichè e necessario realizzare lo schema circuitale con le sole piste su carta lucida
• Quindi ora bisogna riportare sulla basetta, tramite martello e chiodo, i punti dei collegamenti stando attenti però a non forare completamente la basetta.
• A questo punto occorre riportare le linee che rappresentano le piste del circuito, per questo fine si utilizzano i trasferibili,prima però se necessario pulire la superficie della basetta
• Dopodichè immergere la basetta nell’acido e lasciar riposare tra i 30-60 minuti.
A questo punto la preparazione del nostro supporto su cui andremo a realizzare il circuito è conclusa. La fase seguente consiste nell’istallare i sulla superficie della basetta i componenti elettrici necessari alla realizzazione dell’alimentatore; per fare ciò è necessario realizzare la foratura per permettere ai piedini dei vari diodi, condensatori, integrati; eccetera di essere posizionati e fissati. La foratura si esegue attraverso l’apposito trapano da laboratorio. Terminata la forature è consigliabile pulire la superficie della basetta per eliminare eventuali residui di trucioli.
Ora siamo arrivati all’epilogo del nostro assemblaggio, la saldatura. Per essa si procede avvicinando alla base del piedino, nel lato opposto al montaggio dei componenti, la punta del saldatore. Al termine di tutte le saldature è necessario controllare l’effettivo collegamento elettrico tra i componenti. Una volta concluso tutto ciò, occorre verificare il buon funzionamento dell’apparecchiatura e quindi si passa al collaudo per il quale servirà il tester.
CALCOLI:
R = = = 215 =
PR = R*I2 = 215*( 20*10-3)2 = 86 Mw
Vi = Vmin+Vmax = 9+13 = 11V
2 2
VT = _Vi__ = 10V
1,2
WT = 10*1,5 = 15W
LEGENDA:
R = Resistenza
VT =Tensione trasformatore
PR = Potenza resistenza
WT =Potenza trasformatore
Vi =Tensione d’ingresso
CALCOLO BASETTA:
U1 = 10*5 =50 mm2
C2 = (7,5)2*********mm2
D§ = (2,5)2* * = 20 mm2
C3 = (4,5)2********mm2
D1234 = 14*4=56mm2 56*4=225mm2
R = (10+5)*5 = 75mm2
C14 = 11*5 = 55mm2
TOT: 675 mm2 = 6,75Cm2
REFERENCE
PART VALUE
FOOTPRINT
J1
Header
SIP/TM/L.200/2
J2
Header
SIP/TM/L.200/2
D1
1N4004
DAX2/.500X.110/.046
D2
1N4004
DAX2/.500X.110/.046
D3
1N4004
DAX2/.500X.110/.046
D4
1N4004
DAX2/.500X.110/.046
C1
100Kp
CPAX1/.575X.150/.031
C2
1000uF
CYL/D.400/LS.200/.034
C3
220uF
CYL/D.200/LS.150/.031
C4
100Kp
CPAX1/.575X.150/.031
U1
LM7812
TO220AB
D5
Led
CYL/D.150/LS.100/.031
Integrato
Tensione ingresso
Tensione uscita
Min
Max
Min
Norm
Max
7805
8
12
5
7806
9
13
6
7808
11
17
8
7812
16
22
12
7815
20
26
15
7818
24
30
18
7824
30
36
24