I circuiti elettronici semplici sono alla base della comprensione dell’elettronica e permettono agli appassionati e agli studenti di iniziare il loro percorso nel mondo dei circuiti. Approfondire la conoscenza dei principi fondamentali dei circuiti elettronici rappresenta un passo essenziale per chi intende studiare o lavorare nel campo dell’elettronica e dell’ingegneria elettrica.
In questo articolo verranno esplorate alcune tipologie di circuiti elettronici semplici che possono essere realizzati facilmente anche da principianti, utilizzando componenti di base come resistori, condensatori e trasistori. Si procederà anche ad illustrare le funzioni svolte da questi circuiti, spiegando i concetti dietro al loro funzionamento e fornendo esempi pratici di applicazioni utili e interessanti.
Concetti Fondamentali Dei Circuiti Elettronici
Tensione, Corrente e Resistenza
La tensione è la differenza di potenziale elettrico tra due punti in un circuito. Viene misurata in volt (V). La corrente rappresenta il flusso di carica elettrica nel circuito e si misura in ampere (A). La resistenza è la proprietà dei materiali che si oppongono al passaggio della corrente elettrica, ed è misurata in ohm (Ω).
I tre concetti sono tra loro collegati attraverso la Legge di Ohm, che stabilisce una relazione matematica molto importante nel campo dell’elettronica.
Legge di Ohm
La Legge di Ohm stabilisce che la corrente che scorre in un conduttore tra due punti è direttamente proporzionale alla tensione tra i due punti e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore. In formula:
V = I * R
Dove:
- V è la tensione (in volt)
- I è la corrente (in ampere)
- R è la resistenza (in ohm)
Questa legge costituisce la base teorica per la progettazione e analisi dei circuiti elettronici.
Realtà dei Componenti Elettronici
Nella pratica, i componenti elettronici non sono sempre ideali e possono presentare discrepanze rispetto alle loro specifiche teoriche. Ad esempio, una resistenza potrebbe avere un valore leggermente diverso da quello indicato sul suo corpo, o un condensatore potrebbe accumulare un minimo di carica residua anche dopo essere stato scaricato completamente.
È importante prendere in considerazione queste variazioni e tolleranze dei componenti nella progettazione di un circuito elettronico semplice, in modo da garantire il corretto funzionamento del circuito stesso e ridurre il rischio di malfunzionamenti.
Componenti Base Dei Circuiti Elettronici Semplici
I circuiti elettronici semplici sono costituiti da componenti base che ne determinano il funzionamento. Nei paragrafi seguenti, esamineremo i componenti fondamentali: Resistori, Condensatori, Diodi e Transistor.
Resistori
I resistori sono componenti passivi che oppongono una resistenza al flusso di corrente elettrica. La resistenza è misurata in ohm (Ω). I resistori possono essere di diversi tipi, ad esempio:
- Resistori fissi
- Resistori variabili (potenziometri)
- Resistori termici (termistori)
I resistori fissi hanno un valore di resistenza costante, mentre i potenziometri consentono di variare la resistenza girando un perno o una vite. I termistori cambiano resistenza in base alla temperatura.
Condensatori
I condensatori sono componenti che immagazzinano energia sotto forma di campo elettrico tra due conduttori, solitamente chiamati piastre. La capacità di un condensatore è misurata in farad (F). Ci sono diversi tipi di condensatori, tra cui:
- Condensatori elettrolitici
- Condensatori ceramici
- Condensatori al tantalio
I condensatori elettrolitici sono polarizzati, il che significa che hanno un terminale positivo e uno negativo. Gli altri due tipi di condensatori sono non polarizzati.
