📻 Corso Radioamatori ARI Toscana CRT 2025

Materiale didattico e guide di studio per il corso aspiranti radioamatori

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📘 Lezione 11 - Trasmettitori

📌 Overview


📖 Core Content

1. 🔍 Correzione Quiz Lezione 10 (⏱ 00:02)

La lezione si apre con la correzione del quiz della settimana precedente (Lezione 10), condotta da Silvio IZ5DIY. I risultati sono complessivamente buoni, con la maggior parte degli studenti che ha risposto correttamente.

Le domande più significative riguardano:


2. 📡 Il Diodo — Semiconduttori e Giunzione P-N (⏱ 09:00)

🔹 Introduzione ai Semiconduttori

Il diodo è un componente elettronico fondamentale costruito a partire da materiali semiconduttori. Per comprenderne il funzionamento, Paolo introduce il concetto di resistività dei materiali:

Il silicio è il semiconduttore più utilizzato nell’industria elettronica. Allo stato puro (intrinseco) il silicio ha quattro elettroni di valenza che formano legami covalenti con gli atomi adiacenti, creando una struttura cristallina stabile.

🔹 Il Drogaggio (EXTRA — non materia d’esame)

Paolo approfondisce, a titolo didattico, il processo di drogaggio (doping) che rende il silicio utile per l’elettronica:

Quando si uniscono una regione P e una regione N si forma la giunzione P-N. All’interfaccia si crea una regione di svuotamento (depletion region), priva di portatori di carica, che agisce come un isolante naturale.

🔹 Polarizzazione del Diodo

Il diodo ha due terminali:

Il simbolo circuitale del diodo è un triangolo che punta verso una barra; la corrente convenzionale scorre nella direzione della freccia (dall’anodo al catodo).

Regola pratica: il diodo si fa attraversare dalla corrente solo quando l’anodo è positivo rispetto al catodo.


3. 🔧 I Cinque Tipi di Diodi (⏱ 30:00)

Questa sezione è materia d’esame. Paolo elenca e descrive cinque tipologie fondamentali di diodi:

🔹 1. Diodo Raddrizzatore

Il diodo raddrizzatore è il tipo più comune e viene utilizzato per trasformare la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC). Quando è in conduzione, presenta una caduta di tensione tipica di 0,7 V. Le sue caratteristiche principali sono:

Esempio: il diodo 1N4007 ha una tensione inversa massima di 1000 V e una corrente massima di 1 A.

🔹 2. LED (Light Emitting Diode)

Il LEDdiodo a emissione luminosa — emette luce quando è polarizzato direttamente. Il meccanismo fisico è il seguente: gli elettroni energizzati che attraversano la giunzione, quando si ricombinano con le lacune, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). Il colore della luce dipende dal materiale semiconduttore utilizzato e dalla larghezza della banda proibita (band gap).

🔹 3. Diodo Zener

Il diodo Zener è progettato per funzionare in polarizzazione inversa. Quando la tensione inversa raggiunge un valore specifico chiamato tensione di Zener, il diodo inizia a condurre mantenendo la tensione ai suoi capi costante a quel valore. Questa proprietà lo rende ideale come stabilizzatore di tensione.

Esempio: uno Zener da 12 V mantiene costantemente 12 V ai suoi terminali indipendentemente dalle variazioni del carico, compensando le variazioni di corrente secondo la legge di Kirchhoff.

Nello schema tipico, lo Zener è collegato al circuito di stabilizzazione degli alimentatori per fornire una tensione di riferimento fissa.

🔹 4. Diodo Varicap

Il diodo Varicap (o varactor) funziona in polarizzazione inversa e si comporta come un condensatore variabile. La regione di svuotamento della giunzione P-N agisce come il dielettrico tra le “armature” del condensatore: variando la tensione inversa applicata, si modifica la larghezza della regione di svuotamento e quindi la capacità.

Questo lo rende ideale per l’accordo elettronico dei circuiti risonanti (es. sintonizzazione radio senza componenti meccanici).

