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Circuiti elettronici ed elettrici


In questa sezione raccolgo una serie di schemi elettrici di varia utilità. Alcuni sono disegnati sfruttando swcadiii (SWitcherCad terzo) un simulatore spice della Linear Technology che potete reperire anche dalla mia pagina principale. Si tratta di un ottimo programma gratuito per disegnare schemi elettrici e poi simularne il comportamento.

Indice dei titoli





AMPLIFICATORE DI RESISTENZA

schema elettrico Si tratta di una soluzione circuitale poco nota ed usata di rado, ma se ne avete bisogno la troverete geniale. Serve ad amplificare non un segnale, come siamo abituati a pensare, ma proprio un valore di resistenza. Se vi state chiedendo quando vi potrebbe mai servire, trovate un esempio plausibile nella sezione "Considerazioni finali".
Ora osservate lo schema. La tensione all'ingresso, Vin, si trova a pilotare una resistenza equivalente ad R3 moltiplicata per un certo fattore A di amplificazione. Nello schema A vale 3,13 ed R3 vale 2200 ohm; dunque la resistenza equivalente vista da Vin vale 3,13 x 2200 = 6,9 Kohm.
Per una maggiore comodità ecco il link allo schema ingrandito ed a colori che si apre in una nuova finestra separata .
Inoltre é anche disponibile questo link allo schema elettrico completo di formule e forme d'onda in formato PDF.

FUNZIONAMENTO

La resistenza vista dall'ingresso vale
Rin = Vin/iR3
La corrente vista dall'ingresso corrisponde alla corrente che scorre in R3, la corrente di ingresso di U1 va trascurata dato che U1 ha proprio lo scopo di renderla trascurabile. Ora vediamo da cosa dipende la corrente in R3:
iR3 = (Vin - Vu) / R3 

Vu = Vin * R2 / (R1+R2)
Sostituendo Vu nella formula di iR3 e facendo qualche semplificazione avremo
iR3 = { Vin - [ Vin * R2 / (R1+R2) ] } / R3 

iR3 = Vin/R3 * [ 1 - R2 / (R1+R2) ] 
iR3 = Vin/R3 * [ R1+R2 - R2 / (R1+R2) ] 
iR3 = Vin/R3 * [ R1 / (R1+R2) ] 
Ora per ricavare Rin sostituisco iR3 e semplifico ancora
Rin = Vin/iR3 

Rin = Vin / { Vin/R3 * [ R1 / (R1+R2) ] } 
Rin = R3 * (R1+R2) / R1 
Ecco che se ora chiamo A la parte di formula comprendente R1 ed R2 ottengo la formula di questo amplificatore di resistenza:
A = (R1+R2)/R1 

Rin = R3 * A 

VERIFICA

Ho avuto modo di realizzare e verificare realmente il buon funzionamento di questo circuito. Inoltre per verificare la teoria ho usato lo SPICE ed i risultati li potete osservare in questa immagine dove ci sono le forme d'onda della tensione di ingresso Vin, della corrente in R3 e del rapporto tra le due che oscilla lievemente intorno al valore atteso di 6900 ohm.

Naturalmente ho reso disponibile anche il file dello schema in formato compresso Rampli.zip contenente il file con estensione ASC creato tramite swcadiii.

NOTE

Cose da tener sempre ben presenti:
1) In questo circuito l'amplificazione è sempre maggiore di uno, quindi posso solamente amplificare il valore di R3 e mai attenuarlo.
2) Gli amplificatori naturalmente hanno dei limiti di funzionamento che vanno rispettati. In questo esempio sono alimentati tra massa e 12 Volt e quindi se il segnale in entrata scendesse fino a massa l'amplificatore non potrebbe seguirlo introducendo quindi una distorsione.
3) Dalle forme d'onda si vede che la resistenza vista dalla tensione di ingresso non è del tutto immobile. Anche se piccolo questo errore nasce da due fattori, primo la distorsione del segnale e secondo le correnti di ingresso che abbiamo trascurato.

