A4

6 1

37

O ś la łą c z k a

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

Ś w ie c ą c e p a s k i, Z a s ila c z la b o r a t o r y jn y , P r o s t o w n ik i,

S t a b iliz a t o r r e g u lo w a n y , S t a b iliz a t o r L D O ,

Ź r ó d ło n a p ię c ia w z o r c o w e g o ,

P o w ie la c z e n a p ię c ia , R e g u lo w a n a d io d a Z e n e r a ,

Ł a d o w a r k a a k u m u la t o r ó w k w a s o w y c h ,

Ł a d o w a r k a a k u m u la t o r ó w N iC d ,

R o z ła d o w a r k a w y r ó w n u ją c a

stabilizatory

potencjometr

montaż owy

potencjometr

zasilacz

AC 12 V 3 0 0 mA

diody LE D

dioda Zenera

mostek

prostowniczy

ź ródła napięcia

odniesienia

kondensatory

rezystory

diody

tranzystory

brzęczyk

piezo

Gdy pierwszy raz w życiu stajesz na nartach, nie odbywa
się to na szczycie K asproweg o. S zuk asz jak ieg oś łag odne−
g o, m ało strom eg o stok u, jednym słowem − oślej łą czk i.
D opiero g dy na tak iej oślej łą czce nauczysz się podstaw,
bę dziesz w stanie bezpiecznie zjechać z K asproweg o.

N iniejszy cyk l jest odpowiednik iem wypraw na tak ą

oślą łą czk ę . P oszczeg ó lne wyprawy pozwalają poznać k o−
lejne najważniejsze zag adnienia elek tronik i. K urs został
pom yślany, by przede wszystk im bawić , a przy ok azji
uczyć . Z abawa poleg a na wyk onywaniu ró żnych poży−
tecznych i ciek awych uk ładó w.

W niniejszym cyk lu wszelk ie interpretacje fizyczne są

m ocno uproszczone (o ile w og ó le są ), a g łó wna uwag a
jest sk ierowane na zag adnienia prak tyczne. U wydatnia to
charak terystyczna struk tura k ursu − k ażdy odcinek zawie−
ra cztery blok i, wyró żnione k oloram i.

N ajważniejszy blok to um ieszczone na białym tle ćwi−

c z e n ia p r a k ty c z n e

. P odane tu inform acje całk owicie wy−

starczą do zbudowania i uruchom ienia opisanych uk ła−
dó w. N ie lek ceważ tych ć wiczeń ! S am o przeczytanie te−

k stu nie dostarczy C i wszystk ich najważniejszych infor−
m acji. D opiero prak tyczne wyk onanie i zbadanie zapropo−
nowanych uk ładó w pozwoli wycią g ną ć wniosk i i w pełni
zrozum ieć opisane zag adnienia.

W yró żniony niebiesk im k olorem E L E M E N T a r z

przybliża użyte w ć wiczeniach elem enty oraz zawiera in−
ne niezbę dne wiadom ości.

W arto poświę cić trochę czasu i starannie przeanalizo−

wać zam ieszczone na żó łtym tle T E C H N IK A L IA − czyli
najważniejsze wyjaś nienia techniczne. B ib lio te c z k a
p r a k ty k a

− czwarty blok , wyró żniony k olorem ró żowym ,

jest przeznaczony dla osó b, k tó re chcą projek tować wła−
sne uk łady. W tej czę ści prezentowane są podstawowe
wiadom ości niezbę dne m łodem u k onstruk torowi.

N iniejszy m ateriał jest czwartą wyprawą na oślą łą cz−

k ę . A by bezboleśnie rozpoczą ć swą przyg odę z elek troni−
k ą , warto zaczą ć od lek cji pierwszej, oznaczonej A 1 . P o−
dane są tam podstawowe inform acje, w tym dotyczą ce
m ontażu oraz k odu k oloroweg o, stosowaneg o do oznacza−

nia rezystoró w. K olejne odcink i publik owane są w E lek −
tronice dla W szystk ich, począ wszy od num eru 1 0 /2 0 0 0 .

A rchiwalne num ery E lek tronik i dla W szystk ich oraz

zestawy wszystk ich elem entó w oraz m ateriałó w niezbę d−
nych do przeprowadzenia ć wiczeń dostarczane są przez
firm ę A V T − szczeg ó ły podano w ram ce na k oń cu artyk u−
łu (E dW 8 /2 0 0 1 ) oraz na stronach 1 1 9 −1 2 3 teg o num eru.

P odczas czwartej wyprawy wyk onasz k olejne wspa−

niałe i pożyteczne uk łady. Z ajm iem y się bardzo pożytecz−
nym i uk ładam i: prostownik am i, zasilaczam i i stabilizatora−
m i. P oznasz też podstawowy przyrzą d pom iarowy elek tro−
nik a − oscylosk op. O czywiście nie m usisz k upować oscy−
losk opu − wszystk ie opisane ć wiczenia wyk onasz z powo−
dzeniem bez nieg o. D o ć wiczeń bę dzie natom iast niezbę d−
ne ź ró dło napię cia zm ienneg o − proponuję wyk orzystać
zasilacz napięcia zmiennego o oznaczeniu AC 12/300

.

Ż yczę suk cesu tak że na tej wyprawie

P io tr G ó r e c k i

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 (H z), a oznaczamy małą,
a niekiedy dużą literą f, np.: f= 100H z lub
F = 100H z.

Częstotliwość przebiegu w sieci energetycznej

wynosi dokładnie 5 0H z (5 0 cykli na sekundę).
W elektronice mamy do czynienia z przebiegami
o częstotliwościach rzędu tysięcy (kH z – kiloherc),
milionów (M H z – megaherc), a nawet miliardów
herców (GH z – gigaherc). Przykładowo antena sa−
telitarna odbiera przebiegi o częstotliwościach oko−
ło 12GH z, 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 v ice v ersa.

T = 1/f
f = 1/T
Przykładowo przebieg o częstotliwości 5 0H z

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. R ysu nek 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 prą d em przem ien−
nym . R ysu nek 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 zaw iera jedynie trans−
formator

sieciowy. W zasadzie można byłoby użyć tak zwane−

go transformatora dzwonkowego, jednak ani Autor ani R edak−

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.

U wag a! Nie wolno zwierać ze sobą koń cówek wyjścio−

wych zasilacza, bo m oż e to spowod ować jeg o przeg rzanie
i trwałe u szkod zenie!