🔹 5. Diodo Schottky (Hot Carrier)

Il diodo Schottky (detto anche hot carrier) ha una giunzione metallo-semiconduttore anziché la classica P-N. Questo gli conferisce una velocità di commutazione molto elevata, rendendolo adatto a lavorare ad alte frequenze (UHF, SHF, dell’ordine dei GHz). Nel simbolo circuitale, il catodo presenta una forma a “S”.


4. ⚡ Alimentatori Lineari — Schema a Blocchi (⏱ 63:00)

L’alimentatore lineare trasforma la tensione alternata della rete elettrica (220-230 V AC a 50 Hz) in una tensione continua stabile (tipicamente 12 V DC) per alimentare apparecchiature elettroniche come le radio. Lo schema a blocchi è composto da quattro stadi in cascata:

\[\text{Rete AC 220V} \rightarrow \boxed{\text{Trasformatore}} \rightarrow \boxed{\text{Raddrizzatore}} \rightarrow \boxed{\text{Filtro}} \rightarrow \boxed{\text{Stabilizzatore}} \rightarrow \text{12V DC}\]

🔹 Stadio 1: Trasformatore (⏱ 64:44)

Il trasformatore svolge due funzioni fondamentali:

  1. Abbassamento della tensione: trasforma i 220 V AC della rete in una tensione più vicina a quella desiderata in uscita (es. da 220 V a 18 V AC per ottenere poi 12 V DC in uscita).

  2. Isolamento galvanico: garantisce la separazione elettrica tra il circuito primario (rete 220 V) e il circuito secondario (apparecchiatura). Tra primario e secondario di un trasformatore non c’è passaggio di elettroni: l’energia si trasferisce tramite campi magnetici. Questo impedisce che un operatore, toccando i terminali di uscita dell’alimentatore, possa chiudere un circuito elettrico con il suolo e subire una scarica elettrica.

Isolamento galvanico — separazione elettrica completa tra due circuiti, che impedisce il passaggio di corrente tra essi. È uno dei principi fondamentali della sicurezza elettrica.

Paolo illustra il pericolo della mancanza di isolamento galvanico: se un carico è collegato direttamente alla rete (fase + neutro), una persona che tocca un conduttore può chiudere un circuito attraverso il proprio corpo e il suolo verso la presa di terra della centrale Enel, subendo una scarica potenzialmente mortale. Anche il filo del neutro, che è messo a terra nella centrale Enel, può presentare una tensione significativa rispetto a terra quando arriva nelle abitazioni, a causa delle cadute di tensione lungo centinaia di metri di cavo e delle utenze intermedie.

⚠️ Gli autotrasformatori, usati in passato per motivi economici, non realizzano l’isolamento galvanico e sono oggi fuori legge per ragioni di sicurezza.

🔹 Stadio 2: Raddrizzatore (⏱ 73:07)

Il raddrizzatore trasforma la tensione alternata in uscita dal trasformatore in una tensione continua pulsante, utilizzando diodi.

Tensione continua — tensione in cui la corrente scorre sempre nello stesso verso (non necessariamente a valore costante).

Raddrizzatore a singola semionda: utilizza un singolo diodo che lascia passare solo le semionde positive della sinusoide. In uscita si ottiene una tensione pulsante alla stessa frequenza dell’ingresso (50 Hz), con lunghi intervalli a tensione zero tra un impulso e l’altro.

Raddrizzatore a doppia semionda: recupera anche le semionde negative invertendole, producendo una tensione pulsante a frequenza doppia rispetto all’ingresso (100 Hz con ingresso a 50 Hz). Questo riduce significativamente i “buchi” nella tensione di uscita, avvicinandola a una tensione costante.

Due realizzazioni circuitali principali:

  1. Con trasformatore a presa centrale: usa un trasformatore con secondario doppio e due diodi che lavorano in alternanza. Il diodo superiore conduce durante le semionde dispari, il diodo inferiore durante le semionde pari.

