edutecnica


Partitore di tensione        

Il partitore di tensione è una disposizione circuitale che si presenta con una certa frequenza nei circuiti elettronici.

partitore di tensione

Nel caso più semplice è formata da due resistenze in serie, alimentate da una batteria (E) sempre in serie alle stesse. Nel partitore di tensione, interessa rilevare la tensione parziale ai capi di una delle resistenze. Una possibile disposizione è la seguente:

    

In un partitore di tensione, il rapporto tra la tensione ai capi di una resistenza e la tensione totale è uguale al rapporto tra la resistenza interessata e la somma delle due resistenze.

Partitore di corrente               

Questa situazione si presenta spesso nei circuiti elettrici. Nel caso più semplice è formata da due resistenze in parallelo, alimentate da una corrente totale i, di cui interessa rilevare la corrente parziale che scorre in una resistenza

partitore di corrente

    

Le formule scritte possono essere giustificate se ci ricordiamo che la tensione esistente ai capi di ogni singola resistenza del parallelo è uguale alla tensione ai capi della resistenza equivalente all'intero parallelo, perchè in tutti i casi è uguale alla differenza di potenziale tra coppia di nodi AB ai capi dei quali è formato il parallelo.

     con    

come si vede dal disegno è possibile costruire il partitore di corrente, mettendo in parallelo due resistenze ed un generatore di tensione.

In un partitore di corrente, il rapporto tra la corrente che scorre in una resistenza e la corrente totale è uguale al rapporto tra l'altra resistenza e la somma delle due.

Bread-Board                     

La bread-board è un'attrezzatura affidabile e molto comoda per realizzare montaggi elettronici, senza saldature, di circuiti anche complessi nella figura seguente è schematizzata una bread-board tipica

Si tratta di una basetta con una scanalatura mediana e di una serie di fori con un'orditura a righe e a colonne distanziati di un passo standard di un decimo di pollice=2,54mm tipico dei terminali dei circuiti integrati.

I cinque fori di ogni colonna sono internamente collegati tra loro tramite una sbarretta metallica, ma sono isolati dai fori delle colonne adiacenti e da quelli della colonna simmetrica rispetta alla scanalatura. In questo modo è possibile inserire componenti elettronici a cavallo della scanalatura mantenendo i terminali isolati tra loro; per ogni terminale, rimangono disponibili quattro fori per i collegamenti con gli altri componenti del circuito.

Lungo il lato superiore e quello inferiore della basetta ci sono due file di fori raggruppati per cinque. i fori di ciascuna fila sono collegati tra loro, ma non con i fori dell'altra fila.
Di solito la prima fila superiore costituisce la linea di alimentazione mentre l'ultima inferiore costituisce la linea di massa.

Le dimensioni dei fori sono adatte all'inserimento dei terminali ( reofori ) dei componenti più comuni e il dispositivo garantisce un ottimo fissaggio meccanico. I collegamenti tra i fori vanno fatti con un filo rigido di 0,5mm di diametro.

Costruire un partitore di tensione è molto semplice usando la breadboard, se siamo pigri possiamo usare Tinkercad™ (AutoDesk©).

Nel circuito assemblato è presente una batteria a bottone di valore E=3V una resistenza R1=10kΩ ed una resistenza R2=20kΩ ; il simulatore mette anche a disposizione anche il multimetro digitale col quale possiamo misurare la tensione ai capi della resistenza R2. Il circuito ideale sarebbe il seguente

applicando la formula del partitore di tensione si ottiene    

Resistenze variabili                     

Per poter effettuare la regolazione, o la messa a punto di tensioni oppure di correnti si possono usare delle resistenze variabili, che abbiano cioè, un valore ohmico che possa essere modificato entro certi limiti, agendo manualmente dall'esterno.
Esse sono munite di un cursore mobile per determinare il valore ohmico desiderato. Queste resistenze si presentano con tre terminali, due dei quali sono gli estremi ed il terzo coincide col cursore come si vede dal disegno. Per effettuare la regolazione le resistenze variabili possono essere connesse al circuito secondo due collegamenti e precisamente a reostato e a potenziometro.

I due usi fondamentali per le resistenze variabili sono la divisione di tensione e il controllo della corrente.
● La resistenza variabile usata per dividere la tensione è chiamata potenziometro.
● La resistenza variabile usata per controllare la corrente è chiamato reostato.
I simboli schematici usati per questi tipi di resistenza è mostrato nella figura.