W gniazdku sieci energetycznej występuje tak zwane

napięcie przemienne o wartości 210...230V. Transformator na−

szego zasilacza zamienia je na bezpieczne napięcie o wartości

A4

62

38

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

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

Ć wiczenie 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 f abrycznego, atestowa−
nego zasilacza, który co prawda jest dołą−
czany do sieci, ale zastosowane rozwiązania
zapewniają galwaniczną izolację od sieci
i pełne bezpieczeń stwo.

Rys. 1

Rys. 2

F ot. 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 L ED 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). B ez

obciążenia napięcie

wyjściowe transforma−

tora było nieco wyższe

i wynosiło 14,6 8V.

A4

63

39

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

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

T

E

C

H
N

I

K
A

L

I

A
T

E

C

H
N

I

K
A

L

I

A

Rys. 2

R

L

a)

b)

rury

− o d p o w ie d n ik i

p rz e w o d ó w

z w ę ż k a
− o d p o w ie d n ik
re z ys to ra

c ylin d e r

z tło k ie m

− o d p o w ie d n ik
ź ró d ła n a p ię c ia
p rz e m ie

g o

n n e

Rys. 1

Rys. 3

Rys. 4

Rys. A

2

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

, 4,7 mAsk, 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. Ś ciślej 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.

W 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

AB

oraz U

CD

w czasie. Mówimy, że dioda D1

prostuje prąd zmienny, a transformator z dio−

da jest prostownikiem półokresowym lub

jednopołówkowym. Na−

pięcie U

CD

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.

Transformator

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. F oto−
grafia 1 pokazuje wygląd kilku popularnych

40

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

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

A4

64

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

z

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 6 a. Usłyszysz głośny terkot. Nic

dziwnego, brzeczyk jest zasilany napię−

ciem tętniącym – patrz rysunek 4. Dodaj

kondensator filtrujący o pojemności 22µF

według rysunku 6 b. 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 6 c, terkot wyraźnie się

85

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

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

A4

65

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 8 a, gdzie

wykorzystujemy, umownie biorąc, „do−

datnie” połówki przebiegu; „ujemne”

nie są wykorzystywane. W układzie we−

dług rysunku 8 b 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 9 a też wy−

korzystujemy „dodatnie” połówki, a we−
dług 9 b – „ujemne”. Jeśli połączymy je ra−

zem otrzymamy układ z rysunku 9 c. Moż−

na go też narysować jak pokazuje rysunek
9 d. 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

1000µF – 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 TECHNIKALIÓ W.

86

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

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

A4

66

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 (750Ω) 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

o

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 470Ω. 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 4,7Ω. Prąd wyniesie teraz

aż 0,32A (320mA). Uwaga! Ze zwykłym,

tań s zym „ p alu s zkiem” d o ś wiad c zen ie
mo ż e s ię n ie u d ać , b o zwykłe b ater ie ma−
ją mn iejs zą wyd ajn o ś ć i n ie u zys kas z
p r ą d u o war to ś c i 3 2 0 mA .

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.

87

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

A4

67

Ćwiczenie 5

Moc i ciepło.

Obciążalność rezystorów

Rys. 9

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

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 R 1 do
1 00

Ω

, ale maksymalny prąd będzie dużo

większy, niż zaleca−
ny przez producenta
prąd diody L E D .

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

C iąg dalszy w kolejnym numerze E dW

I nformacje dotyczące zestawu

E dW −04 do „ O ślej 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

10Ω. 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 10Ω, ale znacznie większy.

Rozgrzał się on do temperatury ponad

+100

o

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.

88

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

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

A4

68

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).

Czy na moc nie ma

mocnych ?

Wiesz, że moc obliczamy jako iloczyn napięcia
i natężenia prą d u .

poniew aż w ed łu g praw a O h ma , oraz,

, w ięc

C zęsto korzystamy z ich przekształconych form:

,

T o są bard zo pożyteczne w zory. Z apamiętaj je,
a jeś li masz tru d noś ci, zapisz i u mieś ć w d obrym
miejscu .

D iod a Z ener a

R ysu nek obok poka−
zu je symbol tak zw a−
nej d iod y Z enera.
Fotografia przed sta−
w ia kilka d iod stare−
g o i now eg o typu .
D iod y Z enera, na−
zw ane sw ojsko przez jed nych „ zenerami” ,
przez innych „ zenerkami” , w ykorzystyw ane
są d o stabilizacji napięcia oraz d o og ranicza−
nia zbyt d u żych napięć .

K oniecznie mu sisz zapamiętać , że d iod a

Z enera w łą czana jest w

u kład niejako od −

w rotnie, czyli w

kieru nku zaporow ym.

W kieru nku przew od zenia zach ow u je się jak
zw ykła d iod a krzemow a.

N ajw ażniejszym parametrami d iod y Z e−

nera są napięcie nominalne oraz d opu s z cz al−
na moc s tr at. J eś li napięcie zaporow e jest
mniejsze od napięcia nominalneg o d iod y,
prą d przez nią nie płynie. P ró ba zw iększenia
napięcia na d iod zie pow yżej napięcia nomi−
nalneg o spow od u je g w ałtow ny w zrost prą d u .
N ajproś ciej biorą c, d iod a nie d opu ś ci d o
w zrostu napięcia i przejmie na siebie cały
prą d .

P rą d przepływ ają cy przez d iod ę pow od u −

je pow staw anie ciepła, i to jest istotny czyn−
nik og raniczają cy. M oc strat d iod y to iloczyn
napięcia na d iod zie i prą d u (P = U * I).

M niej istotne d la począ tku ją ceg o h obby−

sty są inne parametry, jak w spó łczynnik
zmian napięcia Z enera pod w pływ em tempe−
ratu ry czy w spó łczynnik zmian teg oż napię−
cia pod w pływ em zmian prą d u (tak zw ana re−
zystancja d ynamiczna).

N ajpopu larniejsze d iod y Z enera mają na−

pięcia nominalne od 3 ,3 d o 3 3 V , a naw et d o
1 5 0 V i moce od 0 ,2 W...5 W.

D iod y Z enera oznacza się w ch araktery−

styczny sposó b. N a przykład C 4 V 7 oznacza
d iod ę Z enera o napięciu 4 ,7 V . C 1 2 V oznacza
d iod ę Z enera 1 2 −w oltow ą . L itera C oznacza
tolerancję napięcia.

D aw niej d iod y Z enera w ykorzystyw ano

jako ź ró d ła napięcia w zorcow eg o.