  2. Ponte di Graetz (raddrizzatore a ponte): usa quattro diodi disposti a forma di “ponte” quadrato e un trasformatore con secondario singolo. In ogni semionda, una coppia di diodi conduce (D2+D4 nella semionda positiva, D1+D3 nella semionda negativa). Questo è il metodo più comunemente usato e si trova spesso come componente integrato.

🔹 Stadio 3: Filtro di Livellamento (⏱ 87:18)

Il filtro di livellamento utilizza condensatori elettrolitici di grande capacità che funzionano come serbatoi di energia:

L’alimentatore può essere concettualmente diviso in due parti separate dal condensatore di filtro: la parte a monte ha il compito di mantenere il condensatore ben carico, la parte a valle preleva l’energia e la regola al valore desiderato.

🔹 Stadio 4: Stabilizzatore (⏱ 90:17)

Lo stabilizzatore esegue il livellamento finale e regola la tensione al valore preciso desiderato. Esistono due tipologie:

1. Stabilizzazione con diodo Zener: uno Zener collegato insieme a un transistor blocca la tensione di uscita al valore di Zener. Schema semplice ma con tensione di uscita fissa e non regolabile, adatto solo a piccole potenze.

2. Stabilizzazione a retroazione (feedback): è il metodo più diffuso. Il cuore è un amplificatore di errore che confronta continuamente due tensioni:

Se la tensione di uscita cala (per esempio per un aumento del carico), si genera una tensione di errore che modifica la polarizzazione del transistor di regolazione, compensando la variazione. Questo anello di controllo (loop di retroazione) mantiene la tensione costante indipendentemente dalle variazioni di carico.

In molti alimentatori è presente un trimmer o potenziometro nel circuito di retroazione che permette di regolare la tensione di uscita (es. da 8 a 18 V) variando la quantità di segnale di uscita che arriva all’amplificatore di errore.


5. 🔌 Alimentatori a Commutazione (Switching) (⏱ 99:32)

⚠️ Gli alimentatori a commutazione non fanno attualmente parte del programma d’esame, ma sono trattati perché presenti in tutte le stazioni radioamatoriali moderne.

🔹 Principio di Funzionamento

A differenza degli alimentatori lineari dove il trasformatore è il primo elemento, negli alimentatori switching la sequenza è diversa:

\[\text{230V AC} \rightarrow \boxed{\text{Raddrizzatore}} \rightarrow \boxed{\text{Filtro}} \rightarrow \boxed{\text{Chopper}} \rightarrow \boxed{\text{Trasformatore HF}} \rightarrow \boxed{\text{Raddrizzatore}} \rightarrow \boxed{\text{Filtro}} \rightarrow \text{DC}\]
  1. La tensione di rete (230 V AC, 50 Hz) viene raddrizzata direttamente senza trasformatore, ottenendo circa 310 V DC (tensione di picco)
  2. Un circuito chopper (“affettatore”) trasforma i 310 V DC in una tensione alternata ad alta frequenza (20-40 kHz), cioè almeno 400-800 volte superiore ai 50 Hz della rete
  3. Questa tensione ad alta frequenza attraversa un trasformatore di dimensioni molto ridotte
  4. In uscita dal trasformatore, la tensione viene nuovamente raddrizzata e filtrata

🔹 Il Segreto: il Trasformatore ad Alta Frequenza

Il vantaggio fondamentale sta nella fisica dell’induzione elettromagnetica: l’energia trasferita per induzione cresce con la frequenza. Ricordando le esperienze di Faraday, più rapidamente si varia il flusso magnetico, più energia viene indotta. Un trasformatore che lavora a 20-40 kHz è enormemente più efficiente di uno a 50 Hz.

Dato pratico: un trasformatore switching per 250 W pesa circa 100 grammi con nucleo in ferrite, contro i 2-3 kg di un trasformatore lineare equivalente a 50 Hz. Le dimensioni si riducono di circa un decimo.

