Osla0601.qxd

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Wyprawa czwarta − A4

Świecące paski, Zasilacz laboratoryjny, Prostowniki,

Stabilizator regulowany, Stabilizator LDO,

Źródło napięcia wzorcowego,

Powielacze napięcia, Regulowana dioda Zenera,

Ładowarka akumulatorów kwasowych,

Ładowarka akumulatorów NiCd,

Rozładowarka wyrównująca

stabilizatory

potencjometr

montażowy

potencjometr

zasilacz

AC 12V 300mA

diody LED

dioda Zenera

mostek

prostowniczy

źródła napięcia

odniesienia

kondensatory

rezystory

diody

tranzystory

brzęczyk

piezo

Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa
się to na szczycie Kasprowego. Szukasz jakiegoś łagodne−
go, mało stromego stoku, jednym słowem − oślej łączki.
Dopiero gdy na takiej oślej łączce nauczysz się podstaw,
będziesz w stanie bezpiecznie zjechać z Kasprowego.

Niniejszy cykl jest odpowiednikiem wypraw na taką

oślą łączkę. Poszczególne wyprawy pozwalają poznać ko−
lejne  najważniejsze  zagadnienia  elektroniki.  Kurs  został
pomyślany,  by  przede  wszystkim  bawić,  a przy  okazji
uczyć.  Zabawa  polega  na  wykonywaniu  różnych  poży−
tecznych i ciekawych układów.

W niniejszym cyklu wszelkie interpretacje fizyczne są

mocno uproszczone (o ile w ogóle są), a główna uwaga
jest skierowane na zagadnienia praktyczne. Uwydatnia to
charakterystyczna struktura kursu − każdy odcinek zawie−
ra cztery bloki, wyróżnione kolorami.

Najważniejszy blok to umieszczone na białym tle ćwi−

czenia praktyczne. Podane tu informacje całkowicie wy−
starczą do zbudowania i uruchomienia opisanych ukła−
dów. Nie lekceważ tych ćwiczeń! Samo przeczytanie te−

kstu nie dostarczy Ci wszystkich najważniejszych infor−
macji. Dopiero praktyczne wykonanie i zbadanie zapropo−
nowanych układów pozwoli wyciągnąć wnioski i w pełni
zrozumieć opisane zagadnienia.

Wyróżniony niebieskim kolorem ELEMENTarz

przybliża użyte w ćwiczeniach elementy oraz zawiera in−
ne niezbędne wiadomości.

Warto poświęcić trochę czasu i starannie przeanalizo−

wać zamieszczone na żółtym tle TECHNIKALIA − czyli
najważniejsze wyjaśnienia techniczne. Biblioteczka
praktyka − czwarty blok, wyróżniony kolorem różowym,
jest przeznaczony dla osób, które chcą projektować wła−
sne układy. W tej części prezentowane są podstawowe
wiadomości niezbędne młodemu konstruktorowi.

Niniejszy materiał jest czwartą wyprawą na oślą łącz−

kę. Aby bezboleśnie rozpocząć swą przygodę z elektroni−
ką, warto zacząć od lekcji pierwszej, oznaczonej A1. Po−
dane są tam podstawowe informacje, w tym dotyczące
montażu oraz kodu kolorowego, stosowanego do oznacza−

nia rezystorów. Kolejne odcinki publikowane są w Elek−
tronice dla Wszystkich, począwszy od numeru 10/2000.

Archiwalne numery Elektroniki dla Wszystkich oraz

zestawy wszystkich elementów oraz materiałów niezbęd−
nych do przeprowadzenia ćwiczeń dostarczane są przez
firmę AVT − szczegóły podano w ramce na końcu artyku−
łu (EdW 8/2001) oraz na stronach 119−123 tego numeru.

Podczas czwartej wyprawy wykonasz kolejne wspa−

niałe i pożyteczne układy. Zajmiemy się bardzo pożytecz−
nymi układami: prostownikami, zasilaczami i stabilizatora−
mi. Poznasz też podstawowy przyrząd pomiarowy elektro−
nika − oscyloskop. Oczywiście nie musisz kupować oscy−
loskopu − wszystkie opisane ćwiczenia wykonasz z powo−
dzeniem bez niego. Do ćwiczeń będzie natomiast niezbęd−
ne źródło napięcia zmiennego − proponuję wykorzystać
zasilacz napięcia zmiennego o oznaczeniu AC 12/300.

Życzę sukcesu także na tej wyprawie

Piotr Górecki

Kto wymyślił

tyle parametrów?

Do  precyzyjnego  określenia  prądu  lub  napięcia
stałego  wystarczy  jeden  parametr:  niezmienne
w czasie napięcie (w woltach) lub natężenie prą−
du  (w amperach).  Inaczej  jest  z przebiegami
przemiennymi.  Ważnym  parametrem  przebiegu
zmiennego  (przemiennego)  jest  częstotliwość,
czyli liczba cykli w ciągu jednostki czasu (licz−
ba  pełnych  drgań  na  sekundę).  Częstotliwość
wyrażamy  w hercach  (Hz),  a oznaczamy  małą,
a niekiedy  dużą  literą  f,  np.:  f=100Hz  lub
F=100Hz.

Częstotliwość przebiegu w sieci energetycznej

wynosi  dokładnie  50Hz  (50  cykli  na  sekundę).
W elektronice  mamy  do  czynienia  z przebiegami
o częstotliwościach rzędu tysięcy (kHz – kiloherc),
milionów  (MHz  –  megaherc),  a nawet  miliardów
herców (GHz – gigaherc). Przykładowo antena sa−
telitarna odbiera przebiegi o częstotliwościach oko−
ło 12GHz, czyli 12 miliardów drgań na sekundę.