37

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

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

Zestaw teraz układ według ry s u n k u 1 1
i fotografii 7 . Przed włączeniem zasi−
lacza sprawdź dokładnie, czy prawidło−
wo włączone są grożące wybuchem
„elektrolity” C1, C2. Jasność diody
LE D wskazuje, że napięcie jest więk−
sze niż w poprzednich układach pro−
stowniczych (rysunki 5, 9 d). Zmierz
napięcie na wyjściu (między punktami
C, D). Jest prawie dwa razy większe
niż poprzednio i prawie trzy razy więk−
sze od napięcia zmiennego transforma−
tora (u mnie było 36 ,2V). Rezystor
1k

Ω jest bardzo gorący, bo wydziela

się w nim moc ponad 1W − kilkakrotnie
więcej, niż wynosi jego moc nominalna

Zbudowaliśmy tak zwany p od w ajac z

n ap ię c ia. Jestem przekonany, że nie masz
wątpliwości, jak działa – w zasadzie są to
dwa prostowniki jednopołówkowe z ćwi−
czeń 2 i 3; porównaj też rysunek 8 .

Nie ciesz się jednak, że napięcie jest

wysokie. Nic za darmo! Z takiego ukła−
du można pobrać jedynie niewielki prąd.
W układach omówionych masz do wy−
boru: albo duże napięcie i mały prąd
(podwajacze i powielacze napięcia), al−
bo mniejsze napięcie i większy prąd
(układ mostkowy). W grę wchodzi tu
kilka czynników; najważniejszym jest
moc transformatora. S łusznie się domy−
ślasz, że gdyby transformator miał więk−
sze wymiary, byłby w stanie oddać
większą moc. Próba „wyciśnięcia” z ma−
łego transformatora mocy większej niż
nominalna zakoń czy się przegrzaniem
uzwojeń i spaleniem izolacji. Nie próbuj
czegoś takiego!

Informacje dotyczące zestawu EdW−04 do „Oślej łączki“ znajdują się na stronie 120

Ćwiczenie 7

P odwajacz nap ię cia

Fot. 7

R ys . 1 1

Fot. 6

O ś la łą czk a

A 4

6 9

I

U

P

∗

=

R

I

U

∗

=

R

U

I

=

I

U

P

∗

=

(

)

R

I

I

R

I

P

∗

=

∗

∗

=

2

R

U

R

U

U

P

2

=













∗

=

P*R

=

I

P

U=

2

2

I

P

P

U

R

=

=

R

P

=

U

P

I=

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

38

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

Zestaw układ według rysunku 12 a i fo−
tografii 8 . Diody niezbyt silnie, ale jed−
nak świecą. Jeśli chcesz, zwiększ pojem−
ność, dodając dwa kondensatory według
rysunku 12 b i fotografii 9 . Nie pomyl
się przy łączeniu kondensatorów elek−
trolitycznych – mają być połączone
w szereg, przeciwsobnie. Jak zmieniła
się jasność LED−ów?

Okazuje się, że przy prądzie zmiennym

kondensator zachowuje się jak rezystor.
Płynie przezeń prąd. Dlaczego?

Jeśli masz wątpliwości, odłącz jedną

z diod LED. Druga nie będzie świecić.
Dlaczego?

Zapamiętaj raz na zawsze, że prze−

pływ prądu w kondensatorze poleg a to
na cyklicznym ładowaniu i rozładowa−
niu (przypomnij sobie eksperymenty

z wyprawy drugiej – A 2). W układzie
z rysunku 12 odbywa się to z częstotli−
wością sieci (50H z). G dy usuniesz jedną
diodę, kondensator naładuje się, ale nie
będzie się mógł rozładować.

Choć kondensator wcale nie stał się

rezystorem i nadal nie może przezeń pły−
nąć prąd stały, dla prądu zmiennego
przedstawia jakąś oporność. Nazywamy

ją opornoś cią pozorną
konde nsatora, inaczej re −
aktancją poje m noś ciową .

Jeśli ten przepływ prądu

i ta pozorna oporność to
wynik cyklicznego ładowa−
nia i rozładowywania, nie−
trudno się domyślić, że przy
częstszych zmianach prąd

byłby większy. A jeśli prąd byłby więk−
szy, to pozorna oporność – mniejsza.
Wynika z tego, że oporność pozorna (re−
aktancja) kondensatora maleje ze wzro−
stem częstotliwości. Choć nie będziemy
tego sprawdzać eksperymentalnie, zapo−
znaj się z informacjami na ten temat za−
wartymi w TECH NIKA LIA CH .

Po co komu przekładnia?

Typowy transformator składa się z dwóch uzwojeń,
zawierających określoną liczbę zwojów. Jeśli jedno

z uzwojeń zostanie dołączone do źródła sinusoidal−
nego napięcia zmiennego, na drugim uzwojeniu po−
jawi się przebieg sinusoidalny o napięciu...

Zapamiętaj, że o wartości napięcia wyjś−

ciowego decyduje stosunek liczby zwojów uzwo−
jeń pierwotnego i wtórnego. Stosunek ten to tak
zwana prze kładnia transform atora. Występującą
tu prostą zależność ilustruje rysune k F.

Obecnie rzadko pełnią tę rolę, bo zostały

wyparte przez znacznie dokładniejsze spe−
cjalne układy. Warto jednak wiedzieć, że do
dziś w ofertach firm handlowych można zna−
leźć diody Zenera o bardzo dobrej stabilności
cieplnej – ich napięcie zmienia się tylko
o 0,0005% przy zmianie temperatury o jeden
stopień Celsjusza. Co ciekawe, zawsze są to
diody o napięciu nominalnym 6,2V.

Jeśli nie jest potrzebna precyzja ani dokład−

ność, a potrzebne jest małe napięcie stabilizo−
wane, często zamiast diod Zenera używamy
diod LED, włączonych normalnie, w kierunku
przewodzenia – napięcie wynosi wtedy
1,6...2,2V, zależnie od typu diody i prądu pracy.

Inne diody

Oprócz „zwykłych” diod prostowniczych,
diod LED i diod laserowych, występuje wiele
innych rodzajów diod. Produkowane są na
przykład diody pełniące rolę kondensatorów
(1...300pF ), gdzie pojemność zależy od napię−
cia (wstecznego). Stosowane są one powszech−
nie w układach radiowych i telewizyjnych.

W literaturze napotkasz też określenia:

diody G unna, diody PIN, diody IMPA TT, dio−
dy tunelowe czy diody waraktorowe. Są one
stosowane w układach bardzo wielkiej czę−
stotliwości, a amatorzy ich nie wykorzystują.

Natomiast diody lawinowe (av alanche

diode) nie są oddzielnym rodzajem diod.
Najprościej biorąc, są to zwykłe diody, które
trudniej uszkodzić – niektóre „zwykłe” diody
prostownicze są diodami, gdzie zachodzi
tzw. zjawisko lawinowe.

