Da In questa lezione cercheremo di capire cosa succede quando un
transistor si trova a pilotare un carico di potenza non trascurabile.
Il transistor come amplificatore di segnale
Il transistor, impiegato come amplificatore di segnale, genera in
uscita una tensione che riproduce, amplificata, quella in ingresso. Lo
fa controllando la corrente che scorre nel collettore e nella
resistenza ad esso collegata, che è in genere almeno di qualche
migliaio di ohm. La corrente che passa è quindi comunque piccola e non
crea problemi per quanto riguarda la potenza che il transistor può
sopportare.
Il transistor nel controllo di potenza
Altra cosa è il transistor impiegato per pilotare un carico
caratterizzato da una bassa resistenza, come potrebbe essere una
lampadina di cui si vuole regolare la luminosità. Analizzeremo adesso
alcuni casi e faremo due conti, per meglio capire come vanno le cose.
Consideriamo uno stadio come quello in figura, alimentato a 12 volt,
dove un transistor comanda sul collettore una lampadina da 12 volt e
della potenza di 6 watt.
Primo caso: la tensione sulla base del transistor è nulla o
molto bassa, per cui il transistor non conduce e la tensione di
alimentazione si trova quasi tutta ai suoi capi (come indica il tester
in figura). La lampada è spenta. La potenza dissipata dal transistor,
ottenuta moltiplicando la tensione ai suoi capi per la corrente che lo
attraversa è praticamente nulla, perchè in queste condizioni passa una
corrente debolissima (milionesimi di ampere).
Secondo caso: la tensione sulla base del transistor è
tale da portarlo in completa conduzione. La lampada è completamente
accesa e la tensione di alimentazione è presente quasi tutta ai suoi
capi. La tensione ai capi del transistor è molto bassa, pari a circa
0,6 volt. La corrente che attraversa il transistor è quella che
attraversa la lampada, e cioè 0,5 ampere.
La potenza dissipata dal transistor è quindi 0,6 x 0,5 = 0,3 watt. Si
tratta di una potenza piuttosto bassa, ma che è già al limite di quella
che può essere sopportata da transistori come i BC107, BC108, BC109 e
simili (la cui potenza massima è proprio di 0,3 w).
Terzo caso: la tensione sulla base ha un valore intermedio,
per cui la lampada è accesa a metà. In questo caso la tensione di
alimentazione si dividerà fra la lampada ed il transistor, in
percentuali diverse da caso a caso. Supponiamo che dei 12 volt totali,
siano presenti 7 volt sulla lampada e 5 volt sul transistor, e che
passi una corrente di 0,25 ampere. La potenza dissipata dal transistor
diventa 5 x 0,25 = 1,25 watt. Tale potenza richiederebbe già l'impiego
di transistori relativamente robusti e adeguatamente raffreddati,
quelli che vengono definiti "transistori di potenza". Bisogna pensare
che stiamo parlando di pilotare una lampada di soli 6 W. Se al suo
posto ce ne fosse stata una da 60 W, in analoghe condizioni il
transistor si sarebbe trovato a dover dissipare una potenza di 12 w e
oltre.
La tecnica ad impulsi
Come abbiamo visto analizzando i tre
casi precedenti, controllare un carico di potenza regolando
gradualmente la corrente che passa nella base e quindi nel collettore
del transistor, risulta poco consigliabile: c'è infatti un notevole
spreco di potenza che porta tra l'altro a surriscaldare il transistor,
col rischio di distruggerlo.
Una
soluzione è quella del funzionamento in regime impulsivo. Considerando
che i casi in cui il transistor è meno sollecitato si verificano quando
la lampadina è tutta accesa o tutta spenta, noi faremo lavorare il
transistor sempre in tali condizioni, senza mai riccorrere a situazioni
intermedie. Ma come si può allora fare in modo che la lampadina si
accenda di più o di meno? Semplicemente accendendola e spegnendola
tantissime volte in sequenza, a intervalli così vicini che la luce
sembri sempre accesa. Se i tempi in cui la lampada è spenta saranno più
lunghi di quelli in cui è accesa, la luce media sarà più bassa, e così
via. Nella figura vediamo un esempio del tipo di impulsi che devono
arrivare sulla base del transistor per ottenere la regolazione della
luce: notiamo che gli impulsi si susseguono sempre con la stessa
frequenza (cioè alla stessa distanza); quello che cambia è la lunghezza
del periodo di tempo in cui ogni impulso si mantiene a livello alto
(cui corrisponde la lampada accesa).
