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Alimentatori Valvolari: stabilizzatori di tensione.

Indice Argomento Corrente
1 - Stabilizzatori di Tensione
2 - Stabilizzatori di tensione e rendimento

1 - Stabilizzatori di Tensione

A questo punto parleremo degli alimentatori stabilizzati, quindi del regolatore di tensione.
Idealmente all'uscita di un alimentatore dovremmo avere una tensione costante, tuttavia questo non è facile da avere, principalmente per due motivi: La tensione di rete varia, il valore nominale in questo periodo in Italia è 230Volt ma con una tolleranza del 10% quindi la tensione va da 230Volt-23Volt a 230Volt+23Volt, quindi da 207Volt a 253Volt.
Il secondo motivo è da ricercarsi nella resistenza di carico (RC) costituito da valvole che cambiano continuamente la loro impedenza, quindi il carico è variabile.
Questa variazione di carico fa variare la corrente che passa nell'alimentatore, questi ha una resistenza serie, quindi varia anche la tensione che l'alimentatore fornisce alla sua uscita.

Resistenza serie Alimentatore

La resistenza Rs rappresenta la resistenza parassita serie dell'alimentatore dovuta alla somma delle resistenze del primario e secondario del trasformatore, dei flussi magnetici dispersi, della resistenza anodo-catodo dei diodi rettificatori e se c'è della resistenza ohmnica della bobina di filtro.
Rc è il carico variabile costituito dalle valvole, specie le finali che assorbono molta corrente.
Il tutto si somma alla variabilità della tensione di rete.

Essendo Rc variabile, varia anche la tensione che cade ai capi di Rs, quindi varia di conseguenza la tensione ai capi di Rc.
L'alimentazione è intrinsecamente stabile quando Rs è molto bassa ed Rc è stabile.
Un caso classico di Rc instabile è costituito dagli amplificatori in classe AB che in assenza di segnale all'ingresso assorbono poca corrente, mentre l'assorbimento sale proporzionalmente alla potenza fornita con segnale in ingresso.
Un caso invece di Rc relativamente stabile si ha con gli amplificatori in classe A nei quali l'assorbimento rimane pressoché costante.


Esistono due modi per regolare una tensione su un carico.
I regolatori di tensione si dividono in regolatori serie e shunt.

Regolatore di tensione serie

Regolatore Serie: La regolazione della tensione su Rc avviene modificando la resistenza Reg posta in serie alla resistenza di carico (Rc).

In pratica quando la tensione ai capi di Rc tende ad aumentare Reg aumenta il suo valore, quindi aumenta la caduta di tensione ai suoi capi e la tensione su Rc rimane invariata.
Quando la tensione ai capi di Rc tende a diminuire Reg diminuisce il suo valore e anche in questo caso la tensione ai capi di Rc rimane costante.

Regolatore di tensione shunt

Regolatore Shunt: La regolazione della tensione su Rc avviene modificando il valore Reg in modo da aumentare o diminuire l'assorbimento, quindi di aumentare o diminuire la caduta di tensione su Rs.

Per esempio quando la tensione ai capi di Rc tende ad aumentare, la resistenza Reg diminuisce il suo valore, aumenta in questo modo la corrente che passa in Rs, quindi aumenta la caduta di tensione ai capi di Rs e la tensione su Rc rimane costante.

Ora diamo un corpo alla teoria sopra facendo degli esempi pratici di complessità crescente.
Iniziamo con il regolatore shunt che è il più facile da implementare e descrivere.

Come possiamo vedere nell'immagine sotto, all'ingresso che corrisponde con l'uscita del filtro abbiamo una tensione di 150 Volt.
Sul carico ci occorrono 90 Volt.
Impieghiamo un tubo a scarica nel gas che ha una tensione nominale di 90 Volt e il gioco è fatto.
Il tutto funziona a patto che IVr+IRc ovvero la somma delle correnti che passano nel regolatore e sul carico sia costante.
Quindi quando IRc diminuisce perché la resistenza di carico è aumentata passa più corrente nel regolatore e la tensione ai capi di Rc rimane costante.
Questo è dovuto alla caratteristica del tubo a scarica di avere ai suoi capi una tensione costante anche al variare della corrente che lo attraversa.
I limiti sono la massima corrente che può passare nel regolatore e la minima corrente di mantenimento della scarica attraverso il regolatore.
Se superiamo questi limiti il circuito non funziona più correttamente.
Detto in altre parole la variazione di corrente che attraversa Rc può essere al massimo uguale alla variazione di corrente che il tubo a scarica è in grado di gestire.

Regolatore di tensione shunt con tubo a scarica nel gas

Questo circuito così com'è viene usato unicamente per stabilizzare la tensione di alimentazioni degli stadi preamplificatori e pilota, questo per i limiti di regolazione insiti in questo componente che non è in grado di gestire grosse correnti.
Per avere un'idea dei dati reali di un regolatore a gas Vr90 guardate il datasheet.

