Proseguiamo questo nostro percorso con i rudimenti dell’elettronica con due nuovi esempi che ci permetteranno di vedere come creare un moltiplicatore di tensione e di conoscere il diodo Zener di cui avevamo accennato precedentemente.
Il moltiplicatore di tensione
L’utilizzo combinato di condensatori e diodi ci permette di costruire un circuito in grado di raddoppiare la tensione in ingresso, anche se è possibile unire circuiti identici in serie per aumentarla di quanti multipli desideriamo
Nelle figure qui sotto vediamo un semplice circuito ed il suo funzionamento:
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Durante la prima semionda positiva il condensatore C1 comincia a caricarsi per cui la tensione in uscita è ridotta. Questa passa dal diodo D1 e va a caricare anche il condensatore C2. Ma cosa succede alla prima semionda negativa? Questa passerà dal diodo D2 e raggiungerà il diodo D1. I nostri 12-0,7=11,3V però andranno a sommarsi alla tensione erogata dal condensatore C1 che nel frattempo si scaricherà in quanto la tensione a monte è calata, peciò giungiamo ad un picco di circa 14V che sono superiori ai 12V di alimentazione. Poi il ciclo si ripete andando a caricare del tutto i condensatori fino a che la tensione si stabilizzerà ad un valore prossimo al doppio di quello di alimentazione, nel nostro esempio arriverà a circa 22.6V dopo circa 1 secondo. Con lo stesso principio possiamo costruire un triplicatore di tensione ma evitiamo di complicarci troppo la vita, almeno per ora. Abbiamo però visto che con soli due condensatori e due diodi abbiamo creato un circuito in grado di raddoppiare una tensione.
Qui sotto vi riporto un video di una simulazione di un duplicatore di tensione che porta la tensione 220V a circa 400V.
Il diodo Zener
Come promesso ora vediamo anche come funziona il diodo Zener di cui abbiamo accennato le scorse volte. Se ricordate, dicevamo che il diodo Zener è in grado di funzionare anche “al rovescio”. Dicevamo che un normale diodo può sopportare tensioni inverse sino ad una soglia che si chiama appunto tensione di Zener, oltre la quale il diodo si rovina e diventa conduttore. Il diodo Zener, invece, è fatto apposta per sfruttare questa caratteristica per cui raggiunta una certa tensione comincia a far passare corrente. Ogni diodo Zener avrà una sua tensione specifica a cui comincia a diventare conduttore. Ora vediamo a cosa può servire. Ricordate il raddrizzatore di tensione che abbiamo visto la scorsa volta? Non abbiamo tenuto conto in nessun modo che ci potesse essere uno sbalzo di tensione sulla linea elettrica. Se ciò accada la tensione 220V aumenta, ma aumenta anche quella fornita dal trasformatore e questo incremento potrebbe eccedere il massimo da noi progettato andando a bruciare il circuito a valle. Ebbene, il diodo Zener è l’ideale per questi casi, infatti non appena la tensione supera la tensione di Zener del diodo, questo diventa conduttore e riduce la tensione riportandola al valore di Zener.
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A sinistra lo schema, come vedete rispetto al precedente articolo ho aggiunto solamente il resistore da 120Ohm ed il diodo Zener. Quello scelto opera a 12V, inoltre per mostrarlo in funzione ho usato un trasformatore a 16V. Ora guardiamo il grafico a destra dove troviamo due tracce, quella rossa posta dopo il ponte di Graetz, e quella verde dopo lo Zener. Quando la tensione raggiunge i 12V lo Zener entra in azione e scarica la tensione in eccesso per cui anche se la tensione in stabilizzata prima dello Zener oscilla intorno ai 14.5V, dopo il diodo si attesta intorno ai 12.3-12.4V. Ma non soffermatevi sui dati numerici puri, i componenti sono stati inseriti un po’ a casaccio, solamente per mostrare come funzionano, per poter cominciare a ragionare sull’effetto che fa una modifica piuttosto che un’altra.
Gli Zener vengono usati anche per proteggere i pin dei circuiti integrati, ad esempio per impedire sovratensioni accidentali che potrebbero distruggere il circuito stesso. State certi ci saranno altre occasioni in cui li incontreremo. Bene, anche questo articolo è terminato. In soli 6 brevi articoli abbiamo trattato tutti i “componenti passivi” analizzando tutte le principali caratteristiche di ognuno. Nel prossimo appuntamento di “elettrobaby”, ci soffermeremo a parlare un po’ di nodi, rami, maglie e leggi di Kirkhhoff, argomenti un po’ più noiosi e pesanti che necessitano di maggior attenzione, ma che ci saranno utili nei successivi appuntamenti con i Transistors.
