cosa è l elettricità

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L elettricità nasce dalle stesse caratteristiche possedute dai materiali. in particolare la corrente elettrica e’ data dallo spostamento di cariche (elettroni) lungo un circuito elettrico. Come si vede nella figura  gli atomi che compongono tutto ciò che ci circonda, hanno un nucleo positivo (+) fatto di protoni e neutroni, attorno a cui girano gli elettroni che portano carica negativa (-). Di tali elettroni ce n’e’ uno meno legato al nucleo che può facilmente essere spostato su un altro atomo dove andrà a prendere il posto di un altro elettrone anche esso spostatosi su un altro atomo..e così via.
Cosa sposta gli elettroni? Nel nostro disegno si nota una pila come generatore di corrente (la pila genera una differenza di potenziale, (infatti su un lato si nota un ammasso di elettroni mentre sul lato opposto ce ne sono pochi, ciò crea la tendenza negli elettroni a voler ristabilire l equilibrio della distribuizione delle cariche dentro al generatore). Tale differenza di potenziale inizia la corrente degli elettroni.
Cosa possono fare gli elettroni? Gli elettroni scorrendo in vari materiali (materiali conduttori come carbone, ossidi, minerali, metalli, gas) svolgono varie azioni: possono creare calore, alterare la composizione o il comportamento di sostanze chimiche, e materiali, possono in pratica svolgere dei “lavori” molto utili.

Le unità di misura dell energia elettrica sono il Volt con cui si misura la tensione  Ai capi per esempio del generatoree l Amper con cui si misura la “portata” di corrente all interno dei conduttori.  Poi ce la potenza impiegata in un circuito elettrico che é  data dall prodotto Volt x Amper che si misura con W (watt).

Un altro insieme molto importante di “leggi” secondo cui funzionano i circuiti e’ la legge di ohm che troverete spiegata tra queste pagine.

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L elettricità nasce dalle stesse caratteristiche possedute dai materiali. in particolare la corrente elettrica e’ data dallo spostamento di cariche (elettroni) lungo un circuito elettrico. Come si vede nella figura  gli atomi che compongono tutto ciò che ci circonda, hanno un nucleo positivo (+) fatto di protoni e neutroni, attorno a cui girano gli elettroni che portano carica negativa (-). Di tali elettroni ce n’e’ uno meno legato al nucleo che può facilmente essere spostato su un altro atomo dove andrà a prendere il posto di un altro elettrone anche esso spostatosi su un altro atomo..e così via.
Cosa sposta gli elettroni? Nel nostro disegno si nota una pila come generatore di corrente (la pila genera una differenza di potenziale, (infatti su un lato si nota un ammasso di elettroni mentre sul lato opposto ce ne sono pochi, ciò crea la tendenza negli elettroni a voler ristabilire l equilibrio della distribuizione delle cariche dentro al generatore). Tale differenza di potenziale inizia la corrente degli elettroni.
Cosa possono fare gli elettroni? Gli elettroni scorrendo in vari materiali (materiali conduttori come carbone, ossidi, minerali, metalli, gas) svolgono varie azioni: possono creare calore, alterare la composizione o il comportamento di sostanze chimiche, e materiali, possono in pratica svolgere dei “lavori” molto utili.

Le unità di misura dell energia elettrica sono il Volt con cui si misura la tensione  Ai capi per esempio del generatoree l Amper con cui si misura la “portata” di corrente all interno dei conduttori.  Poi ce la potenza impiegata in un circuito elettrico che é  data dall prodotto Volt x Amper che si misura con W (watt).

Un altro insieme molto importante di “leggi” secondo cui funzionano i circuiti e’ la legge di ohm che troverete spiegata tra queste pagine.

