I circuiti integrati

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elettronica

per cominciare

di Raffaele Ilardo

L'avvento dei circuiti integrati ha senz'altro cambiato il modo di pensare, ovvero di progettare un circuito elettronico. Quando si lavora con componenti singoli, detti "discreti", ci si preoccupa di determinare per ognuno di essi le giuste condizioni di funzionamento, in termini di tensioni e correnti, e quindi di collegare un componente all'altro in modo da ottenere un corretto comportamento d'insieme. Con i circuiti integrati, invece, si ragiona a "blocchi", ovvero a funzioni logiche.
Un circuito integrato contiene al suo interno un numero elevatissimo di componenti: principalmente transistor, ma anche resistenze, diodi ed altro.

Un amplificatore operazionale u741

Naturalmente non si tratta di transistori confezionati nel loro involucro e dotati di zampe di collegamento, come quelli visti nelle lezioni precedenti; occorre infatti pensare che il cuore di un transistor non è altro che una minuscola particella di silicio (o altro materiale semiconduttore) opportunamente trattato, e che realizzando i collegamenti con procedimenti studiati al microscopio è possibile ottenere su una piastrina di pochi millimetri quadrati un circuito completo formato da migliaia di transistori.
Non è pensabile cercare di capire come funziona un circuito integrato al suo interno, anche avendone uno schema dettagliato. La complessità di alcuni di essi è infatti notevole, tra l'altro per il motivo che certi componenti, facilmente disponibili nei circuiti tradizionali (ad esempio i condensatori), non possono essere realizzati in spazi così ridotti ed allora si ricorre a circuitazioni che sostituiscono determinate funzioni a spese di un notevole aumento del numero di componenti di altro tipo, più facilmente realizzabili con quelle tecnologie.
Si faccia tuttavia attenzione a non abusare dei circuiti integrati: a volte è molto più semplice usare tre o quattro transistor, piuttosto che cercare l'integrato che svolga quella particolare funzione; inoltre, mentre lavorando con componenti discreti (cioè componenti sfusi, come quelli usati fino ad ora) si consegue una migliore comprensione, il circuito integrato si presenta come una magica scatola nera! Per concludere: usiamoli soltanto quando non se ne può fare a meno.

Gli amplificatori operazionali

Ma facciamo qualche esempio pratico: un circuito integrato molto diffuso è il cosiddetto "amplificatore operazionale". Fondamentalmente si tratta di un circuito caratterizzato da una grande sensibilità, ovvero da un elevato fattore di amplificazione. Uno dei suoi impieghi più caratteristici consiste nel confrontare due tensioni, applicate ai suoi ingressi, che sono due (uno detto invertente ed uno non invertente): in funzione di tali tensioni, l'uscita dell'amplificatore operazionale assume generalmente un valore limite, vale a dire zero o massimo.
Vedremo in seguito questi componenti in maniera più dettagliata, esaminandone qualche applicazione pratica.

I regolatori di tensione

Atri circuiti integrati sono i regolatori di tensione. Una volta, per costruire un alimentatore stabilizzato, cioè in grado di fornire in uscita una tensione ben stabile, indipendentemente dalla corrente assorbita, era necessario mettere insieme diversi componenti, realizzando uno schema più o meno complesso; adesso, con un apposito circuito integrato che ha solo 3 piedini da collegare, chiunque può costruirsi con estrema facilità un ottimo alimentatore di elevate caratteristiche. Per cominciare faremo uso proprio di un integrato appartenente alla famiglia dei regolatori di tensione, della serie L7800.

Il suo aspetto è quello che si vede in figura: ci sono solo 3 piedini di collegamento, ovvero un ingresso, un'uscita ed il collegamento di massa, che in inglese viene chiamato "ground". Il suo impiego è piuttosto semplice, e noi lo useremo in abbinamento all'alimentatore descritto nelle parti 2 e 3 di questo corso. In funzione della tensione che vogliamo ottenere in uscita, dovremo comprare un diverso integrato, come si vede nella tabella. Naturalmente, se ci occorre in uscita una tensione superiore a 9 volt, non potremo utilizzare l'alimentatore così come descritto nelle parti 2 e 3, poichè in quel caso si prevedeva una tensione di uscita di circa 12 volt, ma senza stabilizzazione. Questi circuiti integrati sono in grado di regolare perfettamente la tensione, nel senso che la abbassano con precisione al valore richiesto, ma se la tensione che ricevono in ingresso non è abbastanza alta, non possono certo funzionare. Occorre quindi utilizzare per il nostro alimentatore un trasformatore che dia sul secondario una tensione più alta, pari a circa una volta e mezzo quella di uscita. Ad esempio, per un' uscita di 12 volt, useremo l'integrato L 7812 con un trasformatore che fornisce da 15 a 18 volt; per un'uscita di 18 volt useremo l'integrato L 7818 con un trasformatore che fornisce da 24 a 27 volt, e così via. I circuiti integrati della serie L7800 sono in grado di erogare una corrente di 1 ampere; quindi per sfruttare in pieno le loro caratteristiche occorre che anche il trasformatore usato nell'alimentatore possa dare tale corrente senza surriscaldarsi. Tutti i dati necessari sono comunque riassunti nella tabella qui sotto.

tensione in uscita	sigla del circuito integrato	tensione del trasformatore	potenza del trasformatore
5 volt	L 7805	circa 7 volt	circa 8 watt
7,5 volt	L 7875	circa 10 volt	circa 12 watt
9 volt	L 7809	circa 13 volt	circa 15 watt
12 volt	L 7812	circa 15 volt	circa 20 watt
15 volt	L 7815	circa 18 volt	circa 25 watt
18 volt	L 7818	circa 24 volt	circa 30 watt
24 volt	L 7824	circa 30 volt	circa 40 watt

Lo schema illustra il modo di impiegare il circuito integrato, in unione all'alimentatore visto nelle lezioni precedenti. In pratica l'uscita dell'alimentatore arriva all'integrato, sul piedino di sinistra, mentre il piedino centrale è collegato alla massa del circuito. Sul piedino di uscita (quello di destra) sarà disponibile la tensione di uscita, perfettamente stabile, e di valore corrispondente a quella nominale dell'integrato (in figura è stato scelto, come esempio, un regolatore per 12 volt di uscita). Se intendete far funzionare il circuito alla massima potenza e per tempi lunghi è consigliabile provvedere al raffreddamento del circuito integrato; esso è infatti dotato di un apposito foro che permette di fissarlo, tramite vite con dado, su una piastrina metallica, di alluminio o di rame, atta a dissipare il calore. Fate attenzione che tale piastrina non vada a toccare i piedini dell'integrato stesso nè altre parti del circuito, perchè potrebbe creare contatti accidentali e causare danni a qualche componente.

email: raffaeleilardo@libero.it
(per favore non inviate email con allegati: per motivi di sicurezza esse vengono automaticamente cestinate)

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