Częstotliwość, czyli liczba cykli na sekundę,

ściśle wiąże się z czasem. Niekiedy potrzebna jest
znajomość  czasu  trwania  jednego  cyklu.  Czas
trwania  jednego  cyklu  to  okres przebiegu.  Ozna−
czamy  go  dużą  literą  T i wyrażamy  w sekundach
lub ułamkach sekundy. Znając częstotliwość, łatwo

obliczyć okres i vice versa.

T = 1/f
f = 1/T
Przykładowo przebieg o częstotliwości 50Hz

ma okres równy 20ms.

Prąd zmienny

Ogólnie biorąc, prąd zmienny to taki, który do−
wolnie zmienia w czasie swą wartość i kieru−
nek. Zmiany mogą być różne. Rysunek 1 po−
kazuje kilka przebiegów zmiennych. Jeśli war−
tości prądu (i napięcia) są na przemian dodat−
nie i ujemne, a ich średnia wartość wynosi ze−
ro, mamy do czynienia z prądem przemien−
nym. Rysunek 2 pokazuje trzy przebiegi prze−
mienne (prostokątny, trójkątny i impulsowy).

Uwaga! Tym razem musisz użyć zasilacza prądu zmiennego.
Nie  nadaje  się  tu  zasilacz  będący  odpowiednikiem  baterii,
którego używaliśmy podczas poprzednich wypraw. Wszystkie
ćwiczenia  tej  wyprawy  były  przygotowane  i sprawdzone
z wtyczkowym  zasilaczem  prądu  zmiennego  o oznaczeniu
AC 12/300 (12V 300mA). Ten zasilacz zawiera jedynie trans−
formator sieciowy. W zasadzie można byłoby użyć tak zwane−
go transformatora dzwonkowego, jednak ani Autor ani Redak−
cja  EdW ze  względów  bezpieczeństwa  nie  zalecają  użycia
transformatora dzwonkowego, a tym bardziej innych transfor−
matorów. Zasilacz AC 12/300 nie wchodzi wprawdzie w skład
zestawu  elementów  do  wyprawy  A04,  jednak  można  go  za−
mówić oddzielnie – patrz oferta AVT na stronach 119...121.

Uwaga! Nie wolno zwierać ze sobą końcówek wyjścio−

wych zasilacza, bo może to spowodować jego przegrzanie
i trwałe uszkodzenie!

W gniazdku sieci energetycznej występuje tak zwane

napięcie przemienne o wartości 210...230V. Transformator na−
szego zasilacza zamienia je na bezpieczne napięcie o wartości

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

LEMENT

arz

TECHNIKALIA

Ćwiczenie 1

Prąd zmienny i przemienny.

Świecące paski.

Czy wiesz, że...

nazwa jednostki częstotliwości,

herc, pochodzi od nazwiska niemiec−

kiego badacza, Heinricha Hertza.

Prąd  elektryczny  przepływający  przez  ciało
człowieka  nie  jest  obojętny  dla  zdrowia.
Czym  większe  napięcie,  tym  większy  prąd
i większy wpływ na organizm.

Napięcia nie przekraczające 24V uznaje

się za bezwzględnie bezpieczne.

Napięcia rzędu 60V i więcej uznawane są

za niebezpieczne. Napięcie w domowym gnia−
zdku sieci energetycznej wynosi 220...230V −
jest to więc napięcie groźne dla życia!

Przeprowadzanie prób

z układami dołączonymi

wprost do sieci grozi śmiercią!

Aby zapobiec nieszczęściu, należy zasilać

budowane  układy  z fabrycznego,  atestowa−
nego  zasilacza,  który  co  prawda  jest  dołą−
czany do sieci, ale zastosowane rozwiązania
zapewniają  galwaniczną  izolację  od  sieci
i pełne bezpieczeństwo.

Rys. 1

Rys. 2

Fot. 1

Informacja o częstotliwości nie w pełni cha−

rakteryzuje przebiegi przemienne. Trzeba jakoś
podać ich wartość, a może kształt. Czy przebie−
gi napięcia, pokazane na rysunku A, mają jed−
nakową wartość?

Jedno, co można powiedzieć to: mają stałą

amplitudę, czyli maksymalne odchylenie od
wartości średniej. W pokazanych przypadkach
wartość średnia wynosi zero, bo są to przebie−
gi przemienne.

Czujesz też chyba intuicyjnie, że żarówka

podłączona do napięcia prostokątnego z rysun−
ku pierwszego będzie świecić jaśniej niż żarów−
ka zasilana napięciem o kształcie zbliżonym do
zębów piły z rysunku drugiego. Tak samo ilość
ciepła wydzielonego w rezystorze zasilanym ta−
kimi  przebiegami  będzie  różna.  W każdym
przypadku  skutek (ilość  wydzielonego  ciepła)
będzie inny. Amplituda jest jednakowa, a skutki
różne.  Aby  porównać  jakoś  przebiegi  pod

względem  ich  działania  (wydzielania  ciepła)
wprowadzono  pojęcie  wartości  skutecznej.  To
duży  temat,  nie  będziemy  się  weń  wgłębiać.  Na
razie przyjmij, że wartość skuteczna prądu zmien−
nego to taka wartość prądu stałego, który wydzie−
li  na  rezystancji  obciążenia  tyle  samo  ciepła,  co
badany  prąd  zmienny.  Przeanalizuj  też  rysunek
B,  ilustrujący  parametry  fundamentalnego  prze−
biegu – napięcia (prądu) sinusoidalnego. Właśnie
sinusoida jest podstawowym, niejako pierwotnym
i naturalnym przebiegiem przemiennym. W przy−
szłości dowiesz się dokładniej, że przebiegi o naj−
rozmaitszych kształtach w rzeczywistości są zło−
żeniem  pewnej  liczby  przebiegów  sinusoidal−
nych. Na razie zapamiętaj, że wartość szczytowa
sinusoidy jest , czyli 1,41...razy większa od
wartości skutecznej.