semplice alimentatore 1-30V

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le frecce indicano il percorso della corrente e i grafici l andamento della tensione in alcuni punti del circuito..il circuito e’ quello di un piccolo alimentatore variabile a tre transistor la regolazione di tensione va da 1.4V a poco meno della tensione ai capi del primo condensatore dopo il ponte. il diodo fa da stabilizzatore (0.7V) per la tensione di riferimento. la tensione in uscita (e presente in forma ridotta sul potenziometro) viene continuamente confrontata con la tensione di riferimento..pensate a questa come a un metro per controllare l altezza di vari oggetti..da questo confronto il transistor regolatore serie sara’ comandato per erogare piu o meno corrente….se il carico richiede maggior corrente la tensione in uscita si abbassa..lo stesso accade quindi sul partitore. il transistor comparatore si accorge di questo…ovvero diminuisce la sua corrente di base quindi condurra’ di meno e richiedera’ meno corrente dalla base del transistor pilota il quale quindi avra’ una maggior corrente di base e incrementera’ la corrente che scorre tra ka base e l emettitore del transistor di controllo in serie e questo avendo tale aumento di corrente condurra’ di piu’ equilibrando la caduta di tensione sull uscita coprendo quindi la maggior richiesta di corrente da parte del carico…il comparatore ritornera’ a controllare la tensione e non apoena questa torna al valore normale riprende a limitare la corrente come prima. il contrario accade se inveece la tensione in uscita dovesse aumentare.

la R di base sul transistor pilota imposta la massima corrente erogata dall alimentatore Imax=(Vcc/R [=corrente di base]) x guadagno totale darlington …dato l elevato guadagno dei tr collegati in darlington questa sara’ comunque molto elevata e prossima alla massima corrente erogabile dal trasformatore..tranne per la resistenza offerta dal transistor al passaggio di corrente.

il gruppo resistenza+diodo può essere considerato un gruppo a parte: (generatore tensione di riferimento). la R sul diodo e’ calcolata per una corrente di 20/30 mA massimi dato che l alimentatore può erogare 30V….I=V/R
30/1000=0.03A cioè’ 30 mA. interessante notare come la corrente sulla resistenza diminuisca al diminuire della tensione di uscita comunque la tensione sul diodo rimane costante a causa della corrente che fluisce dall emettitore del transistor comparatore e proveniente dal partitore (cursore del potenziometro)…il primo transistor a destra e’ il comparatore e rimanenti 2 sono il pilota ed il finale in configurazione darlington

equipaggiato con i seguenti transistors…quelli che ho usato per prova: bc337 (comparatore e pilota) e db 235 (regolatore serie).

La polarizzazione di un transistor.

Prima di cominciare chiarisco un attimo alcuni concetti: il transistor si comporta sempre da amplificatore e non avrebbe bisogno di essere polarizzato per funzionare…pero’ tale modo di usare il transistor non e l ideale per amplificare un segnale tipo sinusoidale come lo sono i suoni o la nostra voce…perquesto si ricorre alla polarizzazione che non fa altro che sccegliere un punto di lavoro del transistor in cui egli sara’ in grado di amplificare tali segnali fino ad ampiezze prossime a quella della tensione di alimentazione dell amplificatore stesso che andremo a costruire. Tale risultato lo si ottiene portando il collettore a circa metta della tensione di alimentazione, solo cosi si sara in grado di dare la massima escursione al segnale da un valore minimo prossimo a 0V a quello max vicino alla Vcc di alimentazione. Quindi in uscita avremo un segnale che avra’ lo 0 a 6 volt se alimenteremo il circuito a 12 e le semionde negative verso lo 0 o (-) e le positive verso il (+) Vcc.

L impedenza:

L impedenza in un circuito e’ una resistenza vista dal segnale e’ importante che due circuiti che debbano essere accoppiati abbiano la stessa impedenza altrimenti non si avra’ un buon trasferimento del segnale.

Cominciamo a calcolare la polarizzaione di un transistor: si scegliera’ una impedenza di uscita che si vuole abbia il circuito…valori intorno a 50000 piu’ o meno sono normali…visto che noi costruiremo uno stadio preamplificatore ad alta impedenza. La chiamiamo Z.

La Rc (resistenza di collettore tra (+) e il collettore appunto)

Rc=Z/10

La Re (Resistenza di emettitore tra emettitore e (-))

Dobbiamo prima stabilire quanto amplifichera’ il nostro stadio amplifictore (guadagno in corrente continua che chiameremo G)

Re=Rc/G

Adesso passiamo al partitore di base che sara’ formato da due resistenze: una tra (+) e base e l altra tra base e (-) cio per stabilizzare la corrente di funzionamento del transistor.

