Riprendiamo ancora lo studio del circuito BJT + lampadina con le varianti mostrate in figura:
I valori sono Rp = 150 Ohm, RB = 2200 Ohm, Vcc=12V. La lampadina ha una resistenza equivalente di 24 Ohm. Ipotizziamo per il BJT il solito valore ß = 100.
Rp è un resistore variabile (detto anche trimmer o potenziometro), cioè un resistore il cui valore ohmmico (misurato fra uno degli estremi e il terminale centrale, indicato con una freccia) può essere variato agendo su una vite di regolazione, da un minimo di 0 Ohm a un massimo di 150 Ohm. In pratica agendo sulla vita si sposta la posizione del terminale centrale mobile.
Studiamo dapprima il circuito nel caso in cui Rp sia regolata sul suo valore minimo,come in figura:
In questo caso evidentemente la giunzione base-emettitore non è polarizzata (tensione zero) e dunque il BJT lavora in zona di interdizione.
Di conseguenza tutte le tensioni e tutte le correnti sono nulle. La lampadina è spenta.
Consideriamo adesso il caso opposto, quello cioè in cui Rp raggiunga il suo valore massimi, 150 Ohm:
In questa condizione il terminale centrale è collegato allo stesso potenziale della tensione di alimentazione Vcc = 12 V.
A questo punto possiamo calcolare la corrente di base Ib con la solita formula:
Calcoliamo quindi la corrente di collettore::
Ic = ß Ib = 100 x 5,2 m = 520 mA
In base al valore precedente, la tensione ai capi della lampadina è:
Vlamp = 24 x 520m = 12,48 V
Si noti che questa tensione risulta leggermente superiore alla tensione di alimentazione. Questo significa che, se Rp è regolata al suo massimo valore, il BJT è in saturazione.
In pratica, in queste condizioni, la tensione e la corrente sulla lampadina sono massime (la tensione è quasi uguale a 12V meno la piccola tensione Vce del BJT in saturazione; la corrente è quasi uguale alla corrente massima nella lampadina, 500mA) e la lampadina risulta completamente accesa.
Si noti che in zona di saturazione il calcolo della corrente Ic in base alla Ib attraverso il ß (Ic = ß Ib) non fornisce valori validi! In zona di saturazione non vale più la proporzionalità diretta fra corrente di collettore e corrente di base.
Cosa accadrà dunque se Rp viene regolata su un valore intermedio compreso fra 0 e 150 Ohm? Non è difficile vedere che in tale caso la corrente Ib, la corrente Ic e la tensione sulla lampadina assumeranno valori minori di quelli ricavati nel caso 2.
I valori effettivamente assunti dipenderanno dal valore di Rp. Se per esempio Rp viene regolato sulla metà (75 Ohm), la lampadina si illuminerà con una tensione circa uguale alla metà del valore massimo. In altre parole: maggiore è il valore di Rp, maggiore è la tensione sulla lampadina (in modo proporzionale) e maggiore è dunque la luminosità della lampadina stessa.
In pratica abbiamo così realizzato un regolatore lineare: tramite la resistenza variabile Rp regoliamo la tensione presente sull'utilizzatore (la lampadina). Il BJT funziona "prevalentemente" in zona lineare (tranne i casi estremi: per valori di Rp molto bassi è in interdizione; per valori di Rp alti è invece in saturazione).
Naturalmente sarebbe possibile regolare la tensione su una lampadina in modo più semplice, collegando una resistenza variabile in serie alla lampadina stessa.
Tuttavia tale circuito di regolazione presenterebbe alcuni importanti svantaggi:
- la regolazione non sarebbe lineare, nel senso che a uguali incrementi/decrementi del valore della resistenza di regolazione non corrisponderebbero uguali incrementi/decrementi della tensione sulla lampadina;
- la resistenza di regolazione sarebbe attraversata dalla stessa corrente che attraversa la lampadina: questa corrente è piuttosto elevata (ß volte più elevata di Ib) e dunque si avrebbe un'inutile dissipazione di potenza sulla resistenza variabile (a differenza di quanto accade nel circuito regolatore con BJT, dove la resistenza di regolazione Rp è attraversata da una corrente molto minore di Ic).
Per migliorare l'efficienza energetica del circuito, conviene usare un transistor con ß elevato, in modo tale che a parità di corrente nell'utilizzatore (la lampadina) sia necessaria una minore corrente di regolazione.
Osserviamo infine che il valore di Rp è stato scelto apparentemente in modo arbitrario, ovvero quasiasi valore sarebbe andato ugualmente bene. In realtà per assicurare la linearità della regolazione (cioè per fare in modo che a eguali spostamenti della vite di regolazione del trimmer corrispondano uguali incrementi/decrementi della tensione sulla lampadina) bisogna che la corrente su Rp sia molto maggiore della corrente di base in Rb, in modo tale che la corrente assorbita dal BJT in base non influenzi il valore di corrente nel trimmer. Questa è la ragione per cui è stato scelto per Rp un valore di 150 Ohm, molto minore di quello della resistenza Rb (2200 Ohm).
Sito realizzato in base al
template offerto da
http://www.graphixmania.it