CONSIDERAZIONI FINALI

A cosa potrebbe servire amplificare una resistenza? Quando devo inserire una resistenza piccola in un circuito dove ho una tensione grande ne scaturisce una corrente, e dunque una potenza, elevata. Se tale resistenza fosse ad esempio un sensore di qualche grandezza fisica e non la possiamo cambiare ne sovraccaricare ecco che usando l'amplificatore di resistenza possiamo aggirare il problema.

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PUNTO LUCE INTERROTTO: Un interruttore

Ossia impianto comandado da un semplice interruttore.

Schema di un punto luce interrotto

Questo è il semplicissimo schema di collegamento necessario per comandare da un singolo punto la classica luce di uno sgabuzzino. Si compone di un interruttore, di un portalampada e dei conduttori che realizzano il circuito.

Ecco come funziona. Quando l'interruttore è aperto, interrompe il circuito elettrico e la lampada rimane spenta. Azionando l'interruttore si chiude il percorso elettrico e si accende la lampada.

Ora che abbiamo un'infarinatura di base possiamo andare oltre e vedere come sono realizzati in pratica i veri impianti di illuminazione presenti in tutte le abitazioni. Trovate tutti gli interessanti dettagli nella sezione "Realizzazione pratica reale" dei deviatori che segue qui sotto.  

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PUNTO LUCE DEVIATO. Due deviatori

Ossia impianto comandado da due deviatori. Roba da elettricisti

Schema di un punto luce deviato Si certo roba da elettricista, ma facilmente comprensibile da tutti coloro che ne sono interessati. Se necessario, potete prima vedere il semplice schema base di un punto luce interrotto.

Ecco qui a fianco lo schema elettrico di principio per il cablaggio di un punto luce comandato da due deviatori (punti di comando). Un deviatore, come intuibile, consente di deviare un percorso elettrico tra due possibili scelte.

Vediamo come funziona questo impianto.

Nella figura si vede che il circuito si trova in condizione di riposo, infatti non essendoci un percorso chiuso dalla sorgente di alimentazione (220Vac) alla lampada, questa rimane spenta. Quando aziono uno dei due deviatori (premendo il tasto e commutando il comune dal pallino nero al pallino bianco) nello schema, chiudo il circuito ed accendo la lampada. A questo punto se aziono nuovamente uno dei due deviatori, interrompo il circuito e spengo la lampada.

Notare che non ha importanza quale sia il deviatore azionato, il risultato è sempre il seguente: Lo stato della lampadina cambia tra acceso e spento.

Realizzazione pratica reale

Ora vediamo come si realizza in pratica questo impianto dato che i percorsi reali viaggiano nei pavimenti, nelle pareti e nei soffitti. Tali percorsi prendono il nome di cavedii. Un cavedio si ottiene posando un tubo plastico flessibile in una traccia realizzata nei muri. Bisogna avere l'accortezza di evitare strozzature e curve troppo strette, per non incorrere in difficoltà durante la fase di infilamento dei conduttori che normalmente si esegue dopo aver richiuso (murato) le traccie.
Esistono anche impianti con tubi rigidi o canaline a vista per evitare le opere in muratura, ma i concetti non cambiano.

Nonostante i suddetti evidenti dati di fatto, deve comunque essere realizzato lo schema di principio precedente per ottenere un impianto funzionante come quello qui sotto esemplificato.

impianto a deviatori, posa in opera reale

Normalmente i due deviatori si troveranno in due distinte cassettine portafrutto (deviatori, interruttori eccetera vengono chiamati frutti) all'inizio ed alla fine di un corridoio per esempio. Quindi ci devono essere due cavedii per portare i conduttori dai deviatori ad una cassetta di derivazione principale oppure a due cassette di derivazione minori come nella figura. Questo non ha influenza sul circuito da realizzare, cambia solo che nel primo caso avremo un cavedio in meno. Infine avremo il cavedio che arriva alla plafoniera per la lampadina.