Dovremo prima calcolare la corrente di collettore quando su tale terminale si abbia una tensione uguale a Vcc/2:

Ic=(Vcc/2) / (Rc+Re)

Ora calcoliamo la tensione a cui si trovera’ l emettitore:

Ve=Ic x Re

E da questa calcoliamo che la base dovra’ trovarsi a:

Vb= Ve+0.7

Non si tiene conto della corrente di base che fluira attraverso Re perche’ esigua rispetto alla Ic.

Ora che abbiamo Ic ci servira’ sapere quale corrente di base realizzera’ tale corrente una volta amplificata: ricorriamo all hfe o guadagno tipico del transistor.

Ib (corrente di base):

Ib=(Ic/hfe)

Rb1 (prima resistenza di base dal (+) alla base)

Rb1= (Vcc-Vb)/ Ib

Rb2 = Vb/Ib

Volendo aumentare di molto l amplificazione ac rispetto alla
Corrente continua si mette un condensatore in parallelo alla Re l ingrresso e l uscita avranno altrettanti condensatori.

Consigli sulla sicurezza

La sicurezza prima di tutto: consigli per lavorare con apparecchiature collegate alla rete elettrica domestica (220-230V)

In laboratorio abbiamo tutti un saldatore collegato alla 220…o rete. Finché i cavi sono isolati e non ci sono dispersioni di corrente va tutto bene e non si corre pericolo, a maggior ragione se il saldatore o l alimentatore sono collegati a terra. Il collegamento a terra scongiura il perucolo di prendere la scossa se ci dovesse essere qualche fuga di corrente verso punti raggiunti dall operatore. La terra é un conduttore di corrente ed esso é  sempre a 0volt. Nelle spine e nelle prese il conduttore di terra è  sempre il polo centrale e si dovrebbe diffidare ousare più prudenza nell uso di attrezzi con solo i due terminali per la tensione…senza il terminale di terra centrale.
Se il vostro laboratorio non é  provvisto di una presa di terra (oggi tutte le case dovrebbero essere dotate di impianto di terra)  ma se non lo fosse poteteutilizzare le tubature dei termosifoni per esempio…raschiando via la vernice daun pezzo di tubo dell impianto e collegando il vostro “impianto di terra a una fascetta metallica da applicare poi al tubo ripulito. Chi abita in campagna può fare un buco nel terreno e sotterrare a 40-50cm un pezzo di rete metallica zincata o metallo in sbarre da collegare al filo di terra. Ricoprite il buco e ogni tsnto…magari prima di entrare in laboratirio…annaffiate la vostra presa di terra…essa condurrà meglio in questo modo.  Attrezzi non collegati internamente a terra.. + non sempre il filo di terra..se pur presente viene usato…vuoi perche’ non ce nessuna massa metallica o non ce nessun posto dove collegarlo…questo uso improprio della terra può andar bene in attrezzi e strumenti in plastica o comunque senza nessuna parte metallica che possa venire a contatto con l utilizzatore. Ma in attrezzi metallici o con uno shassy metallico é  bene assicurarsi che la terra sia effettivamente collegata a queste parti. I saldatori oggi specie le stazzioni saldanti sono a bassa tensione ma esistono ancora saldatori che vanno con la tensione di rete , conquesti conviene controlkare col tester se esiste continuità tra il polo centrale della spina e la punta del saldatore.. Se non ce continuità sarà meglio vedere che succede…perché il conduttore di terra non é  collegato..può esserci un imterruzzione e allora occorre ripristinare il contatto….se non volete smontarlo…potete sempre applicare un conduttore di terra direttamente sulla  punta del saldatore ( vicino al manico).  un altra precauzione da prendere é  quella di avere sotto ai piedi nel punto dove si lavora un tappeto in gomma che vi isoli da terra diminuendo perciò il pericolo che la corrente attraversi il vostro corpo per dirigersi a terra.

Perché il condensatore?