Dla przebiegu prostokątnego (pierwszy prze−

bieg na rysunku A) wartość skuteczna jest równa
jego amplitudzie, wartość średnia jest równa zeru.

Prąd przemienny często oznaczamy

skrótem  AC  (ang.  Alternate  Current),
w odróżnieniu od prądu stałego, który ozna−
czamy  DC  (Direct  Current).  Podczas  pierw−
szej wyprawy porównaliśmy prąd elektrycz−
ny z przepływem wody w rurach. W instala−
cji  wodociągowej  woda  może  płynąć  tylko
w jednym  kierunku  –  odpowiednikiem  tego
jest prąd stały (ściślej: jednokierunkowy)

Analogią obwodu prądu zmiennego była−

by pompa tłokowa, powodująca przepływ
wody raz w jedną, raz w drugą stronę, co ilu−
struje rysunek 3.

Podobnie jest z prądem zmiennym (ściślej:

przemiennym) w sieci energetycznej – elek−
trony poruszają się raz w jedną, raz w drugą
stronę, a biegunowość napięcia zasilającego
zmienia się 50 razy na sekundę – fachowo po−
wiemy: z częstotliwością 50 herców (50Hz).

kilkunastu woltów. Jeśli do transformatora
dołączysz  diodę  LED    i rezystor  według
rysunku 1, będzie świecić niezależnie od
kierunku włączenia. Nie bój się o bieguno−
wość. Wprawdzie na schemacie zaznaczy−
łem  umowne  punkty  A,  B,  jednak  żaden
z przewodów nie jest wyróżniony – prze−
konaj się, że tym razem nie ma tu „plusa
i minusa”, a układ zachowuje się tak samo
przy dowolnym podłączeniu przewodów
zasilacza  (ja  dla  wygody  obciąłem  ory−
ginalną końcówkę kabla zasilacza).

Zestaw teraz układ według rysunku 2

i fotografii 1. Zaświecą się obie diody,
mimo że są włączone w przeciwnych
kierunkach.

Wygląda na to, że napięcie jest jedno−

cześnie i dodatnie i ujemne... Czyżby?

Nie, tak być nie może! W danej chwi−

li napięcie jest albo dodatnie, albo ujem−
ne, albo równe zeru...

Żeby odkryć tajemnicę, pomachaj

energicznie diodami w pomieszcze−
niu, gdzie światło jest przytłumione.
Zobaczysz...

...
Nie, nie powiem, co zobaczysz!

Sprawdź  sam!  Efekt  jest  interesujący.
Przekonasz  się  naocznie,  że  diody  nie
świecą  jednocześnie,  tylko  zaświecają
się  na  przemian.  Następuje  to  50  razy
w ciągu sekundy. Nasze oko nie jest zbyt
szybkie  i normalnie  daje  się  oszukać,
dając wrażenie ciągłego świecenia. Jeśli
jednak  energicznie  poruszasz  diodami,
sztuczka wychodzi na jaw.

W przypadku baterii i zasilacza uży−

wanego na poprzednich wyprawach mie−
liśmy do czynienia z prądem stałym;
tam takiego efektu nie ma, bo dioda świe−
ci ciągle. Teraz mamy do czynienia z prą−
dem zmiennym, ściślej przemiennym.

Spróbuj teraz zmierzyć napięcie wyj−

ściowe  zasilacza  AC  12/300.  Wcześniej
zawsze  wykorzystywaliśmy  woltomierz
i amperomierz  napięcia  stałego  (DC).
Ustaw  woltomierz  na  zakres  20VDC.
Zmierz napięcie z transformatora (punkty
A, B na rysunkach 1, 2). Jaką wartość po−
kazuje woltomierz? ...

Coś tu nie gra, powinno być kilkanaście

woltów, a jest coś koło zera. Żeby zmierzyć
wartość zmiennego na−
pięcia  transformatora,
musisz użyć woltomie−
rza  napięć  zmiennych.
Ustaw na mierniku za−
kres  20VAC.  Teraz
wszystko  jest  w po−
rządku  –  woltomierz
pokazuje

sensowną

wartość  (ja  w układzie
z rysunku 2 uzyskałem
wynik  14,54V,  przy
czym  napięcie  w sieci
wynosiło  212V).  Bez
obciążenia

napięcie

wyjściowe transforma−
tora było nieco wyższe
i wynosiło 14,68V.

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

LEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Rys. 2

rury

− odpowiedniki

przewodów

zwężka

− odpowiednik

rezystora

zwężka

− odpowiednik

rezystora

cylinder

z tłokiem

− odpowiednik

źródła napięcia

przemie

nne

cylinder

z tłokiem

− odpowiednik

źródła napięcia

przemie

nne

Rys. 1

Rys. 3

Rys. 4

Rys. A

Dla  przebiegu  stałego  częstotliwść  jest  równa
zeru,  natomiast  amplituda,  wartość  skuteczna
i wartość średnia są jednakowe, dlatego poda−
jemy  tylko  jedną  wartość  napięcia  czy  prądu
stałego.

Podawane wartości napięć zmiennych, na

przykład napięcia wyjściowego transformatora,
to wartości skuteczne. Oznaczenie 24VAC to
też wartość skuteczna napięcia.

W razie potrzeby, by uniknąć wątpliwości,

wartości skuteczne napięcia i prądu oznacza się
literkami sk lub od angielskiego skrótu RMS,
np.: 12Vsk, 4A

RMS

, 4,7mAsk, 8,2mV

RMS

Cuda i dziwy?

