REGOLATORI DI TENSIONE VARIABILE, POSITIVA E NEGATIVA

INTRODUZIONE.
In un qualunque circuito elettronico, una delle parti più importanti è lo stadio dell'alimentazione. Esite tutta una serie di regolatori di tensione per poter fornire al circuito le giuste tensioni.
I regolatori di tensione variabile più usati sono: LM317 e LM337, rispettivamente per la tensione positiva e negativa, prodotti dalla National Semiconductor: www.national.com.
Vediamo da più vicino questi componenti...

LM317: tensione positiva.
I regolatori di tipo LM317 permettono di ottenere delle tensioni positive variabili a piacimento, mediante solo due resistenze.
Inoltre esitono, sostanzialmente, due sotto-serie del circuito integrato LM317: LM317 e LM317L. La differenza riguarda la corrente che sono in grado di fornire in uscita: fino a 1,5A e fino a 100mA, rispettivamente.
Può essere utile sapere che il ripple, l'odulazione in uscita è al massimo di -80db, ovvero -10.000 volte il valore della tensione nominale. Quindi per Vout=5volt, il ripple di di soli 0,5mV!
Infine la potenza massima dissipabile è di 15W: per basse tensioni in uscita, è necessario prestare un po' di attenzione per stabilire la massima tensione in ingresso, tenendo contro della corrente che si andrà a prelevare...
Nella tabella si possono vedere le principali caratteristiche per ciascuna sotto-serie.

Il disegno posto qui sotto mostra il tipico circuito elettronico completo di un regolatore di tensione positiva fissa. E' presente anche l'elenco dei valori dei componenti consigliati.
Il diodo D1 serve per scaricare il condensatore C3 durante lo spegnimento, in modo che non venga danneggiato il circuito integrato; D2 per scaricare C4 in caso di corto circuito in uscita. C4 stabilizza la tensione di regolazione sul terminale "R".

La tensione in uscita viene stabilita mediante il valore di R2, in quanto R1=220 Ohm, come viene consigliato dalla casa costruttrice.
C'è una formula (semplificata) per determinare Vout, nota R2, tenendo conto che Vout è espresso in Volt e R2 in Ohm:

Vout= 1,25 * ( 1 + R2 / R1 )

Conoscendo invece Vout è possibile risalire al valore di R2, mediante la formula posta sotto, tenendo conto che R2 è espresso in Ohm, Vout in Volt:

R2= ( (Vout/1,25) - 1 ) * R1

Il valore di R2 calcolato, difficilmente corrisponderà ad uno standard. Così è necessario scegliere il valore standard più vicino e poi usare la prima formula e ricavare la tensione Vout con il valore standard di R2 e così si valuta di quando Vout differisce dal valore che si voleva ottenere. Per diminuire ancora di più tale scarto, è possibile variare leggermente il valore di R1, scegliendo tra 270 Ohm e 560 Ohm.
Lo scarto in percentuale può essere calcolato mediante la seguente formula:

%= 100 * (1 * (valore ideale - valore reale))

Per R1 e R2 si possono usare delle normali resistenze da 1/4 di Watt.

R1= 220 Ohm da 1/4 di Watt R2= vedere formula nel testo C1= 47-100 uF C2= 100 nF C3= 1-10uF C4= 10uF D1= 1N4007 D2= 1N4007 IC1= LM317 o LM317L NOTA: Il valore del condensatore C1 deve essere maggiore di quello di C3, per evitare di danneggiare IC1.

ESEMPIO: Si vuole ottenere una tensione di 3,3Volt. Applicando la seconda formula si ottiene R2= 360 Ohm, valore non standard, dato che i valori più vicini sono 330 Ohm e 390 Ohm. Con i due valori standard, vediamo i valori reali di tensione in uscita, che sono rispeottivamente di: 3,125V e 3,466V. Il valore degli scarti sono rispettivamente: 17,5% e 16,6%. Così appare evidente che il valore migliore è di 390 Ohm. Cambiando il valore di R1, è possibile avvicinarsi al valore di tensione richiesta.
In realtà, se

MAGGIORE CORRENTE IN USCITA.
A volte può capitare di aver bisogno di una maggiore corrente in uscita, superiore a 1,5 A, valore massimo che può fornire il circuito integrato LM317...
Questo è possibile aggiungendo un transistor PNP di potenza (per esempio 2N2905), come è possibile vedere nel disegno posto qui sotto...

