[LightSoul94]

Salve a tutti, stavo ripassando delle vecchie nozioni base di elettronica giusto per mantenermi mentalmente in forma in vista dell'università a settembre.

L'esercizio che mi sono autoimposto è quello di realizzare uno stabilizzatore di tensione utilizzando un diodo zener ottenendo in uscita Vo=5V e Io=2A.
Innanzitutto mi sono assegnato un trasformatore che emette sul secondario una tensione di uscita di 12 V e una potenza nominale di 36VA che se ricordo bene equivale a 36W ottenendo così una corrente di uscita di circa 3A (P=V*I=12Vac*3A=36W)

Ho aggiunto un led per segnalare il funzionamento dell'alimentatore con una resistenza di 2 kΩ anche se credo siano troppi per difendere solo un led.
Ho iniziato il dimensionamento del circuito di stabilità calcolando la Izmax
(1) Izmax = Pzmax/Vz = 1W/5,1V = 0,0196A

Quindi ho calcolato che:
(2) R1 = (Vcc-Vz)/Iz+Io = 12V-5,1V/0,0196A + 2A= 3,41Ω

Poi ho calcolato la potenza:
(3) PR1 = (Vcc-Vz)*(Iz+Io) = 6,9V*2,0196A=13,94W


L'80% delle mie insicurezze si basano sul dimensionamento del condensatore che non mi è stato chiaro come calcolarlo... in verità ho letto che basti scegliere un condensatore abbastanza piccolo giusto per levare i difetti del zener.

Secondo voi ho fatto bene i conti?

[Bios]

Sui conti
Le formule "potrebbero" andare pure bene (Pzmax è inadeguata), è tutto il resto che non va. La tensione di picco raddrizzata è di 12V esatti? Se, come suppongo, i 12V fossero AC allora la tensione di partenza sarebbe:
Vcc = Vac * √2 - Vbridge
dove Vbridge è la caduta sui due diodi del ponte, nel nostro caso è 0,7V*2, sostituiamo:
Vcc = 12V * √2 - 1,4 = 15,52V

Riguardo al condensatore
Il farad è definito come la capacità di un condensatore il quale sottoposto alla carica di 1 coulomb genera una differenza di potenziale di 1 volt, dunque:
C = I[C/s] * T[s] / ΔV
Posta una caduta su C di 15,52V - 5,1V = 10,4V e posto il periodo T pari a 0,01s, inverso di 100Hz ovvero 50Hz raddrizzati a doppia semionda:
C = 2A * 0,01s / 10,4V = 2200µF (erano 1923µF)
Col 1000µF che hai scelto, ad 1A l'ali sarà col fiato molto corto.

Per la resistenza del led
Nota la caduta sul led che dipende dal suo colore, basta imporre alla maglia una corrente tra 10mA e 20mA.
R = (Vcc - Vled) / I
Con:

• Led rosso, Vled = 1,6 V
• Led giallo, Vled = 2,2V
• Led verde, Vled = 2,4 V

Saluti.

[TheAlu10000]

Mi permetto di aggiungere che il dimensionamento della corrente Iz è, sostanzialmente, errato.
La formula è corretta, ma dimensionato in quel modo si è già sul limite massimo della potenza gestibile dallo zener, è bene prendere sempre un margine di sicurezza, margine che qui manca del tutto.
Inoltre, anche il discorso relativo alla potenza del trasformatore non è corretto: i watt (W) non sono i volt-ampere (VA), tranne in un caso, è bene ripassarsi l'elettrotecnica.

[LightSoul94]

Grazie per le tue tempestive risposte Bios e grazie a TheAlu10000 per avermi fatto notare l'errato dimensionamento di Iz.
Di quanto può essere il margine di sicurezza in questo caso? Devo portare Iz per esempio a 0,18A portando la tensione di soglia del diodo zener a 5,5V?

[Bios]

Mi aspettavo un ravvedimento operoso. Non è stato così, cerchiamo di rimediare. Le formule sono giuste, è il modo di applicarle che è senza senso. L' "orrore" sta nel fatto che per fare il dimensionamento sei partito dai piedi invece che dal capo: il carico.
La prima cosa da fare è imporre la corrente di lavoro (decide il carico, sempre): assumendo che il carico assorba 2000mA al massimo noi aumentiamo questa quantità del 10-20% per fare lavorare lo zener in zona sicura, dunque presumiamo che Izmax=Iz+Io sia pari a 2400mA.

La tua (1), puoi cestinarla. La potenza dissipata dallo zener sarà:
(1) Pzmax = Vz * Izmax = 5,1V * 2,4A = 12,24W

Come vedi qui spunta la magagna, il tuo zener non è assolutamente da 1W invece dovrai sceglierne uno in grado di dissipare più di 12W (introvabile e costoso, un NTE5243A solo £79, desisterei; meglio un regolatore integrato) in conseguenza del fatto che quando il carico non è collegato, Iout scorre interamente attraverso lo zener. N.B.: Lo schema proposto è del tutto sconveniente oltre l'ordine di grandezza del centinaio di mA.

(2) R1 = (Vcc-Vz) / Izmax = 10,42V / 2,4A = 4,3Ω

(3) PR1 = (Vcc-Vz) * Izmax = 10,42V * 2,4A= 25W

Saluti.

[LightSoul94]

... Come vedi qui spunta la magagna, il tuo zener non è assolutamente da 1W invece dovrai sceglierne uno in grado di dissipare più di 12W (introvabile e costoso, un NTE5243A solo £79, desisterei; meglio un regolatore integrato)...

Meno male che non devo realizzarlo ahaha
Si, in effetti anche io per certi aspetto penso che gli integrati sono sicuramente più convenienti. Tuttavia, resta il fatto che all'uni pretenderanno sicuramente che io sappia già tutto... poi la facoltà di ingegneria è difficilissima... quindi mi conviene continuare a studiare, ripassare, e fare corsi di formazione... magari riesco a colmare le lacune di elettrotecnica e di elettronica che mi ritrovo.
Grazie ancora per l'aiuto.

[TheAlu10000]

In ingegneria, sopratutto nel ramo elettronico, vengono date tutte le basi teoriche a partire da zero di matematica e fisica, quindi ci saranno sicuramente esami di elettrotecnica ed ovviamente elettronica, tutto questo viene affrontato in modo più approfondito, da livello universitario per l'appunto. Certo è apprezzabile avere delle basi, ed a volte vengono richieste nei test d'accesso, ma tutte le nozioni importanti vengono comunque esposte.

[LightSoul94]

Una curiosità però... perdonate la mia estrema ignoranza, ma come si calcola la C2? Da quello che ho letto serve a ridurre i disturbi causati dallo zener...

[Bios]

Premesso che abbiamo già detto a proposito dell'insensatezza dell'implementazione; C2 non serve sia di grossa capacità, anzi spesso non serve proprio in quanto il lavoro di "accumulo" viene fatto da C1. In base a cosa si deve alimentare ipoteticamente si potrebbe disaccoppiare con un 100nF quanto più vicino possibile allo zener.

Dai un occhio: http://www.ti.com/lit/an/scaa048/scaa048.pdf