W ćwiczeniu 3 mierzyliśmy napięcia stałe
i zmienne. Wydały się bardzo dziwne. Teraz już

wiesz, że woltomierz napięcia zmiennego mierzy
wartości skuteczne, że napięcie po dołączeniu
kondensatora wzrasta, bo ładowany jest on
w szczytach sinusoidy, czyli napięciem szczyto−
wym.

Z podanych zależności, które zresztą znaj−

dziesz w każdej książce, można wysnuć wniosek,
że napięcie na kondensatorze będzie równe am−
plitudzie przebiegu zmiennego. Ściślej amplitu−
dzie pomniejszonej o spadek napięcia na diodzie.

Dokładne przeliczenie wartości uzyskanych

w ćwiczeniach  3  i 4  wskazuje,  że  coś  się  tu  nie
zgadza.  Po  pierwsze,  transformator  miał  dawać
napięcie zmienne 12V, a dawał napięcie znacznie
większe.  Po  drugie,  uzyskane  wartości  napięć
stałych  też  nie  do  końca  odpowiadają  podanym
wzorom.

ćwiczeniu 1

zmierzyliśmy na−
pięcie

zmienne

między punktami
A, B

(14,54V).

Zmierz napięcie
stałe

między

punktami C, D we−
dług rysunku 3.

Włącz  teraz  w obwód  zwykłą  diodę  D1
(1N4007) według rysunku 3. Jedna dio−
da LED zgaśnie. Nic dziwnego, dioda D3
przepuszcza  prąd  w jednym  kierunku
(właściwości  diody  badaliśmy  podczas
trzeciej wyprawy.

Rysunek 4 pokazuje przebiegi napięć U

oraz U

w czasie. Mówimy, że dioda D1

prostuje prąd zmienny, a transformator z dio−
da jest prostownikiem półokresowym lub

jednopołówkowym. Na−
pięcie U

jest napięciem

jednokierunkowym, tęt−
niącym.

Jeśli diodę D1 włączysz

„w drugą stronę”, wykorzystasz
ujemne połówki przebiegu.

Rysunek 4 pokazuje przebieg zmian na−

pięcia sieci w czasie. Krzywa ta to tak zwana
sinusoida − jest to podstawowy przebieg
w elektronice. Właśnie tak zmienia się napię−
cie w sieci energetycznej.

Popularny  element,  czę−
sto  w skrócie  nazywany
trafo,  którego  zadaniem
jest  zmiana  wartości  na−
pięcia zmiennego, a zwy−
kle także oddzielenie gal−
waniczne  dwóch  obwodów  ze  względów
bezpieczeństwa.

Typowy transformator składa się z dwóch

uzwojeń (pierwotnego i wtórnego), nawinię−
tych na rdzeniu. Niektóre transformatory ma−
ją kilka uzwojeń.

Podstawowy symbol transformatora po−

kazuje rysunek powyżej.

Najczęściej stosowane są transformatory

sieciowe z rdzeniem z blach transformatoro−
wych, gdzie uzwojenia pierwotne i wtórne są
skutecznie oddzielone galwanicznie. Foto−
grafia 1 pokazuje wygląd kilku popularnych

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

TECHNIKALIA

Rys. 4

Rys. 5

Ćwiczenie 3

Najprostszy

zasilacz

Czy wiesz, że...

w literaturze można zna−

leźć rysunkowy dowcip, po−

kazujący jak dioda prostuje

prąd zmienny.

W rzeczywistości działanie dio−

dy opiera się na złożonych za−

leżnościach, opisywanych

przez tak zwaną fizykę

kwantową.

Ćwiczenie 2

Prostownik jedno−

połówkowy (półokresowy)

Rys. B

Rys. 3

Fot. 1

Fot. 2

transformatorów  sieciowych  z tak  zwanym
rdzeniem  EI  (ze  względu  na  podobieństwo
blaszanych  kształtek  rdzenia  do  liter  E,  I).
Fotografia 2 pokazuje transformatory siecio−
we z tzw. rdzeniem zwijanym. Kolejna foto−
grafia  3  przedstawia  nowoczesne,  chętnie
stosowane transformatory toroidalne. Zamie−
niają one duże i groźne dla życia przemienne
napięcie sieci energetycznej (220...230V) na
niewielkie  przemienne  napięcie  wtórne
(3...24V).  Generalnie  czym  większy  (i cięż−
szy) jest rdzeń tranzystora, tym większą moc
może przenieść.

Uwaga! Transformatory pracują tylko

przy napięciach przemiennych. Podanie nań
napięć stałych wywoła przepływ dużego prą−
du, przegrzanie uzwojeń i uszkodzenie.

Podstawowymi parametrami transforma−

torów  sieciowych  są  napięcie  uzwojenia
wtórnego, prąd nominalny i związana z tym
moc.  Krajowe  transformatory  sieciowe
oznaczane  są  literami  TS  i dwiema  liczba−
mi. Pierwsza liczba określa moc transforma−
tora, druga jest numerem seryjnym i nie nie−
sie  informacji  o parametrach.  Przekonasz
się,  że  w katalogach  moc  podaje  się  nie
w watach, tylko w tak zwanych woltoampe−
rach  (skrót  VA).  Ty  na  razie  nie  musisz
wchodzić w szczegóły – możesz przyjąć, że
chodzi  o waty.  Przykładowo  TS2/56  to
oznaczenie  popularnego,  dwuwatowego
transformatora  o napięciu  nominalnym
15,8V i prądzie 0,1A.

Nominalne napięcie wyjściowe transfor−

matora to napięcie (wartość skuteczna napię−
cia zmiennego) mierzone przy obciążeniu
prądem nominalnym.

