Premessa
L’alimentatore stabilizzato è un dispositivo elettronico in grado di fornire a un carico una tensione costante, indipendentemente dalle variazioni della rete di alimentazione e dalle condizioni di carico. Il progetto presentato, pur nella sua apparente semplicità costruttiva, consente di ottenere una tensione estremamente stabile, associata a un bassissimo livello di ondulazione residua (ripple). Il ripple rappresenta uno dei parametri fondamentali nella valutazione della qualità di un alimentatore: esso è costituito dalla componente alternata residua presente sulla tensione continua in uscita, derivante dalla rettifica della tensione di rete e dal successivo livellamento tramite condensatori di filtro. Tale componente si manifesta come una piccola oscillazione sovrapposta alla tensione continua. Nella maggior parte delle applicazioni generiche, il ripple risulta trascurabile; tuttavia, in ambiti più sensibili, un valore elevato può introdurre disturbi significativi, compromettendo le prestazioni del dispositivo alimentato. Per questo motivo, gli alimentatori lineari di qualità, tipicamente impiegati in ambito laboratoriale, garantiscono valori di ripple estremamente contenuti, spesso dell’ordine di pochi millivolt su tutto il range operativo. Mediante opportune configurazioni circuitali è possibile ottenere elevati livelli di reiezione del ripple (fino a circa 80 dB), corrispondenti a una riduzione della componente residua anche di 10.000 volte. Nonostante ciò, negli ultimi decenni si è diffuso ampiamente l’impiego degli alimentatori a commutazione (switching), principalmente per ragioni di efficienza, ingombro e costo. Nei paragrafi seguenti verranno analizzati vantaggi e svantaggi delle due tecnologie.
Alimentatori lineari e switching: analisi comparativa
Uno dei principali motivi che porta a preferire un alimentatore lineare risiede nella sua elevata “pulizia” elettrica. Gli alimentatori switching, infatti, sono spesso caratterizzati dalla presenza di ripple più elevato e da componenti spurie ad alta frequenza, che possono interferire con il funzionamento di apparecchiature sensibili. Per questo motivo, gli alimentatori da laboratorio di fascia alta adottano prevalentemente soluzioni lineari, garantendo livelli di ondulazione residua estremamente ridotti (pochi millivolt). Negli alimentatori a commutazione, il ripple tipico si colloca generalmente tra 20 mV e 50 mV picco-picco, valori comunque accettabili nella maggior parte delle applicazioni.
L’impiego di alimentatori lineari risulta quindi particolarmente indicato in ambiti quali:
- amplificatori audio
- strumenti di misura
- apparecchiature elettromedicali
- sistemi di rilevazione a bassa intensità di segnale
In questi contesti, la presenza di disturbi impulsivi o ad alta frequenza può compromettere in modo significativo il funzionamento del sistema.
Gli alimentatori switching, d’altra parte, presentano indubbi vantaggi:
- maggiore efficienza (tipicamente 80–90%)
- minore ingombro e peso
- ridotta dissipazione termica
A fronte di questi vantaggi, essi risultano però più complessi dal punto di vista circuitale rispetto agli alimentatori lineari, il cui rendimento si attesta generalmente tra il 40% e il 50%.
La scelta tra le due tecnologie deve quindi essere effettuata in funzione delle specifiche esigenze applicative.
Vantaggi e svantaggi degli alimentatori lineari
Svantaggi:
- maggiore peso, dovuto alla presenza del trasformatore
- maggiore dissipazione di calore
- rendimento inferiore rispetto agli switching
- costo generalmente più elevato
Vantaggi:
- semplicità circuitale
- bassissima emissione di disturbi elettromagnetici
- ripple estremamente contenuto
Descrizione del circuito
Il cuore del circuito è il regolatore integrato LM723, che, rispetto ai classici regolatori a tre terminali della serie 78xx, richiede una circuitazione di supporto più articolata. Poiché l’LM723 è in grado di erogare una corrente massima di circa 150 mA, è necessario utilizzare uno stadio di potenza esterno. Nel progetto in esame è stato impiegato un transistor Darlington 3055T come pilota, che a sua volta controlla due transistor finali 2N3055 collegati in parallelo. La configurazione parallela consente di suddividere la corrente erogata tra più dispositivi, permettendo di raggiungere correnti elevate (fino a 10 A nel caso specifico). Per garantire una corretta ripartizione della corrente, vengono utilizzate resistenze di bilanciamento da 0,1 Ω (R2 e R3) sugli emettitori. Questo accorgimento è fondamentale per compensare le differenze di guadagno (hFE) tra i transistor, evitando fenomeni di sovraccarico e instabilità termica. Il trimmer R9 (1 kΩ) consente la regolazione fine della tensione di uscita, fissata a 13,8 V. La robustezza del circuito è ulteriormente migliorata mediante il sovradimensionamento del ponte raddrizzatore e della capacità di filtraggio, contribuendo anche alla riduzione del ripple.
Note pratiche e di montaggio
Per il corretto funzionamento è richiesto un trasformatore da circa 150 VA, in grado di fornire una tensione a vuoto di 18 V. I collegamenti tra trasformatore e scheda devono essere realizzati con cavi di sezione adeguata (almeno 2,5 mm²) e di lunghezza contenuta.
⚠️ Attenzione: le operazioni di cablaggio devono essere eseguite esclusivamente da personale esperto. Errori di collegamento possono causare danni al dispositivo e rappresentare un rischio per la sicurezza.
Per applicazioni in ambito radioamatoriale, si consiglia:
- l’uso di nuclei in ferrite sui cavi
- l’aggiunta di condensatori ceramici da 100 nF sull’uscita
Questi accorgimenti migliorano l’immunità ai disturbi RF.
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