U kład scalony

Postęp techniki umożliwia umieszczenie na
maleńkim płatku krzemu wielu tranzystorów,
rezystorów, diod, a nawet małych kondensa−
torów. Powstaje wtedy układ scalony. Układ
scalony nie jest połączeniem miniaturowych
wersji znanych Ci rezystorów i tranzystorów.
Wyglądają one zupełnie inaczej. Wszystkie
składowe układu scalonego są wykonywane
w jednym cienkim płatku krzemu, a właści−
wie w cienkiej warstwie z jednej strony płyt−
ki krzemowej. Wytwarza się te niewątpliwe
cuda techniki w skomplikowanych procesach
technologicznych.

C zy wie sz, ż e ...

mówimy o oporności pozornej,

czyli reaktancji kondensatora dla prze−

biegów zmiennych, ale określenie „rezy−

stancja pozorna” jest nieprawidłowe.

Nigdy tak nie mówimy.

Rys. 12

Fot. 8

Fot. 9

Rys. F

Czy wiesz, że...

Określenia: uzwojenie pierwotne

i uzwojenie wtórne są umowne. Wskazują

tylko kierunek przekazywania energii: z obwo−

du pierwotnego do wtórnego. Transforma−

tor może równie dobrze pracować

„w druga stronę”.

Ćwiczenie 8

K ondensator a prąd zmienny

Ośla łączka

A4

70

T

E

C

H

N

IK

A

L

IA
T

E

C

H

N

IK

A

L

IA

39

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

Zmierz omomierzem rezystancję uzwo−
jenia pierwotnego transformatora uży−
wanego zasilacza AC 12/300. Nie mu−
sisz otwierać obudowy, zmierz rezystan−
cję między bolcami według rysunku 13 .
Rezystancja mojego egzemplarza wyno−
si 964

Ω. Uzwojenie to jest dołączone

wprost do sieci energetycznej o napięciu
220V. Policzmy! Zgodnie z prawem
Ohma przez uzwojenie popłynie prąd
o wartości 220V/964

Ω = 0,23A. Prąd

0,23A przy napięciu 220V oznacza, że
chodzi o moc 50W. Moc 50W to dość
duża moc – zauważ, jak grzeje się ża−
rówka o mocy 60W czy nawet 40W.

Coś tu nie gra! W naszym małym za−

silaczu na pewno nie wydziela się 50
watów mocy. Nie sprawdzaj tego, wy−
starczy, że ja sprawdziłem – bez obcią−

żenia transformator zasilacza AC12/300
pobiera z

sieci jedynie 12,6mA

(0,0126A).

Gdzie tkwi błąd? Czy przy prądzie

zmiennym prawo Ohma nie obowiązuje?

Problem jest ciekawy i ważny.
Prawo Ohma przy prądzie zmiennym

obowiązuje. Prąd jest jednak mały, a to
znaczy, że dla prądu zmiennego uzwoje−
nie transformatora przedstawia duży

opór. Rezystancja rzeczywiście wynosi
964

Ω, ale pamiętaj, że rezystancja to

opór mierzony przy prądzie stałym.
Uzwojenie transformatora jest przecież
rodzajem cewki i jak każda cewka ma ja−
kąś indukcyjność. Okazuje się, że induk−
cyjność dla prądu zmiennego stanowi
dodatkowy opór. Analogicznie, jak
w przypadku kondensatorów nazywamy
go opornością pozorną cewki, a ściślej
reaktancją indukcyjną. Nie daj się zmy−
lić określeniu „pozorna”, pokutującemu
do dziś ze względów historycznych. Ta
oporność, reaktancja indukcyjna, istnieje
naprawdę i właśnie ona powoduje, że
prąd pobierany z sieci jest znikomy. To
jeszcze nie koniec tematu, ale na razie
nie będę Ci mieszał w głowie zagadnie−
niem mocy przy prądzie zmiennym.

Zestaw układ według rysunku 14 a
i zmierz napięcie przewodzenia (U

F

) na

diodzie Zenera. Jest takie, jak w zwykłej
diodzie krzemowej.

Jeśli jednak włączysz diodę Zenera

„odwrotnie”, według rysunku 14 b, cze−
ka Cię niespodzianka. Kontrolka LED
zaświeci, czyli w obwodzie popłynie
prąd. Jeśli masz woltomierz napięcia sta−
łego, zmierz napięcie na diodzie (napię−
cie wsteczne – U

R

). Wynosi tyle, co na−

pięcie nominalne tej diody, z 10% tole−
rancją. W zestawie elementów do tej
wyprawy znajdziesz diodę Zenera 5,6V.

Zmieniaj teraz wartość R1. Zastosuj

wartości 220

Ω i 10kΩ. Jasność diody

LED wskazuje, że prąd zmienia się
w bardzo szerokich granicach. A napię−
cie na diodzie Zenera? Zmierz je wolto−
mierzem i przekonaj się, że przy 50−
krotnej, czyli 5000−procentowej zmianie
prądu, zmienia się ono o drobne kilka

procent. Podczas testów modelu pokaza−
nego na fotografii 10 , bez diody LED,
z diodą Zenera o napięciu 5,1V (C5V1)
uzyskałem wyniki pokazane w tabeli.

R1

U we

U wy (U

R

)

220

Ω

17,1V

5,27V

1k

Ω

18,6V

5,15V

10k

Ω

19,3V

5,02V

Oczywiście są to napięcia transformatora nieob−
ciążonego (w stanie jałowym) – nie uwzględnia−
my tu spadków napięć na rezystancjach pod
wpływem prądu.

W przypadku transformatorów sieciowych

przekładnia nas praktycznie nie interesuje. Nie in−
teresuje nas też liczba zwojów (która wynika
z właściwości rdzenia, a nie z napięć). Napięcie
wejściowe to napięcie sieci energetycznej, wyno−
szące około 220...230V. W katalogu szukamy nie
przekładni, tylko wartości napięcia wyjściowego.

Tylko bez oszukaństwa

W elektronice wszystko działa zgodnie ze ścisłymi
prawami fizyki. Już wiesz, że o napięciu wyjścio−
wym transformatora decydują liczby zwojów,
a właściwie ich stosunek. A co z prądami i z mocą?

Idealny transformator w stanie jałowym (nie

obciążony) nie powinien pobierać z sieci prądu.
W rzeczywistości pobiera jakiś niewielki prąd. Po
dołączeniu obciążenia, w idealnym przypadku,

Ćwiczenie 9

Cewka a prąd zmienny

Ćwiczenie 10

Dioda Zenera

Rys. 13

Rys. 14

Czy wiesz, że...

