L'alimentazione del PC - Corrente continua

Per trasformare la corrente alternata in continua, non ci sono particolari problemi : questo primo punto viene risolto usando proprio un componente elettronico, il diodo, che trasforma il flusso alternato (bidirezionale) in continuo (o meglio, pulsante). Al suo seguito va tipicamente un condensatore, che "riempie" i vuoti della pulsazione fino ad ottenere un flusso continuo della corrente.


Simbolo del diodo ed esempio di diodo reale (1N4007)	Simbolo del condensatore e condensatore reale

Non stiamo qui a dettagliare come funziona la cosa; diciamo che il diodo lascia passare la corrente in una sola direzione e il condensatore livella le semionde. Per chi ne volesse saper di più, è possibile recuperare informazioni in qualsiasi manuale di fisica elementare o sul WEB.
A noi qui basti il fatto che abbiamo ottenuto la corrente continua desiderata (a voler essere pignoli, in effetti è una corrente pulsante, ma almeno è unidirezionale).
Il primo punto è ottemperato : abbiamo trasformato la corrente alternata in continua.
Però non abbiamo risolto gli altri punti.

Essenzialmente il problema sta nel fatto che, da questo circuito, la tensione continua esce con un valore che dipende quello dell' alternata in ingresso e ne segue ogni variazione e accidente.
Inoltre, cosa molto più grave, non esiste alcun isolamento verso la rete : toccando i morsetti dell' uscita si hanno ottime prospettive di restare fulminati.

Valore della tensione e isolamento sono risolti in un colpo solo, usando un altro componente tipico, il trasformatore.
Sostanzialmente si tratta di uno o più avvolgimenti di filo di rame isolato in smalto, avvolti attorno ad un nucleo magnetico. Nella foto sotto, si tratta di un normale trasformatore a frequenza di rete con nucleo EI in lamierini magnetici a cristalli orientati. L' avvolgimento in cui entra l' energia da trasformare si definisce "primario", mentre quello da cui l' energia è prelevata dopo la trasformazione si chiama "secondario".
In base al rapporto tra le spire del primario e del secondario, il trasformatore porta la tensione secondaria al valore voluto e nel contempo isola la rete dall' utente : posso toccare i morsetti del lato in corrente continua senza restare fulminato. Per le più diverse necessità circuitali si possono realizzare trasformatori con molti più avvolgimenti che non i due indicati ora.
Nelle immagini qui sotto, la schematizzazione di una applicazione del trasformatore : la tensione di ingresso, alternata, viene ridotta di valore dal trasformatore; al secondario, che si trova ora isolato dal primario, facciamo seguire il raddrizzatore ed ecco ottenuta la corrente continua.

	=		+

Va già un po' meglio : i punti 1, 2 e 5 della lista delle richieste iniziali sono soddisfatti.
In effetti una cosa del genere la trovate all' interno di quegli adattatori da inserire direttamente nella presa a muro (wall plug) per alimentare radioline o altri piccoli apparecchi elettronici. Inoltre un circuito simile, con qualche possibile variazione, come la presenza di un limitatore di corrente, funge da caricatore per le batterie ricaricabili di apparecchi portatili.

Però mancano ancora le condizioni 3 e 4, ovvero questo circuito non contiene alcun sistema per stabilizzare la tensione ottenuta, che segue le variazioni della rete che lo alimenta, per cui la sua stabilità è del tutto insufficiente per alimentare circuiti complessi come quelli di un PC. Va bene come abbiamo detto per la radiolina o il mangianastri, che hanno circuiti semplici in grado di sopportare variazioni ampie della tensione di alimentazione e, dove questo non è possibile, dispongono al loro interno di piccoli circuiti stabilizzazione. Può andare benissimo anche per alimentare un motorino in corrente continua o caricare una batteria. Però, se richiediamo prestazioni maggiori, come quelle necessarie ad PC, l' approccio fino ad ora visto è del tutto insufficiente.

Perché non va bene ? Seguiamo un attimo questo ragionamento :

- abbiamo a disposizione una presa Enel che mi fornisce 230V +/- 20%; devo ottenere 12V.

Ok, ci mettiamo un trasformatore che da 230V passa a 12V ed è risolto.

Risolto se la tensione è 230V. Ma abbiamo detto che questo valore è quello nominale, mentre nella pratica esso può variare del 20% ed oltre. Se si riduce del 20%, ovvero va a 184V, questo si rifletterà in una analoga riduzione del valore della tensione sul secondario del trasformatore, che scenderà a 9,6V : troppo poco per far funzionare un circuito previsto per essere alimentato a 12V. Analogamente, se la tensione di rete sale del +20%, la tensione secondaria andrà a 14,4V : i circuiti elettronici meno robusti, che accettano al massimo variazioni del 5% non saranno per nulla contenti e, tendenzialmente, avranno ottime prospettive di danneggiarsi in breve tempo.

Inoltre sulla rete elettrica, come accennato, sono presenti picchi di sovratensione, dove si supererà il valore massimo ammesso dalle tecnologie costruttive dei circuiti integrati, con la distruzione degli stessi e picchi di sottotensione, dove non ci sarà più il giusto valore per permettere un corretto funzionamento delle logiche elettroniche, con il blocco del sistema e la perdita dei dati.
Tutti avranno avuto esperienza, purtroppo, degli effetti di quanto detti qui, quando essi diventano tanto macroscopici da superare le difese fornite dagli alimentatori e dalle loro protezioni : ad esempio, le sovratensioni dovute ai fulmini, che fanno strage di Tv e modem o le sottotensioni che arrivano fino al black out che interrompe il nostro lavoro.

Ma se queste sono evidenti, dobbiamo tenere presente che l' alimentatore del nostro PC sopporta coraggiosamente una miriade di situazioni meno eclatanti di sotto e sovra tensioni delle quali spesso non ci accorgiamo neppure; questo perchè i progettisti hanno giustamente previsto buona parte dei problemi a cui è sottoposto un apparecchio elettronico alimentato dalla rete. Quindi ci vuole altro oltre al trasformatore, il diodo e il condensatore.