Do różnych celów używane są też inne

transformatory:  impulsowe,  mikrofonowe,
autotransformatory,  itd.    z rdzeniami
z blach albo ze specjalnego materiału zwa−
nego  ferrytem.  Na  razie  nie  będziemy  się
nimi zajmować.

Mostek prostowniczy

Ponieważ bardzo często w układach prostow−
ników i zasilaczy stosowane są prostowniki
mostkowe, przemysł produkuje wiele typów
gotowych mostków.

Zagadkę wyjaśnia rysunek C. Główną przy−

czyną są szkodliwe rezystancje wewnętrzne trans−
formatora. Uzwojenia transformatora, wykonane
z drutu miedzianego, mają jakąś rezystancję (do te−
go dochodzą inne szkodliwe zjawiska). Jeśli przez
uzwojenia popłynie prąd, wystąpi spadek napięcia
na tych rezystancjach. Spowoduje to także grzanie
transformatora. Maksymalny prąd (i maksymalna
moc) zależy w dużym stopniu właśnie od omawia−

nych rezystancji. Nie można z transformatora po−
brać  dowolnie  dużego  prądu  –  nie  pozwolą  na  to
rezystancje,  powodujące  zmniejszanie  napięcia
wyjściowego  wraz  ze wzrostem  prądu.  Prąd  ma−
ksymalny  (i moc)  są  one  określane  przez  produ−
centa i można je znaleźć w katalogu − wyznaczone
są w sumie przez dopuszczalne temperatury uzwo−
jenia i rdzenia.

A jak wobec tego określa się napięcie wyjścio−

we transformatora? Czy w stanie jałowym, bez ob−
ciążenia, gdy napięcie jest największe? Czy raczej
przy największym dla danego transformatora ob−
ciążeniu, gdy napięcie jest najmniejsze?

Uważaj! Podawane w katalogu napięcie wyj−

ściowe transformatora, to wartość skuteczna napię−
cia zmiennego przy prądzie maksymalnym i co
ważne − przy obciążeniu rezystancją. W takich

(nie  zapomnij  przełączyć  woltomierza
z zakresu  AC  na  DC).  Mój  woltomierz
napięcia stałego pokazał 6,4V.
Teraz  dodaj  do  prostownika  jednopo−
łówkowego kondensator według rysun−
ku  5.  Pamiętaj,  że  odwrotne  włączenie
kondensatora elektrolitycznego grozi je−
go wybuchem!

Gdy kondensator, zwany kondensato−

rem filtrującym, dołączysz podczas pracy
układu (patrz fotografia 2), dioda zaświe−
ci zdecydowanie jaśniej. Wygląda na to,
że dołączenie kondensatora podwyższa
napięcie wyjściowe...

Zmierz napięcie na kon−

densatorze C1. U mnie wy−
nosiło... 18,4V Bez konden−
satora napięcie wyprostowa−
ne (6,4V.DC) jest dużo
mniejsze

niż

napięcie

zmienne

zasilacza

(15,54V).  Ale  za  to  z kon−
densatorem napięcie stałe na
wyjściu  (18,4V)  jest  znacz−
nie  większe  niż  napięcie
zmienne na wejściu! Czy to
cud, czy jakaś pomyłka?

Nie jest to ani cud, ani

pomyłka.

Wyjaśnienie

znajdziesz w TECHNI−
KALIACH.

Układ z rysunku 5 jest

najprostszym  zasilaczem,
ale takich zasilaczy prawie
się  nie  stosuje.  Sprawdź−
my  właściwości  takiego
zasilacza.  Ostrzegam  jed−
nak  –  będzie  głośno,  bar−
dzo głośno.

Czy już wiesz, dlaczego?
Podłącz brzęczyk w układzie według

rysunku 6a. Usłyszysz głośny terkot. Nic
dziwnego, brzeczyk jest zasilany napię−
ciem tętniącym – patrz rysunek 4. Dodaj
kondensator filtrujący o pojemności 22

µF

według rysunku 6b. Terkot niemal całko−
wicie zniknie, usłyszysz ciągły dźwięk
brzęczyka – kondensator wygładził napię−
cie wyjściowe.

Fotografia 3 pokazuje układ na tym

etapie. Gdy dołączysz obciążenie R1D2
według rysunku 6c, terkot wyraźnie się

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

Rys. 6

Fot. 2

Rys. C

Fot. 3

warunkach prąd pobierany z transformatora takze
ma kształt sinusoidy. Rysunek D ilustruje spadek
napięcia jakiegoś transformatora przy obciążeniu
rezystancją. Linią kropkowaną zaznaczyłem prąd,
linią ciągłą – napięcie.

Gdy przez szkodliwe rezystancje uzwojeń pły−

nie „spokojny” przebieg sinusoidalny, spadek na−
pięcia jest stosunkowo mały. Jeśli jednak pojawią
się  impulsy  prądowe  o dużej  wartości,  wtedy
oczywiście  spadek  napięcia  na  rezystancjach
uzwojeń będzie dużo większy. W rezultacie napię−
cie  wyprostowane  będzie  dodatkowo  zmniejszo−
ne. Pokazuje to w uproszczeniu rysunek E. Linia
przerywana  pokazuje  napięcie  wyprostowane  na
obciążeniu.

Zwróć uwagę, że kondensator filtrujący C1 jest

szybko ładowany dużym prądem jedynie w dodat−

nich szczytach sinusoidy. I tylko wtedy w uzwoje−
niach płynie prąd i następuje spadek napięcia

Popatrz na schemat z rysunku 8a, gdzie
wykorzystujemy,  umownie  biorąc,  „do−
datnie”  połówki  przebiegu;  „ujemne”
nie są wykorzystywane. W układzie we−
dług  rysunku  8b wykorzystujemy  po−
łówki „ujemne”. A czy nie można jakoś
wykorzystać jednych i drugich?