Ora fate attenzione ai percorsi elettrici ed osservate come lo schema dell'impianto qui sopra sia elettricamente identico allo schema di principio precedente, dunque identico anche per il funzionamento. La sola differenza, per chi non lo avesse notato, sta nel fatto che in questo caso la lampadina risulta accesa.

Note finali

Intanto si preferisce interrompere il percorso della fase con i due deviatori. Naturalmente non vi sono obblighi su questa scelta ma in questo modo, quando la luce è spenta arriva solo il neutro alla plafoniera e dunque vi sono meno rischi per chi cambia le lampadine.

In questa descrizione manca il collegamento della messa a terra di sicurezza (o massa) che esula dal nostro scopo. Comunque la massa deve sempre essere prevista in ogni impianto per collegare la carcassa della plafoniera ad esempio.

Meritano infine una citazione il COLORE del rivestimento dei fili conduttori. Anche qui non ci sono obblighi ma solamente buone abitudini.

FUNZIONE COLORE DEL FILO
Messa a terra Giallo/Verde
Neutro Blu
Fase Marrone
Deviato Grigio

Naturalmente di colori ne esistono molti altri, ma quelli che conviene non cambiare mai sono i colori per i conduttori di Fase, Neutro e Massa di sicurezza o Messa a terra che dir si voglia.

Bisogna dire che una volta per la fase si usava il colore nero, ad ogni modo in un dato impianto esistente, qualora si debba intervenire, meglio mantenere preferibilmente i colori che si trovano in opera.

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PUNTO LUCE INVERTITO. Invertitore e deviatori

Ossia impianto comandado da tre punti ed oltre.

Schema di un punto invertitore

Innanzi tutto vediamo di capire che cosa sia e che cosa fa un invertitore. Tale frutto viene internamente realizzato con un doppio deviatore come visibile in figura, e quando azionato si muovono contemporaneamente entrambe le ancore mobili.

Come ci suggerisce il suo nome, quando azionato esso scambia le connessioni tra le due coppie di fili. Ad esempio nella posizione della figura sono collegati il filo A con il B ed il filo C con il D, mentre, una volta azionato si realizza il collegamento del filo A con il D e del filo C con il B invertendo appunto le connessioni.

Schema di un punto luce invertito Bene ora vediamo lo schema di questo impianto, si tratta di una variazione dello schema con due deviatori, descritto qua sopra. Qui abbiamo il nostro invertitore (indicato come INV1) aggiunto con lo scopo di scambiare i fili di collegamento tra i due deviatori. In tale il funzionamento dei deviatori rimane come prima ed inoltre anche il nuovo invertitore quando azionato ottiene il medesimo risultato ossia commutare lo stato della lampada tra acceso e spento.

Notare che, come per il punto luce deviato, si ottiene la commutazione della lampada azionando uno qualsiasi dei tre frutti (o punti) di comando indipendentemente da come fossero posizionate le ancore mobili di tutti i vari frutti al momento dell'azione.

Aumento ad oltre tre punti di comando.

Infine per aumentare il numero dei punti di comando basta aggiungere tanti invertitori quanti se ne vogliono collegandoli come INV1 in modo che azionandoli scambino i due fili.

Controindicazione

Visto che ad ogni invertitore arrivano ben quattro fili bisogna valutare quanti metri di filo si devono usare. Infatti aumentando il numero dei punti di comando certamente ad un certo punto conviene passare all'uso di pulsanti (solo due fili per ogni frutto) per comandare un solo relè bistabile che accende e spegne la lampada. Si tratta dello stesso concetto usato per le luci sulle scale dei condominii comandate da tanti pulsanti (tutti in parallelo) che azionano un relè temporizzato.  



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