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I regolatori di tensione lineari serie 78XX 79XX
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Sabato 04 Settembre 2010 08:05
Scritto da Brainbooster

I regolatori  di tensione lineari serie 78XX

A tutti, giocando con Arduino,prima o poi, capita di costruire qualcosa che richiede un'alimentazione superiore ai 40mA che il singolo canale di Arduino può fornire in uscita, e quindi sorge la necessità di fornire una corrente al nostro circuito che sia in grado di farlo funzionare.

Nella maggiorparte dei casi i circuiti elettronici vengono alimentati con tensioni continue abbastanza basse ed anche le correnti in gioco non sono critiche, ma tutto è relativo a quello che si sta costruendo.

In commercio esiste una serie di regolatori di tensione che assolvono il compito di fornire una tensione stabile al nostro circuito, i più noti sono sicuramente quelli della serie 78XX e 79XX, rispettivamente stabilizzatori lineari di tensione positiva e negativa costruiti da National semiconductors (e non solo).

Ma vediamoli, come sono fatti?

Package

Questo che vedete nell'immagine sopra è il classico formato di questi componenti chiamato TO220, sul cui corpo è stampata la sigla del nostro componente che solitamente ha questa logica:

i primi due numeri, che possono essere 78 o 79 indicano la famiglia di appartenenza del componente e ci dicono se abbiamo a che fare con uno stabilizzatore di tensione positiva (il 78) o negativa (per la serie 79xx), a questi primi due numeri ne seguono altri due che staranno ad indicare la tensione stabilizzata in uscita che il componente è in grado di fornire.

Quindi se per esempio avessimo la necessita di alimentare un circuito che assorbe 500mA ad una tensione di 5V, andremo a scegliere uno stabilizzatore di tensione positivo (78) che ci dia 5V (05) quindi avremo bisogno di un 7805 così come se il circuito necessitasse di 12V useremo un 7812 o per 9v un 7809 e via dicendo...

Chiaramente lo stesso discorso varrà anche per la serie negativa (79XX) quindi il 7905 sarà uno stabilizzatore di tensione che ci darà in uscita -5V.

Questa serie comprende le seguenti tensioni di lavoro: 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 e 24V e rispettivi omologhi negativi.

Quindi la logica che comanda la scelta della tensione di lavoro e quindi del giusto stabilizzatore è fatta, ma siamo ancora a metà....

L'altro parametro importante per un'alimentatore è la corrente; nel dettaglio la serie 78xx e 79xx arrivano a fornire correnti nell'ordine di 1A che non è molto ma se consideriamo che un led assorbe circa 0.02A possiamo capire subito come 1A sia sufficiente alla maggiorparte dei nostri progetti casalinghi.

per dovere di cronaca citiamo anche la serie 78LXX e 79LXX che sono regolate dalla stessa logica ma il package (o contenitore) è molto più piccolo (TO92 è il suo nome) e la corrente massima erogabile è di solo 100mA (vanno bene quando si ha poco spazio sul pcb ed assorbimenti sotto i 100ma).

Nell'immagine sopra si nota come sulla testa del componente ci sia un foro, che ci servirà nel caso avessimo la necessità di fissare sul corpo del componente una aletta di raffreddamento in grado di dissipare il calore prodotto dal componente durante il suo lavoro, e vi assicuro che anche se sul datasheet c'è scritto che il componente ha una protezione da surriscaldamento (thermall shutdown) da sola non è sufficiente.

Ricordate che nella piedinatura del componente E, M, U (Entrata, Massa, Uscita) la flangia metallica del componente è collegata alla massa (piedino M), quindi non è isolata (fatelo voi interponendo fra l'aletta di raffreddamento ed il componente un sottile strato di mica isolante, chiedete il kit di isolamento viti e mica).

Adesso sappiamo come scegliere il giusto stabilizzatore per il nostro alimentatore ma guardiamo anche gli altri parametri sul datasheet del componente es:  http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/228/390068_DS.pdf

A seconda della tensione non stabilizzata di cui disponiamo potremo per esempio già sapere se il nostro alimentatore scalderà o meno, come?