Masz jakiś pomysł?
Z dwiema diodami nie da rady, ale...
W układzie według rysunku 9a też wy−

korzystujemy  „dodatnie”  połówki,  a we−
dług 9b – „ujemne”. Jeśli połączymy je ra−
zem otrzymamy układ z rysunku 9c. Moż−
na go też narysować jak pokazuje rysunek
9d. Jest to prostownik mostkowy, pełno−
okresowy,  inaczej  dwupołówkowy,  zwany
także  mostkiem  Graetza  (czytaj:  greca).
Przeanalizuj  w jakich  obwodach  płynie
prąd w dodatnich i ujemnych półokresach.
Zapamiętaj,  że  napięcie  na  obciążeniu  jest
mniejsze  od  napięcia  z transformatora
o spadki  napięcia  na  dwóch  diodach

(1,2...2V). Co istotne, przez każdą parę diod
płynie połowa prądu obciążenia. Dzięki te−
mu układ mostkowy złożony z diod na

przykład 1−amperowych może prostować
prąd o natężeniu do 2A (ale mostek 1−am−
perowy nie może pracować przy 2A).

zwiększy – przy większym obciążeniu
mały kondensator nie wystarcza i tętnie−
nia się zwiększają.

Teraz dołącz (możesz dotknąć) do C1

dodatkowy kondensator o pojemności
1000

µF – terkot zniknie całkowicie –

znów usłyszysz ciągły pisk brzęczyka
bez śladu terkotu. Nie wyciągnij z tego
wniosku, że kondensator zwiększa moc.

On tylko wygładza napięcie, stanowiąc
pomocniczy zbiornik energii.

Rysunek 7 pokazuje przebiegi w róż−

nych wersjach układu z rysunku 6.
Tylko przy małych prądach obciążenia
mały kondensator powoduje, że napięcie

wyjściowe nie wykazuje wahań. Po dołą−
czeniu obciążenia napięcie zasilające nie
jest już „gładkie” – pojawiają się tętnie−
nia, a ponadto napięcie wyjściowe się
zmniejsza. Jeśli nie wszystko rozumiesz,
zajrzyj do TECHNIKALIÓW.

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

TECHNIKALIA

Ćwiczenie 4

Prostownik mostkowy. Najprostszy zasilacz

Rys. 8

Rys. 7

Rys. D

Rys. E

Fot. 3

Fot. 4

Fotografia poniżej pokazuje kilka mostków.

Moc

W ćwiczeniu 5 przekonaliśmy się, jak wiel−
kość  wpływa  na  właściwości  rezystora.  Te−
raz już wiesz, że oprócz rezystancji, drugim
najważniejszym  parametrem  rezystora  jest
obciążalność.  Wyrażamy  ją  w watach  (W).
Obciążalność  wskazuje,  jaka  moc  maksy−
malna może wydzielać się w rezystorze bez
ryzyka  jego  uszkodzenia  (spalenia).  Obcią−
żalność  typowych,  małych  rezystorów  wy−
nosi 0,1...0,4W. Fotografia poniżej pokazu−
je kilka rezystorów o takim samym nomina−
le  (750

Ω) i o różnej obciążalności (potocz−

nie: o różnej mocy). Duży, zielony rezystor
drutowy ma obciążalność 8W, a temperatura
powierzchni w czasie pracy może dojść do
+300

C. Drugi duży rezystor metalizowany

ma obciązalność 1W. Małe rezystorki mają
obciążalność około 0,25W.

Problem mocy i grzania dotyczy nie tylko

rezystorów. Gdy przez dowolny element pły−
nie  prąd  i na  elemencie  występuje  napięcie,
w elemencie  tym  wydziela  się  ciepło.  Staje
się on grzejnikiem Moc elektryczna zamienia
się  na  moc  cieplną  i jest  to  tak  zwana  moc
strat.  Podobnie  jest  przy  prądzie  stałym
i zmiennym (przy prądzie zmiennym są jed−
nak  wyjątki,  ale  to  historia  z zupełnie  innej
bajki).

Najprościej biorąc, moc to iloczyn napię−

cia i prądu. Jeśli na elemencie występuje na−
pięcie U i płynie jakiś prąd I, w elemencie
wydzieli się moc P w postaci ciepła.

P = U*I
Czym większe napięcie i większy prąd,

tym większa wydzielana moc cieplna. To cie−
pło strat jest przekleństwem układów elektro−
nicznych, zwiększa bowiem temperaturę ele−
mentów. Zwiększa też prawdopodobieństwo
awarii, czyli obniża niezawodność.

Prawdę mówiąc, to nie moc strat jest

źródłem zła, tylko właśnie wysoka temperatura.

Wprost do zasilacza AC12/300 dołącz
rezystor o wartości 470

Ω. Przy napię−

ciu  w granicach  15V (u mnie  było
14,3V) przez rezystor płynie prąd oko−
ło  32mA.  Po  kilku  sekundach  dotknij
rezystora  palcami  –  jest  mocno  ciepły
(ale się nie poparzysz). Przepływ prądu
przez  rezystancję  powoduje  wydziela−
nie  ciepła.  Moc  elektryczna  zamienia
się na cieplną.

Jeśli chcesz, możesz zrobić podobny

eksperyment ze świeżą baterią alkalicz−
ną 1,5V (paluszek LR6). Żeby jednak re−
zystor był tak samo ciepły, rezystancja
musi wynosić 4,7

Ω. Prąd wyniesie teraz

aż 0,32A (320mA). Uwaga! Ze zwykłym,

tańszym „paluszkiem” doświadczenie
może się nie udać, bo zwykłe baterie ma−
ją mniejszą wydajność i nie uzyskasz
prądu o wartości 320mA.