I condensatori invece vengono usati perché si lascino attraversare bene dai segnali bloccando la corrente continua. Ciò é  utile perché nei circuiti occorre separare il segnale dalla corrente di alimentazzione del circuito ad esempio i componenti attivi mischiano in ingresso sia il segnale che la corrente per il loro corretto funzionamento e ciò avviene anche in uscita…pensiamo per esempio al transistor. Esso per funzionare ha bisogno di due correnti: la corrente di base e quella di collettore entrambi fornite dalla sorgente di alimentazzione (quindi corrente continua) alla corrente di base viene aggiunta attraverso un condensatore la debole corrente di un segnale. Sul collettore ci ritroviamo lo stesso segnale amplificato, sottoforma di variazzione di tensione ai capi del transistor, questa variazzione di tensione viene raccolta dal condensatore e separata quindi dalla corrente continua che alimenta il collettore…così il segnale procede verso altri stadi trasferendosi tramite i condensatori. comunque ti spiego meglio…supponi di avere due transistor e sono montati per amplificare i segnali (qui divresti cinoscere come si polarizzano i transistors) comunque hanno la polarizzazzione di base(entrata) a 1 volt…il collettore essendo essi alim a 12V sta a 6Volt…ora si capisce che qualsiasi cosa applichiamo sia all entrata come all uscita cambi i parametri di funzionamento…se applichiamo ad esempio un microfono…questo sara’visto come una resistenza..e parte della corrente continua di base fluira’atteaverso di esso..danneggiandolo magari o cumumque sballando la polaruzzazIone di base del primo tr a cui l abbiamo collegato per evitare tutto questo mettiamo il condensatore in ingresso..che separa microfono e tr ma consente il passaggio del segnale proveniente dal microfono e lo fa arrivare alla base….ora immagginiamo cosa succederebbe se collegassimo direttam il collettore del 1 transistor con la base del 2o!! Sicuramente lo danneggeremmo..perche’ non sopporta 6 volt…oppure lo manderemmo in saturazzione perche’ 6 volt e’ un segnale tanto potente da bloccarlo…anche qui ricorriamo al condensatore cosi che il potenziale di base varii solo con le variazzioni del segnale amplificato dal primo transistor. Stessa cosa sul suo collettore: altro condensatore!!

Il transistor

Ok ragazzi conosciamo il TRANSISTOR:

A chi serve il transistor?
Il transistor serve a chi vuole attivare un circuito perche esso si comporta come un interruttore.

Il transistor serve a chi ha bisogno di irrobustire o come si dice amplificare un segnale elettrico.

Il transistor serve a chi vuole creare un segnale o modificarne uno già esistente.

Come é  fatto un transistor:
il transistor é  un dispositivo che ha 3 terminali chiamati base, collettore, emettitore. Esso é  costituito da vari tipi di contenitori plastici o metallici da cui i terminali fuoriescono. Internamente a questi contenitori i tre terminali fanno capo a tre pezzetti di silicio trattati con opportuni ossidi metallici per alterarne le caratteristiche…il silicio é  più un isolante che un buon conduttore per questo il transistor si chiama anche dispositivo a semiconduttore.
I tre terminali sono saldati al silicio…la base é  in realtà il cristallo di silicio più sottile dei tre ed é  affiancato dall emettitore da un lato e dal collettore dall altro. I tre cristalli sono di due tipi diversi: a drogaggio n o a drogaggio p..per drogaggio si intendono le impurità aggiunte al silicio. Se la base e’ di tipo n, il collettore e l emettitore sono di tipo p, mentre al contrario se la base é  di tipo p, il collettore e l’ emettitore saranno di tipo n. Sappiamo già come funziona una giunzione pn o np…per lo meno chi ha letto il mio post sul diodo! Nel transistor ce un altra giunzione…a che serve?
Le giunzioni sono polarizzate una in modo diretto (cioè in modo che la corrente la attraversi facilmente, e l altra in modo inverso in modo che non conduca spontaneamente….a cosa serve una giunzione che non conduce?!
Il fatto é  che quando la prima giunzione e precisamente la base emettitore é  polarizzata direttamente la corrente che fluisce in questa giunzione…considerata nel verso reale della corrente (dal negativo al positivo e non comesi presume di solito dal positivo al negativo che é  il verso ideale o convenzionale) dicevo la corrente di emettitore generata nella prima giunzione non viene tutta catturata dalla base ma parte di essa fluisce attraverso la base è continua nel collettore   questo stabilisce un collegamento diretto tra collettore ed emettitore con unacorrente molto maggioredi quella che abbiamo fornito alla giunzione base emettitore. Però la corrente di base regola la corrente di collettore. Sul collettore a causa del verso della corrente si avrà lo stesso segnale in ingresso ma invertito di 180 gradi cioè invertito ma anche amplificato per via della maggiore corrente di collettore