Vedremo in una prossima lezione come produrre tali impulsi.
transistor si trova a pilotare un carico di potenza non trascurabile.
Il transistor come amplificatore di segnale
Il transistor, impiegato come amplificatore di segnale, genera in
uscita una tensione che riproduce, amplificata, quella in ingresso. Lo
fa controllando la corrente che scorre nel collettore e nella
resistenza ad esso collegata, che è in genere almeno di qualche
migliaio di ohm. La corrente che passa è quindi comunque piccola e non
crea problemi per quanto riguarda la potenza che il transistor può
sopportare.
Il transistor nel controllo di potenza
Altra cosa è il transistor impiegato per pilotare un carico
caratterizzato da una bassa resistenza, come potrebbe essere una
lampadina di cui si vuole regolare la luminosità. Analizzeremo adesso
alcuni casi e faremo due conti, per meglio capire come vanno le cose.
Consideriamo uno stadio come quello in figura, alimentato a 12 volt,
dove un transistor comanda sul collettore una lampadina da 12 volt e
della potenza di 6 watt.
Primo caso: la tensione sulla base del transistor è nulla o
molto bassa, per cui il transistor non conduce e la tensione di
alimentazione si trova quasi tutta ai suoi capi (come indica il tester
in figura). La lampada è spenta. La potenza dissipata dal transistor,
ottenuta moltiplicando la tensione ai suoi capi per la corrente che lo
attraversa è praticamente nulla, perchè in queste condizioni passa una
corrente debolissima (milionesimi di ampere).
Secondo caso: la tensione sulla base del transistor è
tale da portarlo in completa conduzione. La lampada è completamente
accesa e la tensione di alimentazione è presente quasi tutta ai suoi
capi. La tensione ai capi del transistor è molto bassa, pari a circa
0,6 volt. La corrente che attraversa il transistor è quella che
attraversa la lampada, e cioè 0,5 ampere.
La potenza dissipata dal transistor è quindi 0,6 x 0,5 = 0,3 watt. Si
tratta di una potenza piuttosto bassa, ma che è già al limite di quella
che può essere sopportata da transistori come i BC107, BC108, BC109 e
simili (la cui potenza massima è proprio di 0,3 w).
Terzo caso: la tensione sulla base ha un valore intermedio,
per cui la lampada è accesa a metà. In questo caso la tensione di
alimentazione si dividerà fra la lampada ed il transistor, in
percentuali diverse da caso a caso. Supponiamo che dei 12 volt totali,
siano presenti 7 volt sulla lampada e 5 volt sul transistor, e che
passi una corrente di 0,25 ampere. La potenza dissipata dal transistor
diventa 5 x 0,25 = 1,25 watt. Tale potenza richiederebbe già l'impiego
di transistori relativamente robusti e adeguatamente raffreddati,
quelli che vengono definiti "transistori di potenza". Bisogna pensare
che stiamo parlando di pilotare una lampada di soli 6 W. Se al suo
posto ce ne fosse stata una da 60 W, in analoghe condizioni il
transistor si sarebbe trovato a dover dissipare una potenza di 12 w e
oltre.
La tecnica ad impulsi
Come abbiamo visto analizzando i tre
casi precedenti, controllare un carico di potenza regolando
gradualmente la corrente che passa nella base e quindi nel collettore
del transistor, risulta poco consigliabile: c'è infatti un notevole
spreco di potenza che porta tra l'altro a surriscaldare il transistor,
col rischio di distruggerlo.
Unasoluzione è quella del funzionamento in regime impulsivo. Considerando
che i casi in cui il transistor è meno sollecitato si verificano quando
la lampadina è tutta accesa o tutta spenta, noi faremo lavorare il
transistor sempre in tali condizioni, senza mai riccorrere a situazioni
intermedie. Ma come si può allora fare in modo che la lampadina si
accenda di più o di meno? Semplicemente accendendola e spegnendola
tantissime volte in sequenza, a intervalli così vicini che la luce
sembri sempre accesa. Se i tempi in cui la lampada è spenta saranno più
lunghi di quelli in cui è accesa, la luce media sarà più bassa, e così
via. Nella figura vediamo un esempio del tipo di impulsi che devono
arrivare sulla base del transistor per ottenere la regolazione della
luce: notiamo che gli impulsi si susseguono sempre con la stessa
frequenza (cioè alla stessa distanza); quello che cambia è la lunghezza
del periodo di tempo in cui ogni impulso si mantiene a livello alto
(cui corrisponde la lampada accesa).
Vedremo in una prossima lezione come produrre tali impulsi.
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