Nello schema riportato sotto viene usato un triodo collegato come inseguitore catodico in vece di resistenza variabile per realizzare un regolatore di tensione serie.
Viene utilizzato un regolatore shunt (nella seconda foto con due tubi a scarica in serie) come riferimento di tensione, il triodo viene usato nella configurazione a inseguitore catodico, unico limite è la massima corrente e la massima potenza che può sopportare il triodo.

Regolatore di tensione con triodo Regolatore di tensione con triodo

La fluttuazione di tensione che possiamo trovare sul carico Rc è molto limitata ed è uguale alla differenza fra la tensione fra griglia e catodo prima della variazione e dopo l'aggiustamento.
In pratica da qualche decina di millivolt a qualche volt in funzione del coefficiente di amplificazione del triodo scelto.

Regolatore di tensione con triodo

In questo caso il potenziometro P1 viene usato per cambiare linearmente il potenziale di griglia a V1 in modo da realizzare uno stabilizzatore di tensione regolabile (si regola la tensione in uscita).

A questo punto prendiamo in considerazione un regolatore reazionato con amplificatore di errore, la configurazione più complessa e anche quella che da più garanzie di reiezione del rumore di alimentazione e regolazione.

Questo sotto è un alimentatore stabilizzato in cui è possibile aggiustare la corrente di uscita con un trimmer.
Viene anche in questo caso sfruttato un regolatore di tensione a gas, che funge da tensione di riferimento per la valvola triodo Tr2.
La resistenza R3 serve per garantire a VR la tensione di innesco e il condensatore C5 crea una rampa in salita all'accensione in modo che la tensione all'uscita non cresca da 0V a +Vcc in modo troppo repentino ed elimina il residuo di rumore generato da VR.
Il triodo V1 funge da valvole regolatrice serie.
Il trimmer serve per tarare lo stabilizzatore sul valore di tensione che vogliamo ottenere all'uscita.
V2 funge da amplificatore di errore.
La regolazione è tanto più precisa quanto più alto è il guadagno dello stadio amplificatore di errore.
Tuttavia non bisogna esagerare per non incorrere in fenomeni di autooscillazione.

Alimentatore stabilizzato regolabile

Ovviamente come visto in precedenza D1 e D2 sono diodi rettificatori, C1-C2 primo filtro capacitivo, L1-C3-C4 costituiscono un filtro LC passa basso.
Funziona a sommi capi in questo modo: quando Vu aumenta la griglia di V2 diventa più positiva, V2 conduce di più e la tensione sulla griglia di V1 essendo collegata sull'anodo di V2 cala.
V1 conduce di meno e il sistema si regola.
Questo circuito è un ottimo esempio di accoppiamento in continua.

Stabilizzatore a transistor

A sinistra un esempio di alimentatore per anodica a semiconduttori.
I diodi D1-D2-D3-D4 costituiscono il ponte di Graetz, i condensatori C1-C2-C3-C4 sono dei condensatori di bassa capacità atti ad attenuare il rumore di commutazione dei diodi, C5 è il condensatore di livellamanto.
TR1 è un transistor ad alta tensione che funge da regolatore per la tensione di uscita, TR2 è l'amplificatore di errore e Dz1 è il diodo zener che fornisce il riferimento in tensione.

Analizziamo il funzionamento del circuito sopra:

All'inizio il condensatore C5 è scarico e il trasformatore è sconnesso dalla rete elettrica.
Quando il tutto viene connesso alla rete elettrica il ponte di Graetz carica C5, la tensione ai capi di C5 sale ma è ancora inferiore alla tensione di Zener di Dz1.
Quindi in questo stato la base di TR2 è collegata a massa dalla resistenza R5 e non è polarizzata, quindi TR2 non conduce.
Questo vuole che la base di TR1 sia a potenziale alto, polarizzata da R2, quindi TR1 conduce e all'uscita abbiamo la stessa tensione presente ai capi di C5.
Quando la tensione di C5 e quindi la tensione di uscita di TR1 (collegato ad inseguitore di emettitore) supera la tensione di Zener, DZ1 polarizza la base di TR2 che inizia a condurre e abbassa il potenziale sulla base di TR1 che quindi passa dalla conduzione ad uno stadio intermedio, lineare fra la saturazione e l'interdizione regolando la tensione in uscita.

2 - Stabilizzatori di tensione e rendimento

Utilizzando degli stabilizzatori di qualsiasi tipo avremo sempre una notevole conversione di energia elettrica in calore, con relativi problemi di smaltimento dello stesso.
Gli stabilizzatori lineari hanno una dissipazione di energia data dalla tensione che cade ai loro capi per la corrente che li attraversa.
In linea di massima per quello che riguarda gli stabilizzatori a valvole, per svolgere al meglio il loro compito hanno bisogno di una tensione ai capi abbastanza alta, quindi la produzione di calore sarà proporzionata e il rendimento inferiore rispetto ad un apparato che non ha lo stabilizzatore.
Oltretutto a costo di una complicazione circuitale notevole.
Quindi l'impiego è da valutare attentamente.
Molte volte è meglio impiegare un filtro surdimensionato piuttosto che uno stabilizzatore.

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