Nazwa „dioda Zenera” pocho−

dzi od nazwiska jej wynalazcy, a na−

zwiska, jak wiadomo, piszemy

wielką literą.

Rys. G

Rys. H

Ośla łączka

A4

71

Ty sprawdź napięcie U

R

w układzie

z diodą LED według rysunku 14b. Jeśli
chcesz, sprawdź dodatkowo, o ile
zmieni się napięcie przy zmianach tem−
peratury diody. Ogrzewaj diodę suszar−
ką do włosów albo delikatnie lutowni−

cą. Przekonasz się, że zmiany napięcia
pod wpływem zmian temperatury są
niewielkie.

Słusznie więc dioda Zenera nazywana

jest diodą stabilizacyjną lub krótko
stabilizatorem.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

40

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

Proste

zasilacze

niestabilizowane,

omówione w ćwiczeniu 4, są niedosko−
nałe − napięcie zmniejsza się pod wpły−
wem obciążenia i występują w nim tęt−
nienia. Aby usunąć te wady, dodaje się
układy stabilizujące napięcie wyjściowe.

Na rysunku 15 znajdziesz schemat

najprostszego stabilizatora, gdzie elemen−
tem stabilizującym napięcie jest dioda Ze−
nera. Zwróć uwagę, że dioda Zenera jest
włączona w typowy dla niej sposób, czy−
li... odwrotnie niż inne diody. Na margine−
sie dodam, że właśnie ze względu na taki
tryb pracy, niektórzy amatorzy stwarzają
zamieszanie, używając nieprecyzyjnych
określeń „plus diody” i „minus diody”.
Zamiast nich należy używać określeń:
anoda, katoda, a wtedy nie będzie proble−
mu. Trzeba tylko pamiętać, że podczas
normalnej pracy w diodach Zenera bar−
dziej dodatnie napięcie występuje na kato−

dzie, odwrotnie niż w innych diodach.

Ze stabilizatora o schemacie z rysunku

15 nie można pobrać dużego prądu – ogra−
niczeniem jest rezystancja R1. Wystarczy
jednak dodać tranzystor(y) według rysun−
ku 16 a lub 16 b, a wydajność prądowa bę−
dzie większa. Napięcie wyjściowe jest
o około 0,6V mniejsze, niż napięcie na dio−
dzie Zenera. Dawniej stabilizatory o sche−
macie z rysunku 15a wykorzystywano
w praktyce, ale dziś mamy nieporównanie
lepsze rozwiązania. Fotografia 11 pokazu−
je model, zmontowany prowizorycznie we−
dług rysunku 15b z diodą C5V1. B ez obcią−
żenia napięcie wyjściowe wynosiło 4,9V.
Z obciążeniem 10k

Ω (0,5mA) − 4,74V,

z obciążeniem 220

Ω (20mA) – 4,64V, z ob−

ciążeniem 10

Ω (450mA) – 4,5V.

moc pierwotna pobierana z sieci powinna być do−
kładnie równa mocy wtórnej, oddawanej do obcią−
żenia. Ilustruje to rysunek G . Możemy zapisać

Pwe = Pwy
Uwe*Iwe=Uwy*Iwy
A jaka konkretnie jest jedna i druga moc?
To zależy od obciążenia. Obciążenie decyduje

o tym, jaka moc jest pobierana z sieci. Przy braku
obciążenia moc pobierana z sieci powinna być
równa zeru.

Teraz chodzi nam jednak o coś innego. Jak

wiesz, w transformatorze występują straty. Po−
wodem są głównie rezystancja uzwojeń oraz tak
zwane straty w rdzeniu. W rezultacie moc pobie−

rana (z sieci) jest zawsze trochę większa od mo−
cy oddawanej do obciążenia. Część mocy jest
tracona w transformatorze, oczywiście w postaci
ciepła.

Jakiego rzędu są to straty? Możesz przyjąć w

przybliżeniu, że traci się około 10...15% mocy.
Zwykle zamiast podawać ile tracimy, podajemy
jaki procent mocy przechodzi do obciążenia.
Oczywiście jest to stosunek mocy wyjściowej do
wejściowej, Nazywamy go sprawnością, wyraża−
my w procentach i zwykle oznaczamy małą grec−
ką literką eta (

η − eta).

η = Pwy/Pwe
Ilustruje to rysunek H.

Tranzystor zamiast

g rzejnika?

Dopuszczalna moc strat tranzystora jest zawsze dużo
mniejsza od iloczynu maksymalnego prądu kolektora
i maksymalnego napięcia kolektor−emiter. Przykłado−
wo popularne tranzystory B C548, B C558 mają dopu−
szczalną moc strat równą 500mW (0,5W). Taka moc
wydzieli się na przykład wtedy, gdy napięcie kolektor−
emiter wynosi 15V, a prąd kolektora wynosi 33mA.

Zwróć uwagę, że dopuszczalny prąd kolektora

tych tranzystorów wynosi 100mA, a maksymalne
napięcie U

CE0

wynosi 30V (ich iloczyn to

30V*0,1A=3W).

Fotografia poniżej pokazuje kilka układów
scalonych, głównie stabilizatorów. Podstawo−
wym „budulcem” układów scalonych są wła−
śnie tranzystory (bipolarne lub MOSFET−y).
Układ scalony może też zawierać diody, re−
zystory, niewielkie kondensatory, ale w mia−
rę możliwości elementy te są zastępowane
tranzystorami. Praktycznie niemożliwe jest
wykonanie scalonych cewek (chyba że o zni−
komo małej indukcyjności).

Rys. 15

Ćwiczenie 11

Zasilacz stabilizowany

Fot. 10

Fot. 7

Ośla łączka

A4

72

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A
T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

85

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

Na rysunku 17 znajdziesz schemat sta−
bilizatora, powszechnie stosowanego
w praktyce. Taką budowę ma zasilacz
stabilizowany, którego używaliśmy na
poprzednich wyprawach. W zestawie

elementów do tej wyprawy (A04) znaj−
dziesz element oznaczony 7805. Jest to
tak zwany układ scalony – zawiera
w środku kilkadziesiąt tranzystorów i re−
zystorów − kompletny stabilizator.

Jeśli tranzystor pracuje jako przełącznik, nawet

przy prądzie i napięciu maksymalnym moc strat jest
mała. Przykładowo w pierwszym układzie z rysun−
ku J w stanie otwarcia tranzystora wydziela się
w nim mniej niż 100mW. Prąd wynosi wprawdzie
100mA, ale napięcie w pełni otwartego (nasycone−
go) tranzystora jest mniejsze niż 1V. Oczywiście
w

rezystorze wydziela się aż 3W

mocy

(100mA*30V). W stanie zatkania ani w tranzysto−
rze, ani w rezystorze nie wydziela się moc, bo prąd
kolektora jest równy zeru.