R1= 220 Ohm da 1/4 di Watt R2= vedere testo R3= 22-33 Ohm, 3 W C1= 47-100 uF C2= 100 nF C3= 1-10uF C4= 10uF D1= 1N4007 D2= 1N4007 T1= Transistor PNP di potenza, per esempio, TIP42C della Fairchild o altri. IC1= LM317 o LM317L NOTA: Il valore del condensatore C1 deve essere maggiore di quello di C3, per evitare di danneggiare IC1.

REGOLATORE DI CORRENTE POSITIVA REGOLABILE.
Un uso un po' particolare del circuito integrato LM317 è quello di regolatore di corrente (variabile), usando solamente un resistore di adeguata potenza...
Fissando R1, espresso in Ohm, è possibile calcolare la corrente in uscita, in Ampere, grazie la seguente formula::

Iout= 1,25 / R1

Se invece si vuole calcolare il valore della resistenza, conoscendo la corrente Iout, si può usare la formula posta qui sotto:

R1= 1,25 / Iout

Utilizzando la formula appena vista, per un dato valore di corrente richiesto, spesso e volentieri il valore di R1 non è standard. Così bisogna usare la prima formula e si può varificare lo scarto di valore tra quello appena calcolato e quello richiesto. Lo scarto in percentuale può essere calcolato mediante la seguente formula:

%= 100 * (1 * (valore ideale - valore reale))

Inoltre è da considerare la potenza massima, espressa in Watt, che la resistenza R1 è in grado di dissipare senza danni:

Pdiss= R1 * Iout * Iout

Ottenuto il valore è necessario calcolare un valore standard pari anche a 5 volte quello ottenuto.

R1= vedere formula nel testo C1= 47-100 uF C2= 100 nF C3= 1-10uF IC1= LM317 o LM317L NOTA: Il valore del condensatore C1 deve essere maggiore di quello di C3, per evitare di danneggiare IC1.

ESEMPIO: Si vuole ottenere una corrente di 600mA= 0,5 A. Applicando la seconda formula si ottiene R1= 2,08 Ohm. Chiaramente non è un valore standard: quello che più si avvicina è 2,2 Ohm. Usando la prima formula si ottiene una corrente reale di 570mA, ovvero uno scarto di 30mA, a cui corrisponde un valore del 5%.

PIEDINATURA E CONTENITORI.
I circuiti integrati LM317 e LM317L, non solo differiscono per la diversa corrente massima in uscita, ma anche per il contenitore, invece la piedinatura rimane la stessa.
Ricordo che nell'LM317, il dissipatore metallico è collegato al piedino centrale, ovvero al segnale di uscita.

LM337: tensione negativa.
I regolatori di tipo LM317 permettono di ottenere delle tensioni positive variabili a piacimento, mediante solo due resistenze.
Inoltre esitono, sostanzialmente, due sotto-serie del circuito integrato LM317: LM317 e LM317L. La differenza riguarda la corrente che sono in grado di fornire in uscita: fino a 1,5A e fino a 100mA, rispettivamente.
Può essere utile sapere che il ripple, l'odulazione in uscita è al massimo di -80db, ovvero -10.000 volte il valore della tensione nominale. Quindi per Vout=5volt, il ripple di di soli 0,5mV!
Infine la potenza massima dissipabile è di 15W: per basse tensioni in uscita, è necessario prestare un po' di attenzione per stabilire la massima tensione in ingresso, tenendo contro della corrente che si andrà a prelevare...
Nella tabella si possono vedere le principali caratteristiche per ciascuna sotto-serie.