Zwróć uwagę, że aby wydzielić taką

samą  ilość  ciepła,  mamy  albo  duże  na−
pięcie  i mały  prąd  (15V;  0,032A),  albo
małe napięcie i duży prąd (1,5V; 0,32A).
W obu  przypadkach  iloczyn  napięcia
i prądu (U*I) jest taki sam i wynosi oko−
ło 0,5... Zero pięć czego?

0,5 W czyli pół wata. Pół wata mocy

strat w postaci ciepła.

I to jest kolejna ważna sprawa do zro−

zumienia i zapamiętania: jeśli przez re−
zystor albo inny element płynie prąd

Dodaj do prostownika kondensator

filtrujący. Układ z rysunku 9d jest pro−
stym zasilaczem. Dla ścisłości trzeba do−
dać, że jest to zasilacz niestabilizowa−
ny. Najtańsze zasilacze kupowane na ba−
zarach mają taką właśnie budowę.

Model pokazany na fotografii 4 za−

wiera nie cztery pojedyncze diody, tylko
element  zwany  mostkiem  prostowni−
czym.  Dlatego  na  schematach  cztery
diody  często  zastępuje  się  innym,  rów−
norzędnym  symbolem.  Dodatkowo  na
fotografii  zobaczysz  widok  mostka  od
strony wyprowadzeń.

Przebiegi w układzie będą wyglądać

podobnie,  jak  w prostowniku  jednopo−
łówkowym  z rysunku  7.  Napięcie  wyj−
ściowe  na  kondensatorze  jest  takie  sa−
mo. Układ mostkowy jest jednak zdecy−
dowanie  lepszy,  bo  wykorzystuje  obie
połówki przebiegu przemiennego, a tym
samym  pozwala  w pełni  wykorzystać
możliwości transformatora.

Omówione proste zasilacze niestabi−

lizowane są niedoskonałe, bo przy
wzroście poboru prądu ich napięcie
znacznie się zmniejsza i zwiększają się
tętnienia.

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Ćwiczenie 5

Moc i ciepło.

Obciążalność rezystorów

Rys. 9

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

ELEMENT

arz

Fot. 4

transformatora. Przebieg z transformatora zostaje
zdeformowany i nie przypomina już sinusoidy.

Co najważniejsze, pod wpływem obciążenia

występuje  tu  duży  spadek  napięcia  wyjściowego.
Zwróć uwagę, że jest on dużo większy, niż w ukła−
dzie z obciążeniem rezystorowym według rysunku
D.  Sytuacja  trochę  się  poprawi  po  zastosowaniu
prostownika mostkowego, ale nadal przez uzwoje−
nia i diody będzie płynął prąd o charakterze impul−
sowym,  powodujący  znaczne  spadki  napięcia  na
uzwojeniach transformatora.

Jakie są wnioski praktyczne?
Niezbyt wesołe!
Okazuje się, że znajomość podawanych w ka−

talogu napięć i prądu transformatora nie pozwala
na obliczenie wszystkich ważnych parametrów
zasilacza.

Przypuśćmy, że mamy transformator TS10/35

o mocy 10VA, który według katalogu ma napięcie
9V i prąd 1A (o mocy przeczytasz za następnym
śródtytułem).

Czy po wyprostowaniu w układzie według ry−

sunku  E uzyskamy  na  kondensatorze  filtrującym
napięcie  12,1V,  szczytowe  (1,41*9V),  pomniej−
szone  o spadek  napięcia  na  diodzie  (0,6V)?  Czy
uda się „wycisnąć” z niego 10 watów mocy, czyli
przy obliczonym właśnie napięciu 12,1V uzyskać
prąd 0,82A?

Oj, oj, nie tak szybko szybko!
Nawet z prostownikiem mostkowym najpraw−

dopodobniej nie uda się uzyskać takiego wyniku.

Pamiętaj, że napięcie 9V (przemienne, wartość

skuteczna) uzyskuje się na uzwojeniu wtórnym
przy obciążeniu rezystancją, przy prądzie 1A.

Zestaw układ według rysunku 10 i foto−
grafii  6.  Tym  razem  dioda  LED  pełni
tylko  rolę  pomocniczą.  Interesuje  nas
temperatura tranzystora i temperatura re−
zystora R1. Temperatura wskazuje, jaka
moc  wydziela  się  w tych  elementach.
Sprawdź w jakim położeniu suwaka po−
tencjometru tranzystor grzeje się najbar−
dziej.  Nie  spiesz  się;  żeby  nagrzać  się
lub  ostygnąć,  elementy  potrzebują  co
najmniej kilkunastu sekund.

Jaki jest wynik?
Zgodnie z oczekiwaniami rezystor R1

jest  najcieplejszy,  niemal  gorący,  w gór−
nym  (na  rysunku)  położeniu  suwaka  po−
tencjometru.  Wtedy  występuje  na  nim
największe  napięcie  i płynie  największy

prąd, o czym też świadczy dioda LED
(która tu dla dobra nauki pracuje poza do−
puszczalnym przez producenta zakresem).

A tranzystor? Może jest dla Ciebie za−

skoczeniem, że najcieplejszy jest w środko−
wym  położeniu  suwaka,  a nie  przy  naj−
większym  prądzie.  W górnym  położeniu
suwaka prąd płynący przez tranzystor jest
wprawdzie największy, ale napięcie na nim
jest małe, rzędu 1V, więc i moc strat (U*I)
jest niewielka. W dolnym położeniu suwa−
ka napięcie na tranzystorze jest wprawdzie
największe,  jednak  prąd  jest  mały,  więc
moc  też  jest  niewielka.  Uwaga!  Zmiany
temperatury  tranzystora  są  niewielkie  –
aby były większe, możesz zmniejszyć R1 do
100

Ω, ale maksymalny prąd będzie dużo

większy, niż zaleca−
ny przez producenta
prąd diody LED.

