fig.1

Un alimentatore può essere schemattizzato come la parte contenuta nel riquadro azzurro della fig.1.a

Possiamo scrivere :

E=r_ì I_c + R_c I_c  ;

 dove R_c è il carico, r_i la resistenza interna ed I_c la corrente.

In un alimentatore ideale risulta r_ì = 0  ed è rappresentato dalla curva 1 di fig. 1. b, un alimentatore reale è invece rappresentato dalla curva 2 di fig. 1.b.

DV = (E-Vc) / V_c rappresenta la percentualità di stabilità della tensione che in certe situazioni è necessario rendere più piccola possibile.

Talvolta è necessario cioè  ottenere una tensione stabile evitando che essa vari eccessivamente al variare sia del carico e/o  della tensione di alimentazione.

Ciò è possibile mediante opportuni circuiti di stabilizzazione.

Tali circuiti devono essere in grado, pertanto,  di stabilizzare la tensione in uscita sia quando si verificano  variazioni di carico che variazioni della tensione di alimentazione.

fig.2

Il circuito di fig.2  rappresenta una possibile soluzione del problema.

Il diodo fa passare la corrente solo quando V_i diventa maggiore o uguale a V_z e mantiene costante la tensione al valore V_z che abbiamo assunto come valore di stabilizzazione.

Se V_i è maggiore di V_z comunque vari il carico, V_C rimane sempre uguale a V_z;

Se V_i diventa minore di V_z non è più possibile stabilizzare la tensione di uscita al valore di V_z.

Qui sta il limite di questo stabilizzatore; per poter stabilizzare la tensione di uscita comunque varino il carico e la tensione di ingresso occorre utilizzare un altro tipo di stabilizzatore, come, per esempio, quello di fig.3.

fig.3

Il circuito di fig.3  rappresenta una possibile soluzione del problema non l'uso di un transistor in parallelo al carico con  V_{c =} V_z + V_BE .

Vediamo come funziona il circuito.

Supponiamo che il carico rimanga costante e che vari la tensione di alimetazione:

Se nella tensione di alimetazione si verifica un  aumento,  questo viene compensato da una aumento della caduta di tensione ai capi di R con un aumento di  I_R, un aumento di  I_B e di  I_T; poichè V_Z e  V_BE  rimangono costanti deriva che  I_C e  V_C rimangono costanti.

Un aumento di Vi non determina pertanto nessuna conseguenza sulla tensione di uscita V_C.

Analogo ragionamento può farsi se si verifica una diminuzione ( non al di sotto della V_Z) della tensione di alimentazione.

Supponiamo ora che  la tensione di alimentazione rimanga costante e che  il carico vari:

Se V_c diminuisce  V_BE diminuisce I_B ed I_T diminuiscono  I_C aumenta è ciò porta ad una aumento di V_c che si stabilizza al valore voluto.
Se V_c aumenta  V_BE aumenta I_B ed I_T aumentano  I_C diminuisce è ciò porta ad una diminuzione  di V_c che si stabilizza al valore voluto.

fig.4

Il circuito di fig.4  rappresenta un' altra possibile soluzione del problema con l'uso di un transistor in serie al carico con Vz = V_BE + V_c.

Vediamo come funziona il circuito.

Supponiamo che il carico rimanga costante e che vari la tensione di alimetazione:

Se nella tensione di alimetazione si verifica un  aumento, ciò determina un aumento della corrente che circola in  R e nel diodo Zener; il diodo zener assorbe la sovracorrente ma tiene tiene costante la tensione del punto B; la corrente Ib non varia e così la Ic e quindi la Vc.

Un aumento di Vi non determina pertanto nessuna conseguenza sulla tensione di uscita Vc.

Analogo ragionamento può farsi se si verifica una diminuzione ( non al di sotto della Vz) della tensione di alimentazione.

Supponiamo ora che  la tensione di alimentazione rimanga costante e che  il carico vari:

Se V_c diminuisce  V_BE aumenta,I_B aumenta   I_C aumenta  ; ciò porta ad un aumento di V_c che si stabilizza al valore voluto.
Se V_c aumenta  V_BE diminuisce, I_B diminuisce, I_C diminuisce è ciò porta ad una diminuzione  di V_c che si stabilizza al valore voluto.

fig.5

 Anche i circuiti  di stabilizzazione di cui alle fig.3 e fig.4  hanno delle limirtazioni  e di solito si ricorre a soluzioni più complesse utilizzando un sistema di controllo in catena chiusa, cioè un sistema che utilizzando la reazione negativa permette di mantenere la grandezza di uscita in un rapporto determinato con un valore di riferimento.

La fig.5 ci fa comprendere questo concetto:

V_c è la grandezza di uscita, il partitore R₃,R₄ rappresenta il blocco di reazione ai cui capi è applicata V_c; V_R4,  proporzionale a V_c, viene applicata alla base del T₂ (nodo di confronto) il cui emettitore è collegato al catodo del diodo Zener che mantiene fissa ai suoi capi il valore della tensione di riferimento.

All'uscita (collettore) c'è il segnale di errore che viene iniettato nella base del transistor T₁ che rappresenta il dispositivo di potenza.

Vediamo come funziona il circuito:

supponiamo costante il carico e facciamo variare in aumento o diminuzione la tensione di alimentazione.

Aumento della tensione di alimentazione:

Chi comanda è la tensione di Zener che non varia, non varia neanche V_BE2.

Da ciò consegue che Vc rimane costante.  

Diminuzione della tensione di alimentazione:

Chi comanda è la tensione di Zener che non varia, non varia neanche V_BE2.

Da ciò consegue che Vc rimane costante. 

Supponiamo ora la tensione di alimentazione costante a facciamo variare Vc.

Aumento di V_c:

Se aumenta V_c aumenta V_R4 , poichè V_z rimane costante aumenta V_BE2 e con lei I_c2  e conseguente diminuzione di I_B1; I_R2 infatti rimane costante.

Se diminuisce I_B1 diminuisce anche I_c  e quindi diminuisce V_c riportandola al valore voluto.

Diminuzione di V_c:

Se diminuisce V_c diminuisce V_R4 , poichè V_z rimane costante diminuisce V_BE2 e con lei I_c2  con conseguente aumento di I_B1; I_R2 infatti rimane costante.

Se aumenta I_B1 aumenta anche I_c  e quindi aumenta V_c riportandola al valore voluto.

Il transistor T₁ è un elemento di potenza ; il valore di H_fe dei transistori di potenza non è tanto alto ed a questo fatto corrisponde una ridotta sensibilità di regolazione.

Per aumentare H_fe possiamo sostituire il T₁ con due transistor collegati in Darlington.

Questo sistema di stabilizzazione presenta il vantaggio  rispetto agli altri su esaminati che la tensione di uscita presenta una dipendenza meno marcata dalla tensione del diodo Zener essa infatti dipende anche dal partitore.