Il disegno posto qui sotto mostra il tipico circuito elettronico completo di un regolatore di tensione positiva fissa. E' presente anche l'elenco dei valori dei componenti consigliati.
Il diodo D1 serve per scaricare il condensatore C3 durante lo spegnimento, in modo che non venga danneggiato il circuito integrato; D2 per scaricare C4 in caso di corto circuito in uscita. C4 stabilizza la tensione di regolazione sul terminale "R".

La tensione in uscita viene stabilita mediante il valore di R2, in quanto R1=220 Ohm, come viene consigliato dalla casa costruttrice.
C'è una formula (semplificata) per determinare Vout, nota R2, tenendo conto che Vout è espresso in Volt e R2 in Ohm:

Vout= -1,25 * ( 1 + R2 / R1 )

Conoscendo invece Vout è possibile risalire al valore di R2, mediante la formula posta sotto, tenendo conto che R2 è espresso in Ohm, Vout in Volt:

R2= ( (-Vout/1,25) - 1 ) * R1

Il valore di R2 calcolato, difficilmente corrisponderà ad uno standard. Così è necessario scegliere il valore standard più vicino e poi usare la prima formula e ricavare la tensione Vout con il valore standard di R2 e così si valuta di quando Vout differisce dal valore che si voleva ottenere. Per diminuire ancora di più tale scarto, è possibile variare leggermente il valore di R1, scegliendo tra 270 Ohm e 560 Ohm.
Lo scarto in percentuale può essere calcolato mediante la seguente formula:

%= 100 * (1 * (valore ideale - valore reale))

Per R1 e R2 si possono usare delle normali resistenze da 1/4 di Watt.

R1= 220 Ohm da 1/4 di Watt R2= vedere formula nel testo C1= 47-100 uF C2= 100 nF C3= 1-10uF C4= 10uF D1= 1N4007 D2= 1N4007 IC1= LM337 o LM337L NOTA: Il valore del condensatore C1 deve essere maggiore di quello di C3, per evitare di danneggiare IC1.

REGOLATORE DI CORRENTE NEGATIVA REGOLABILE.
Un uso un po' particolare del circuito integrato LM317 è quello di regolatore di corrente variabile, usando solamente un resistore di adeguata potenza...
Fissando R1, espresso in Ohm, è possibile calcolare la corrente in uscita, in Ampere, grazie la seguente formula::

Iout= -1,25 / R1

Se invece si vuole calcolare il valore della resistenza, conoscendo la corrente Iout, si può usare la formula posta qui sotto:

R1= -1,25 / Iout

Utilizzando la formula appena vista, per un dato valore di corrente richiesto, spesso e volentieri il valore di R1 non è standard. Così bisogna usare la prima formula e si può varificare lo scarto di valore tra quello appena calcolato e quello richiesto. Lo scarto in percentuale può essere calcolato mediante la seguente formula:

%= 100 * (1 * (valore ideale - valore reale))

Inoltre è da considerare la potenza massima, espressa in Watt, che la resistenza R1 è in grado di dissipare senza danni:

Pdiss= R1 * Iout * Iout

Ottenuto il valore è necessario calcolare un valore standard pari anche a 5 volte quello ottenuto.

R1= vedere formula nel testo C1= 47-100 uF C2= 100 nF C3= 1-10uF IC1= LM337 o LM337L NOTA: Il valore del condensatore C1 deve essere maggiore di quello di C3, per evitare di danneggiare IC1.

PIEDINATURA E CONTENITORI.
Le due sotto-serie LM337 e LM337L, non solo differiscono per la diversa corrente massima in uscita, ma anche per il contenitore e per la piedinatura, cosa cui prestare molta attenzione. Qui sotto sono riportate queste importanti informazioni.
Ricordo che nell'LM337, il dissipatore metallico è collegato al piedino centrale, ovvero al segnale d'ingresso.