Tranzystory mocy w obudowach TO−220 mają

moc strat nawet do 125W (!), ale wszystko zależy

od zastosowanego radiatora. Bez radiatora tranzy−
stor mocy w tej popularnej obudowie TO−220 mo−
że rozproszyć tylko 1,5...2W mocy.

Straty mocy występują także na diodach, o czym

armatorzy często zapominają. W zwykłej diodzie
krzemowej napięcie przewodzenia wynosi przy ma−
łych prądach 0,6V, ale przy większych 0,8V czy na−
wet 1V. Oznacza to, że przy prądzie 3A na takiej
zwykłej diodzie wydzieli się w postaci ciepła moc
około 2,4...3W, co spowoduje silne grzanie.

Lepiej jest z diodą Schottky’ego, w której

przy tym samym prądzie będzie się wydzielać co
najwyżej 1,5W mocy strat.

Moc strat jest ściśle związana

z temperaturą. W sumie chodzi o to,
by nie przekroczyć temperatury około
+ 150

o

C, bo w wyższych temperatu−

rach radykalnie rośnie ryzyko uszko−
dzenia struktury półprzewodnikowej.

Przy opisywaniu zależności ciepl−

nych w elementach elektronicznych
posługujemy się parametrem zwanym
rezystancją termiczną, wyrażanym
w stopniach Celsjusza na wat (

o

C/W)

lub w kelwinach na wat (K/W) i ozna−
czaną Rthja. Rezystancja termiczna
wskazuje, na ile skutecznie ciepło jest
odprowadzane z półprzewodnikowej

struktury do otoczenia. Oczywiście, czym mniej−
sza ta rezystancja, tym lepiej, bo w elemencie
można wydzielić więcej mocy strat bez ryzyka
przegrzania. Przykładowo rezystancja termiczna
tranzystora BC548(558) wynosi 250K/W, podob−
ny z wyglądu tranzystor BC328(338) ma rezystan−
cję termiczną 200K/W, a tranzystor mocy (TO−
220) bez radiatora − około 60K/W. W przypadku
tranzystorów mocy interesuje nas też rezystancja
termiczna między złączem a obudową. Oznacza
się ją Rthjc; dla tranzystorów w obudowach TO−
220 wynosi 1...1,5K/W. Przy obliczeniach trzeba
dodać do niej rezystancję termiczną użytego radia−
tora. Ten temat wykracza jednak poza ramy Oślej
łączki i nie będziemy go rozwijać.

Reaktancja pojemnościowa

W trakcie poprzednich wypraw sprawdziliśmy, że
kondensator gromadzi energię elektryczną i często
w układach pełni rolę lokalnego, niewielkiego ma−
gazynku energii. To jeden z obszarów zastosowań
kondensatorów.

Budowa i symbol kondensatora wskazują, że ze

względu na obecność izolatora nie może przezeń pły−
nąć prąd stały. Teraz, podczas ćwiczenia 8 okazało
się, że przez kondensator może płynąć prąd zmienny.

Przy prądzie zmiennym kondensator zacho−

wuje się jak opornik o oporności zależnej od

Istnieje nieprzeliczone mnóstwo typów

i rodzajów układów scalonych, pełniących
najróżniejsze zadania w komputerach, telewizo−
rach, telefonach, itp. Właściwie cała współcze−
sna elektronika, w tym także elektronika kom−
puterowa, opiera się na układach scalonych.

Układ scalony nie ma ustalonego symbo−

lu. Na schematach stosuje się różne symbole,
zwykle w postaci małych prostokątów.

Stabilizatory używane w ćwiczeniach są

elementami stosunkowo prostymi, zawierają−
cymi kilkadziesiąt elementów. Rysunek na
poprzedniej stronie pokazuje schemat we−
wnętrzny układu LM317, a następny rysunek
pokazuje w powiększeniu rozmieszczenie
tych elementów na płytce krzemowej (która
ma wymiary 2,38x 2,13mm). W jednej płytce
krzemowej o powierzchni mniejszej niż cen−
tymetr kwadratowy można umieścić dziesiąt−
ki, setki, tysiące, a nawet miliony tranzysto−
rów. Dwie długie, a wąskie fotografie na sa−
mym dole poprzedniej strony pokazują frag−
menty struktury układów scalonych firmy
National Semiconductor. Nieco więcej wia−
domości o układach scalonych podam Ci na
następnej wyprawie.

Ćwiczenie 12

Typowy zasilacz

stabilizowany

Czy wiesz, że...

Polski uczony, profesor Jan

Czochralski (1885−1953), na początku

X X wieku wynalazł metodę wytwarzania

czystych (mono)kryształów krzemu,

z których produkuje się układy

scalone.

Fot. 11

Rys. 16

Ośla łączka

A4

73

Rys. J

Oprócz obwodów regulacji napięcia za−

wiera obwody dodatkowe, zabezpiecza−

jące przed uszkodzeniem w przypadku

zwarcia lub nadmiernego wzrostu tem−

peratury. Więcej na temat układów sca−

lonych szukaj w częściach ELEMEN−

Tarz i TECHNIKALIA.

Według rysunku 17 zbudujesz naj−

prawdziwszy, porządny zasilacz stabili−

zowany o napięciu wyjściowym 5V. Je−

śli kupisz w sklepie stabilizator oznaczo−

ny 7809, możesz zbudować zasilacz

o napięciu wyjściowym 9V, z układem

7812 – o napięciu 12V. Fotografia 12

przedstawia prowizoryczny model ze

stabilizatorem 12−woltowym, zbudowa−

ny w najprostszy sposób.

Koniecznie zbuduj układ według ry−

sunku 17, będziesz z niego korzystać.

Zbadaj też jego właściwości. W zasila−

czu z poprzedniego ćwiczenia, zbudo−

wanym z pojedynczych elementów (czę−

ściej mówimy – z elementów dyskret−

nych), napięcie wyjściowe zauważalnie

malało przy wzroście obciążenia. A na−

pięcie wyjściowe zasilacza z układem

scalonym 7805 przy dołączeniu rezysto−

rów 10k

Ω, 220Ω i 10Ω?

Możesz dołączyć do wyjścia brzę−

czyk piezo. Wyda czysty ton, bez śladu

terkotu. Przekonasz się, że napięcie

wyjściowe jest naprawdę stabilne

i praktycznie się nie zmienia. Dopiero

przy dużym prądzie nieco się zmniejszy,

ale nie z winy stabilizatora, tylko zbyt

małego transformatora.