Diodi
I diodi sono componenti semiconduttori che permettono il passaggio di corrente elettrica in una direzione (polarità fissa) e la bloccano nell’altra. Il simbolo del diodo è una freccia che indica la direzione consentita del flusso di corrente. I diodi hanno due terminali: anodo (positivo) e catodo (negativo). Alcuni tipi di diodi includono:
- Diodi rettificatori
- Diodi Zener
- Diodi LED (Light-Emitting Diode)
I diodi rettificatori sono usati per convertire corrente alternata (AC) in corrente continua (DC), mentre i diodi Zener sono utilizzati per regolare la tensione. I diodi LED emettono luce quando la corrente passa attraverso di essi.
Transistor
I transistor sono componenti semiconduttori che possono funzionare come amplificatori di segnale o interruttori elettronici. Sono costituiti da tre strati di materiali semiconduttori, e hanno tre terminali: base (B), collettore (C) e emettitore (E). Esistono due tipi principali di transistor:
- Transistor a giunzione bipolare (BJT)
- Transistor a effetto di campo (FET)
I BJT sono controllati dalla corrente che passa attraverso la base, mentre i FET sono controllati da una tensione applicata alla base. Entrambi i tipi di transistor sono disponibili in configurazioni NPN e PNP (BJT) o N-MOS e P-MOS (FET), a seconda della polarità dei semiconduttori utilizzati.
Circuiti Elettronici Semplici
In questa sezione parleremo di alcuni circuiti elettronici semplici e comuni, utili per familiarizzare con i principi di base dell’elettronica. I circuiti che tratteremo sono:
- Circuito Divisore di Tensione
- Circuito Integratore e Derivatore
- Circuito Rettificatore
Circuito Divisore di Tensione
Il circuito divisore di tensione è un semplice circuito resistivo costituito da due resistori collegati in serie. Questo circuito viene utilizzato per ridurre la tensione di ingresso ad un valore inferiore, in base al rapporto tra i valori delle due resistenze.
La formula per calcolare la tensione di uscita è:
Vout = Vin * (R2 / (R1 + R2))
dove Vin è la tensione di ingresso e R1 e R2 sono i valori delle resistenze.
Esempio di applicazioni di un divisore di tensione può includere:
- Riduzione della tensione di alimentazione per alimentare componenti elettroniche sensibili
- Misurazione di tensioni superiori alla gamma di un multimetro o di un microcontrollore
Circuito Integratore e Derivatore
Il circuito integratore e derivatore è composto da una resistenza ed un condensatore collegati in parallelo. Questi circuiti sono utili per modificare segnali periodici in ingresso.
Circuito Integratore:
L’integratore calcola l’integrale del segnale in ingresso rispetto al tempo. La formula così ottenuta sarà:
Vout(t) = -(1/RC) * ∫Vin(t) dt
dove R è la resistenza, C è la capacità del condensatore e Vin(t) è il segnale in ingresso.
Circuito Derivatore:
Il derivatore calcola la derivata del segnale in ingresso rispetto al tempo. La formula relativa al circuito derivatore è la seguente:
Vout(t) = -RC * dVin(t) / dt
dove R e C hanno lo stesso significato di prima e Vin(t) è il segnale in ingresso.
Le applicazioni di questi circuiti includono:
- Elaborazione del segnale nei sistemi di comunicazione
- Filtraggio di segnali in sistemi di acquisizione dati
Circuito Rettificatore
Il circuito rettificatore viene utilizzato per convertire un segnale in corrente alternata (AC) in corrente continua (DC).
I due tipi principali di rettificatori sono:
- Rettificatore a semionda: Questo circuito utilizza un solo diodo che permette il passaggio della corrente solo nella metà positiva del segnale AC, eliminando la parte negativa del segnale.
- Rettificatore a onda completa: Utilizza 4 diodi collegati tra loro a formare un “ponte di Graetz”. In questo modo, entrambe le metà del segnale AC vengono convertite in DC.
Nel caso dei circuiti rettificatori, è spesso necessario l’utilizzo di condensatori per ridurre le variazioni di tensione (ripple) nel segnale DC ottenuto.
Esempi di applicazioni dei circuiti rettificatori sono:
- Alimentatori per dispositivi elettronici
- Ricarica delle batterie utilizzando la rete elettrica AC