Sul datasheet troviamo nella descrizione dei valori, anche il valore di Dropout che in poche parole è la tensione minima in più rispetto a quella in uscita di cui il cmponente necessita per lavorare, che significa?

significa che se stiamo progettando un alimentatore stabilizzato da 5V in uscita, dovremo prevedere all'entrata una tensione continua non stabilizzata di almeno 7V fino ad un massimo di 30/35V.

Attenzione! l'integrato dissiperà in calore la tensione non utilizzata, quindi è importante che fra il componente scheto e la tensione in entrata non ci sia un grande divario, nel senso che per un 7805 in entrata andranno bene tensioni che vanno da 7 a 12V (io non andrei oltre anche se si può).

esempio: se ad un 7805 che deve erogare una corrente di 500mA diamo in entrata 9V, questo sarà costretto a dissipare in calore una potenza pari a 9(Vin) - 7 (il minimo indispensabile) * 0.5 e cioè già 1W! a 12V saremmo già a 2.5W! che oltre a surriscaldare il componente scaricherebbero l'eventuale batteria inutilmente.

Adesso vediamo come si collega...

Un motivo della fama di questi regolatori è la semplicità di utilizzo a causa dei pochi componenti esterni necessari es:

Cir78

Visto? sono letteralmente 4 condensatori ed un integrato :) semplice anche la modalità di collegamento! e questo circuito ci permetterà sostituendo solo IC1 di avere in uscita tutte le tensioni previste dalla serie positiva 78XX.

i condensatori messi in parallelo alla tensione in entrata servono a diminuire eventuali disturbi a bassa frequenza (C1) ed ad alta frequenza (C2), i valori consigliari dal produttore per questi due condensatori si aggirano per C1 da 10 a 100uF (elettrolitico, quindi occhio alla polarità e alla tensione di lavoro di questo condensatore) e 100nF per C2; questi due condensatori a causa della loro reattanza si comporteranno come un cortocircuito per i disturbi a bassa frequenza e quelli ad alta frequenza, impedendo che questi giungano ad IC1 disturbandone il funzionamento e lasciando inalterata la componente continua della tensione in entrata.

I condensatori in entrata (C1 e C2) diventano importanti sopratutto se la tensione in entrata viene fornita da un trasformatore che essendo collegato alla rete elettrica fà un pò da "antenna", captando varii disturbi ed instadandoli al nostro alimentatore.

Stesso discorso vale per i condensatori presenti in uscita, quindi avremo lo stesso valore per C2 dal lato Vout ma per C3 dovremo scegliere un valore abbastanza inferiore a quello di C1 (10 volte più basso) quindi da 1 a 10uF, per evitare che dopo la disalimentazione dell'alimentatore, il condensatore C3 si scarichi indietro verso IC1 danneggiandolo.

Adesso che avete tutti gli elementi per scegliere il componente adatto e per progettare il vostro alimentatore da collegare per esempio a dei servomotorida modellismo  che funzionano da 5 a 7.2V e che assorbono una corrente superiore ai 40mA di arduino.

Usando per esempio un 7806, possiamo tranquillamente adoperare i valori dei condensatori consigliati, per alimentare un servo con una batteria da 9V in entrata, ma se volessimo avere il massimo dal servo, dovremmo alimentarlo alla sua tensione massima di lavoro quindi a 7,2V.

Purtroppo non esiste un regolatore della serie 78xx che dia in uscita proprio quella tensione, però possiamo escogitare un trucco per innalzare la tensione di uscita, sapendo che la tensione in uscita data da IC1 ha come riferimento la massa (0V), basterà aggiungere in serie al piedino M un diodo, come nell'immagine successiva

Trucco

che avendo una caduta di tensione di 0,6V farà sembrare ad IC1 la massa più bassa di 0,6V facendo sì che IC1 fornisca una tensione di Vout 0,6Vin più , quindi mettendo un altro diodo in serie a D1 con lo stesso orientamento avremo in uscita un valore maggiorato rispetto a quello standard dato da IC1 di 1,2V in più arrivando ai nostri 7,2V.

In ultimo un piccolo consiglio... Non dimenticate di collegare la massa del nostro alimentatore autocostruito con quella di arduino, altrimenti quello che alimentiamo a parte rispetto ad arduino, non funzionerà.

Spero che questo breve tutorial torni utile a tutti quelli che si affacciano all'elettronica insieme ad Arduino.

Ciao da Brainbooster, divertitevi!

 

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