🔹 Stabilizzazione negli Switching

La stabilizzazione avviene tramite retroazione sul duty cycle del chopper (la larghezza delle “fette” di tensione). Il circuito di controllo misura la tensione di uscita e regola per quanto tempo il chopper conduce in ogni ciclo: fette più larghe = più energia trasferita = tensione più alta.

La separazione galvanica nel circuito di retroazione è garantita da un optoisolatore (optocoupler): un componente che contiene un LED e un fototransistor separati otticamente. Il segnale di controllo viene trasmesso tramite luce, mantenendo l’isolamento elettrico tra la parte collegata alla rete e la parte sicura.

🔹 Sicurezza negli Alimentatori Switching

⚠️ ATTENZIONE: negli alimentatori switching, una parte consistente del circuito è collegata direttamente alla rete 220 V senza isolamento galvanico. L’isolamento è garantito solo dal trasformatore HF e dall’optoisolatore. Non aprire mai un alimentatore switching acceso; anche da spento, il condensatore di filtro può mantenere cariche a 310 V.

Negli alimentatori lineari invece, grazie al trasformatore in ingresso, tutta la parte a valle è sicura e si può intervenire senza pericolo (a alimentatore spento).

🔹 Confronto Lineari vs Switching

Caratteristica Alimentatore Lineare Alimentatore Switching
Peso Pesante (2-3 kg solo il trasformatore per 250 W) Leggero (1,5-2 kg totali per 250 W)
Dimensioni Ingombrante Compatto
Costo Più costoso Più economico
Rendimento Più basso (più calore da dissipare) 70-90%
Dissipatori Grandi alette di alluminio Molto ridotte
Rumore RF Praticamente assente Può generare interferenze
Sicurezza interna Facile da manipolare Pericoloso (alta tensione interna)

🔹 Il Problema delle Interferenze RF

Il principale difetto degli alimentatori switching è che il chopper interno è un generatore di interferenze naturale. Se l’alimentatore non è ben schermato, può disturbare i ricevitori radio. Il problema è più evidente negli alimentatori economici (spesso di produzione cinese) che risparmiano sulle schermature.

Alcuni alimentatori economici hanno un potenziometro etichettato “noise offset” che permette di spostare la frequenza dell’oscillatore del chopper per allontanare le armoniche dalla banda radio in uso. Questa soluzione non risolve il problema ma lo sposta: l’interferenza può scomparire su una frequenza ma apparire su un’altra.

Consiglio pratico: le fonti di interferenza in una stazione radio possono provenire non solo dall’alimentatore della radio ma da qualsiasi dispositivo switching della casa: alimentatori di telefoni, ripetitori Wi-Fi, strisce LED, plafoniere LED. Il metodo efficace è identificarle una per una, spegnendo i dispositivi e verificando la riduzione del rumore. Possibili soluzioni: filtri di rete in ingresso agli alimentatori, nuclei di ferrite sui cavi, filtri recuperati da vecchi alimentatori ATX per PC.


🔗 Concept Map (testuale)


📝 Key Takeaways

  1. Il diodo è un componente a semiconduttore che consente il passaggio di corrente in una sola direzione: dall’anodo al catodo quando è in polarizzazione diretta (soglia ~0,7 V per il silicio).

  2. I cinque tipi di diodi da conoscere per l’esame sono: raddrizzatore (AC→DC), LED (emette luce), Zener (stabilizza tensione in polarizzazione inversa), Varicap (condensatore variabile), Schottky (alte frequenze, giunzione metallo-semiconduttore).

  3. Un alimentatore lineare è composto da quattro stadi in serie: trasformatore (abbassa tensione + isolamento galvanico), raddrizzatore (AC→DC pulsante), filtro di livellamento (condensatore elettrolitico), stabilizzatore (tensione costante e precisa).