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

częstotliwości − czym większa częstotliwość,
tym mniejsza oporność.

Ponieważ jednak nie chodzi o rezystancję,

oporność tę nazywa się reaktancją pojemnościo−
wą i oznacza nie literą R, tylko X

C

. Czasem może

spotkasz też określenie oporność bierna. Ze
względów historycznych przy takich okazjach
używano też określenia oporność pozorna. Nie bę−
dziemy używać tego określenia, ponieważ słowo
„pozorny” może wywołać mylne skojarzenia.

Reaktancję

pojemnościową

wyrażamy

w omach, bo jest to rodzaj oporności.

Nie są to „jakieś inne omy”, trzeba tylko pa−

miętać, że reaktancja to opór dla prądu przemien−

nego o jakiejś częstotliwości.

Reaktancji kondensatora nie można zmierzyć

omomierzem, ale znając pojemność można ją ła−
two obliczyć ze wzoru:

Zamiast za każdym razem obliczać wartość

wyrażenia 1/2

π, można ją obliczyć raz, uzyskując

wzór:

gdzie f częstotliwość w hercach, C pojemność

w faradach, X

C

– reaktancja w omach.

Kondensatory wykazują także ciekawą i poży−

teczną właściwość: chwilowy prąd płynący przez
kondensator (prąd ładowania lub rozładowania)
jest ściśle związany z szybkością zmian napięcia
na jego końcówkach. Wykorzystywane to jest do
przeprowadzania operacji całkowania i różnicz−
kowania − są to jednak zagadnienia dla bardziej
zaawansowanych.

Reaktancja indukcyjna

Ć wiczenie 9 doprowadziło nas do wniosku, że
uzwojenie cewki (transformatora, będącego
odmianą cewki) stawia prądowi zmiennemu dodat−
kowy opór. Jest to reaktancja indukcyjna.

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

86

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

Ź ró dła napięcia odniesienia

Ć wiczenie 15 zapoznaje z elementami, które
zachowują się jak dioda Zenera, ale znacznie
lepiej stabilizują napięcie. Jak wskazuje na−
zwa, dioda Zenera jest stosunkowo prostym
elementem. Natomiast podzespoły oznaczo−
ne LM385 i TL431 to układy scalone. Stąd
ich znacznie lepsze właściwości.

Choć są to układy scalone, ze względu na

pełnioną rolę na schematach najczęściej
oznaczamy je symbolem oznaczającym dio−
dę Zenera. P owyższa fotografia pokazuje
kilka układów scalonych, które są źródłami
napięcia wzorcowego (odniesienia).

Najważniejszym parametrem omawianych

układów scalonych, obok napięcia nominal−
nego, jest współczynnik cieplny. Informuje
on, na ile napięcie zmienia się pod wpływem
temperatury. Powszechnie dostępne układy
LM385, TL431 czy LM336 mają współczyn−
nik cieplny w

granicach 100ppm/

o

C

(0,01%/

o

C). Oznacza to, że przy zmianie tem−

peratury otoczenia z +20

o

C do +30

o

C napięcie

zmieni się tylko o 0,1%, czyli na przykład
z 2,5000V na 2,5025V.

W szczególnie precyzyjnych układach

profesjonaliści stosują znacznie droższe
źródła napięcia odniesienia o rewelacyj−
nie małym współczynniku cieplnym rzę−
du 1...3ppm/

o

C. Tobie wystarczą popular−

ne i tanie układy o współczynniku
100ppm/

o

C.

Ośla łączka

A4

74

Rys. 17

Fot. 12

fC

X

c

π

=

2

1

fC

X

c

16

,

0

=

Fot. 10

W zestawie elementów A04 znajdziesz

też dwa bardzo interesujące elementy,

zachowujące się podobnie jak dioda

Zenera.

W układzie z rysunku 19 sprawdź na

ile zmienia się napięcie układu LM385−

2.5 przy zmianach prądu, czyli przy róż−

nych wartościach R1 (220

Ω, 1kΩ,

10k

Ω, 100kΩ).

I co? Rewelacja, prawda? Ja testowa−

łem układ LM385 1,2V pokazany na fo−
tografi 14 – przy zmianie rezystora

z 1k

Ω na 100kΩ prąd malał 100−krotnie,

a napięcie zmniejszało się jedynie

o 6mV.

Zbuduj też „diodę Zenera” o regulo−

wanym napięciu w oparciu o układ

scalony TL431 według rysunku 20 i fo−
tografii 15. Sprawdź, w jakich grani−

cach możesz regulować potencjometrem

„napięcie Zenera”. Pamiętaj, że do

poprawnej pracy prąd „katody” układu

TL431 nie może być mniejszy niż 1mA,

ani większy niż 100mA.

Sprawdź też koniecznie za pomocą

woltomierza cyfrowego i suszarki do

T

E

C

H
N

I

K
A

L

I

A

87

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

W ramach tego ćwiczenia zbudujesz zasilacz stabilizowany z regula−
cją napięcia wyjściowego

. Wykorzystaj rysunek 18, pomocą będzie

też fotografia 13.

Tym razem wykorzystujemy inny bardzo popularny układ scalony

o oznaczeniu LM317. Ma on inną budowę wewnętrzną i inny rozkład

wyprowadzeń, niż układy rodziny 78XX. Pozwala dowolnie regulować

napięcie wyjściowe za pomocą dwóch rezystorów. My jeden z rezysto−

rów zastąpiliśmy potencjometrem, dzięki czemu możemy płynnie regu−

lować napięcie. Możesz śmiało wykorzystywać taki zasilacz w prakty−

ce. Model z fotogra−

fii zmontowany jest

w najprostszy i nie−

zbyt praktyczny spo−

sób. Jeśli chcesz go

wykorzystać, zmon−

tuj go na kawałku

płytki uniwersalnej

lub w solidnym „pa−

jąku”, przy czym sta−

bilizator wyposaż

w niewielki blaszany

radiator.

Oznaczamy ją XL. Dla prądu stałego, o którym
można powiedzieć, że ma częstotliwość równą
zeru, cewka ma opór równy rezystancji uzwoje−
nia. Opór ten można zmierzyć omomierzem.
Przy większych częstotliwościach dochodzi do
tego opór związany z indukcyjnością cewki.
Czym większa częstotliwość, tym większy opór
(reaktancję indukcyjną) ma cewka. Reaktancji
nie można zmierzyć omomierzem, ale można ją
obliczyć ze wzoru

lub

gdzie f częstotliwść w hercach, L indukcyjność
w henrach, X

L

– reaktancja w omach. W praktyce

rzadko korzystamy z tego wzoru.