W każdym razie

w pewnych  warun−
kach  pracy  tranzy−
stor  się  grzeje.  Te−
raz już chyba rozu−

miesz, dlaczego w katalogach podaje się
maksymalną moc strat tranzystora. Jeśli
moc tracona (zamieniana na ciepło) bę−
dzie większa od dopuszczalnej, tranzystor
ulegnie przegrzaniu i trwałemu uszkodze−
niu. W TECHNIKALIACH znajdziesz
nieco więcej na ten temat.

Piotr Górecki

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW

Informacje dotyczące zestawu

EdW−04 do „Oślej łączki“

znajdują się na stronie 120.

i występuje na nim napięcie, to w tym
elemencie wydziela się tak zwana moc
strat w postaci ciepła.

Moc, w tym wypadku moc strat,

oznaczamy literą P, i obliczamy z proste−
go wzoru:

P = U * I
gdzie U – napięcie na elemencie,

I – prąd płynący przez element.

Moc mierzymy w watach. Na razie

możesz  przyjąć  w uproszczeniu,  że  wat
to  wolt  razy  amper.  Doświadczenie  po−
twierdza,  że  taką  samą  moc  uzyskamy
przy  małym  prądzie  i dużym  napięciu
(zasilacz),  jak  i przy  dużym  prądzie
i małym napięciu (paluszek).

Przygotowując to
ćwiczenie,

dołą−

czyłem  wprost  do
wyjścia  zasilacza
AC12/300    mały
rezystor  o wartości
10

Ω. Przy takim ob−

ciążeniu  napięcie  (zmienne)  spadło  do
6,95V,  czyli  przez  rezystor  ten  popłynął
prąd (zmienny) o wartości około 0,7A. Po
dziesięciu sekundach rezystor zaczął dymić
i wkrótce  zrobił  się  czarny.  Lakier  spuchł
i zwęglił się, a pomieszczenie wypełniło
się  zapachem,  najdelikatniej  mówiąc,
mało przyjemnym. Po minucie końcówki
rezystora zrobiły się tak gorące, że prze−
wody od zasilacza same się odlutowały.

W zestawie elementów A04 znaj−

dziesz dwa małe rezystory 10−omowe.
Możesz powtórzyć doświadczenie, tylko
nie miej do mnie pretensji, że nie ostrze−
gałem przed efektami zapachowymi
i możliwością poparzenia palców.

Potem dołączyłem do zasilacza rezy−

stor drutowy typu RDCO, o tej samej re−

zystancji 10

Ω, ale znacznie większy.

Rozgrzał się on do temperatury ponad
+100

C (kropelka wody, czytaj – śliny

wyparowywała momentalnie), ale się nie
spalił.

Ty nie musisz wykonywać takiego

ćwiczenia, popatrz tylko na fotografię 5,
pokazującą nowy, mały rezystor 10−omo−
wy, to co zostało z testowanego rezysto−
ra oraz większy rezystor typu RDCO,
który nie uległ uszkodzeniu.

Teraz już chyba jasno widzisz, że

obok  rezystancji,  drugim  najważniej−
szym  parametrem  rezystora  jest  obcią−
żalność, zwana też po prostu mocą. Ma−
ły  rezystor  o obciążalności  około  0,25
wata uległ uszkodzeniu. Dużemu, o ob−
ciążalności 8 watów, nic się nie stało.

Ośla łączka

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

TECHNIKALIA

Czy wiesz, że...

nazwa jednostki mocy, wat, po−

chodzi od nazwiska Jamesa Watta,

wynalazcy maszyny parowej.

Rys. 10

Ćwiczenie 6

Moc strat tranzystora

Fot. 5

Fot. 6

Bez obciążenia, w stanie jałowym napięcie

transformatora  będzie  większe  od  podanego  w
katalogu,  więc  po  wyprostowaniu  otrzymamy  na
kondensatorze  filtrującym  napięcie  sporo  wyższe
niż 12V. Natomiast pod obciążeniem napięcie bę−
dzie  znacząco  spadać,  bo  duże  impulsy  ładujące
kondensator  spowodują  duże  spadki  napięcia  na
rezystancjach  transformatora.  Przy  prądzie  o tak
dużej wartości spadek napięcia na diodzie też bę−

dzie  większy  niż  0,6V i może  wynosić  nawet
1V czy  1,1V.  Trzeba  też  uwzględnić,  że  w wielu
okolicach kraju napięcie sieci energetycznej nadal
jest  znacznie  niższe  od  nominalnego  i wynosi
210V lub jeszcze mniej. Wszystko to powoduje, że
z transformatora  tego  nie  da  się  uzyskać  napięcia
stałego 12,1V przy prądzie 0,82A.

Ponieważ w grę wchodzą tu jeszcze inne czynni−

ki, precyzyjne obliczenie, jakie napięcie stałe uzyska−

my przy danym prądzie obciążenia, jest bardzo trud−
ne. Małe transformatory są „miękkie”, to znaczy, że
napięcie pod obciążeniem znacznie spada. Transfor−
matory duże, zwłaszcza toroidalne, są „sztywne”, to
znaczy ich napięcie wyjściowe mało zmienia się pod
wpływem obciązenia. W każdym razie hobbysta po−
winien nastawić się na przykre niespodzianki i ekspe−
rymentalnie sprawdzić możliwości zasilacza, zwła−
szcza przy obniżonym napięciu sieci (np. 200V).