  4. L’isolamento galvanico è fondamentale per la sicurezza: il trasformatore impedisce il contatto elettrico diretto tra la rete 220 V e l’utilizzatore, trasferendo energia solo tramite campi magnetici.

  5. Il raddrizzatore a doppia semionda (ponte di Graetz con 4 diodi) produce una tensione pulsante a frequenza doppia (100 Hz) rispetto all’ingresso, risultando più efficiente del raddrizzamento a singola semionda.

  6. La stabilizzazione a retroazione è il metodo più diffuso: un amplificatore di errore confronta la tensione di uscita con un riferimento Zener e corregge automaticamente le variazioni tramite un anello di controllo.

  7. Gli alimentatori switching sono più leggeri, compatti, economici e efficienti (70-90%) grazie al trasformatore ad alta frequenza (20-40 kHz), ma possono generare interferenze RF che disturbano i ricevitori radio.

  8. Negli alimentatori switching, una parte del circuito è collegata direttamente alla rete 220 V senza isolamento galvanico: sono potenzialmente pericolosi da aprire e manipolare, a differenza dei lineari.

  9. La patente di radioamatore non scade mai; l’autorizzazione generale scade ogni 10 anni. Questo concetto è ricorrente nelle domande d’esame.

  10. Le interferenze RF in una stazione radio possono provenire da qualsiasi alimentatore switching presente in casa (Wi-Fi, LED, caricabatterie), non solo da quello della radio. La soluzione è identificarle una per una e applicare filtri di rete o nuclei di ferrite.


❓ Comprehension Questions

  1. Perché un semiconduttore come il silicio ha bisogno del processo di drogaggio per diventare utile nell’elettronica? Cosa cambia tra il drogaggio di tipo P e quello di tipo N?

  2. Spiega perché il diodo conduce solo in polarizzazione diretta, facendo riferimento al comportamento della regione di svuotamento.

  3. Un diodo Zener e un diodo Varicap funzionano entrambi in polarizzazione inversa, ma svolgono funzioni completamente diverse. Quali sono queste funzioni e in quali contesti applicativi vengono impiegati?

  4. Perché il raddrizzatore a doppia semionda produce un risultato migliore di quello a singola semionda per alimentare un’apparecchiatura elettronica? Quali sono le implicazioni sulla frequenza del segnale in uscita?

  5. Descrivi il percorso completo attraverso cui la tensione di rete (220 V AC) diventa 12 V DC stabili in un alimentatore lineare, indicando la funzione di ciascuno stadio.

  6. Perché l’isolamento galvanico è così importante per la sicurezza? Cosa potrebbe accadere a un operatore se un dispositivo fosse collegato direttamente alla rete senza trasformatore?

  7. Nel circuito di stabilizzazione a retroazione, come reagisce il sistema quando la tensione di uscita cala a causa di un aumento del carico? Descrivi il meccanismo dell’anello di controllo.

  8. Perché il trasformatore di un alimentatore switching può essere così piccolo e leggero rispetto a quello di un alimentatore lineare? Quale principio fisico viene sfruttato?

  9. In che modo un alimentatore switching può disturbare la ricezione radio? Perché il potenziometro “noise offset” non è una vera soluzione al problema?

  10. Se dovessi scegliere un alimentatore per la tua stazione radioamatoriale, quali fattori considereresti nella scelta tra un lineare e uno switching? Qual è il compromesso principale?


📚 Glossary


👥 Partecipanti


📅 Informazioni Lezione

Campo Valore
Numero lezione 11
Data 21 maggio 2025
Durata ~2 ore e 10 minuti
Numero argomenti 5 (Quiz, Diodi, Alimentatori lineari, Alimentatori switching, Interferenze RF)
Parole chiave Diodo, semiconduttore, giunzione P-N, polarizzazione, Zener, Varicap, Schottky, LED, alimentatore lineare, alimentatore switching, raddrizzatore, ponte di Graetz, filtro capacitivo, stabilizzatore, isolamento galvanico, chopper, optoisolatore, interferenze RF