Il potenziometro è un dispositivo a tre terminali. I terminali A e B hanno una resistenza fissa tra loro, che è resistenza totale. il terminale C è collegato a un contatto mobile chiamato cursore (wiper=tergicristallo). È possibile variare la resistenza tra C ed A o tra C e B spostando il contatto verso l'alto o verso il basso

Regolazione a reostato                     

Nella connessione a reostato la resistenza variabile viene collegata in serie al carico RL e fatta funzionare tra un terminale fisso ed il cursore lo spostamento del cursore verso destra produrrà una variazione della resistenza da 0 fino ad un massimo, ottenendo gradualmente una riduzione della corrente e della tensione ai capi del carico, si ha infatti

      I valori limite che si ottengo sono:

● a reostato escluso    

● a reostato totalmente inserito

Il campo di variabilità della i, mette in evidenza come il reostato possa essere usato come controllore di corrente; inoltre si nota come la regolazione a reostato non consente l'annullamento della corrente, perché sarebbe richiesta una resistenza infinita.

Costruire un partitore di tensione con il reostato è piuttosto semplice; immaginiamo di voler assemblare il seguente circuito costituito dalla solita batteria E=3V con un reostato variabile R1=0÷10kΩ ed R2=10kΩ

se posizioniamo il cursore del potenziometro a metà della sua corsa dovremo imporre una R1=10kΩ

dopo aver avviato la simulazione (col pulsante "simulate") in ragione della formula

otteniamo 2V; mentre col cursore e fine corsa a fine corsa R1=10KΩ → V=1,5V; col cursore ad inizio corsa si ha R1=0 → V=3V.
I vari posizionamenti del cursore nel simulatore confermano la formula.

Se siamo riusciti a costruire un partitore di tensione dovrebbe essere possibile fabbricare anche un partitore di corrente; stavolta usiamo una batteria E=1,5V (quelle del supermercato) usiamo un reostato R1=0÷12kΩ mentre R2=10kΩ fissa; lo schema è il seguente

poniamo il cursore del reostato a metà della corsa, in modo da imporre R1=6&kΩ ; la corrente totale sarà

 

Regolazione a potenziometro                     

Nel collegamento a potenziometro la resistenza variabile viene collegata al generatore tramite i terminali fissi estremi, mentre il carico viene connesso tra un terminale fisso ed il cursore.

Ipotizziamo inizialmente che il carico RL non sia collegato . Se indichiamo con R la resistenza dell'intero bipolo e con r la parte inferiore delimitata dal cursore, possiamo scrivere

Modificando la posizione del cursore , variando perciò il valore di r e conseguentemente il rapporto `r/R` si ottiene la regolazione della tensione V.
I valori limite di questa operazione sono:

● col cursore all'estremo inferiore :     

● col cursore all'estremo superiore :    

Durante la regolazione, la corrente fornita dal generatore non cambia , e ciò rappresenta una dissipazione costante, caratteristica appunto di questo tipo di circuito.

Le considerazioni fatte in assenza del carico possono essere ritenute sufficientemente valide anche in presenza di carico, a condizione che il valore di RL sia molto maggiore di quello del tratto delimitato dal cursore, dato che RL si colloca in parallelo ad r. In caso contrario il valore di V fornito dalla formula non è più accettabile e comunque la regolazione che ne risulta non è più lineare. In altri termini, la regolazione a potenziometro è efficace se la corrente erogata verso il carico risulta sensibilmente minore di quella assorbita dalla resistenza di regolazione R.

Il ponte di Wheatstone                     

Il ponte di Wheatstone è una particolare rete elettrica dotata di tre potenziometri usata per valutare una resistenza di valore sconosciuto.

E' formato da un quadrilatero resistivo in cui tre resistenze variabili R1 R2 ed R3 sono note e l'ultima R4 rappresenta la resistenza incognita di cui si vuole determinare il valore incognito.

Una diagonale del ponte , MN è collegata alla sorgente di alimentazione (E), all'altra PQ è connesso uno srumento rivelatore dello zero, tipicamente un amperometro.

Dando alimentazione al ponte, per una situazione casuale delle resistenze variabili , lo strumento indicherà il passaggio di una certa corrente dipendente dalla differenza di potenziale sulla diagonale PQ; si può allora intervenire modificando il valore delle resistenze variabili, in modo da ridurre l'indicazione dello strumento a zero; in tale situazione il ponte si dice in equilibrio.

Raggiunta questa situazione, si possono fare alcune considerazioni:

● la corrente nel ramo indicatore è nulla ne consegue che

    (✘)

● la differenza di potenziale tra P e Q è nulla, cioè P è allo stesso potenziale di Q di conseguenza

   dividiamo membro a membro       tenendo presenti le (✘) si ricava

in pratica si procede con l'azzeramento del ponte e con il rilevamento dei valori assunti dalle tre resistenze variabili per poi applicare la formula finale che ci permette di dedurre il valore della resistenza incognita