Nie będę Ci tego szczegółowo tłumaczył, ale

zapamiętaj już teraz, że reaktancja indukcyjna jest
w pewnym sensie odwrotna czy przeciwna w sto−
sunku do reaktancji pojemnościowej.

Czy wiesz, że...

Elektrycy i elektronicy opowiadają

dowcip „wyjaśniający” wzrost oporności

cewki dla przebiegów zmiennych. Według jed−

nej wersji prąd zmienny zaplątuje się w zwo−

jach cewki. Według innej „nie wyrabia

się na zakrętach”.

Rys. 19

fLX

L

π=2

f8

,6

Ćwiczenie 13

Zasilacz regulowany

Ćwiczenie 14

Źródła napięcia odniesienia.

Regulowana dioda Zenera

Ośla łączka

A4

75

Rys. 18

fL

X

L

π

= 2

fL

X

L

28

,

6

=

Fot. 13

Fot. 14

88

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

Dodawanie reaktancji

Na pierwszej wyprawie przekonaliśmy się, że przy
szeregowym połączeniu dwóch jednakowych rezy−
storów rezystancja wypadkowa jest równa
podwójnej wartości rezystancji każdego rezystora.
Połączenie równoległe tych dwóch rezystorów da
połowę rezystancji każdego z nich.

A przy połączeniu w szereg cewki i kondensatora?
O, to nie jest takie proste! Reaktancje zależą od

częstotliwości: pojemnościowa maleje ze wzro−
stem częstotliwości, indukcyjna rośnie. Pomyśl:
dla jakiejś częstotliwości reaktancja pojemnościo−
wa będzie liczbowo równa reaktancji indukcyjnej.

Przypuśćmy, że jakaś cewka i jakiś kondensa−

tor mają dla częstotliwości 100Hz reaktancje rów−
ne 1,6k

Ω (możesz obliczyć pojemność i indukcyj−

ność, ale nie o to chodzi). Jeśli połączymy tę cew−
kę i kondensator w szereg, to czy przy częstotliwo−
ści 100Hz oporność będzie równa 3,2k

Ω?

Nie! Wypadkowa oporność będzie... bliska ze−

ru i wyniesie ułamek oma (w praktyce będzie to re−
zystancja cewki).

Dlaczego? Reaktancje niejako się zniosą – wcze−

śniej zasygnalizowałem, że reaktancje pojemnościo−
wa i indukcyjna są w pewnym sensie przeciwne.

A jak wobec tego zachowają się przy połącze−

niu równoległym i przy częstotliwości 100Hz?

Tym razem, o dziwo, wypadkowa oporność bę−

dzie bardzo duża, rzędu wielu kiloomów.

Może wyda Ci się to bardzo tajemnicze. Nie

będziemy się jednak w to wgłębiać. Wspomnę tyl−
ko, że właśnie omówiliśmy w ekspresowym tem−
pie zjawisko tak zwanego rezonansu.

W praktyce mamy do czynienia z rozmaitego

rodzaju połączeniami rezystorów, cewek i konden−
satorów. Przykłady pokazane są na rysunku K.
Każdy z tych obwodów (dwójników) ma jakąś wy−
padkową oporność. Oporność ta zależy od często−
tliwości. Zamiast ogólnego określenia „oporność
wypadkowa” używamy fachowego terminu impe−
dancja, rzadziej: oporność zespolona. Wypadko−
wa oporność przy szeregowym połączeniu rezysto−
ra i kondensatora (cewki) nie jest zwykłą sumą
R+X

C

(R+X

L

)

Tym wątkiem też nie będziemy się bliżej zaj−

mować. Na razie zapamiętaj, że impedancja to
oporność wypadkowa dotycząca nie tylko prądu
stałego, ale i zmiennego.

Dlaczego obcina?

Stabilizator nie może zwiększyć napięcia. On nie−
jako obcina napięcie i z większego robi mniejsze
o stabilnej wartości. Zauważ, że napięcie wyj−
ściowe (każdego) stabilizatora musi być mniej−
sze niż najmniejsze chwilowe napięcie na kon−
densatorze filtrującym. Ilustruje to rysunek L,
pokazujący napięcia
bez obciążenia i przy
znacznym obciążeniu
(Imax). Gdyby prąd
był większy niż Imax,
napięcie UA spadnie
jeszcze bardziej, tęt−
nienia będą jeszcze
większe i stabilizator
nie będzie w stanie

utrzymać właściwego napięcia wyjściowego. Na−
pięcie wyjściowe zmniejszy się, i co gorsza, prze−
stnie być „czystym” napięciem stałym − pojawią
się w nim tętnienia.

Aby stabilizator mógł pracować poprawnie, mu−

si na nim występować określone napięcie (spadek
napięcia) – na rysunku L jest to napięcie U

ABmin

.

Jedną z istotnych wad prostych stabilizatorów jest

to, że do prawidłowego działania wymagają znaczne−
go spadku napięcia między wejściem a wyjściem. In−
aczej mówiąc, napięcie na obciążeniu musi być przy−
najmniej o kilka woltów mniejsze od napięcia na
kondensatorze filtrującym C1. Ma to ścisły związek
z bardzo ważną wielkością: mocą strat w tranzystorze
T1. Czym większe napięcie na stabilizatorze, tym
większe straty mocy i potrzebny jest większy radiator.

Stabilizatory scalony LM78xx i LM317 do pra−

widłowej pracy wymagają spadku napięcia na stabili−
zatorze rzędu 1...2V, zależnie od prądu obciążenia.
Istnieją też specjalne stabilizatory, oznaczane LDO
(z ang. Low Drop Out), pracujące poprawnie już przy
spadku napięcia na stabilizatorze rzędu 0,1...0,3V.

Pozwalają one lepiej wykorzystać możliwości

transformatora.

włosów, na ile napięcie w obu układach

zmienia się z temperaturą. Stabilność jest

dużo lepsza, niż w przypadku diody Ze−

nera z ćwiczenia 10.

Poznane elementy można stosować

do budowy zasilaczy, jednak zazwyczaj

wykorzystywane są do innych celów,

zwłaszcza w aparaturze pomiarowej,

właśnie jako źródła napięcia wzorcowe−

go (odniesienia)

Piotr Gó recki

Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW

Informacje dotyczące zestawu

EdW−04 do „Oślej łączki“ oraz

zasilacza A C 12/3 00 znajdują się

na stronie 120.

Rys. 20

Fot. 15

Rys. K

Rys. L

Ośla łączka

A4

76

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

T

E

C

H

N

I

K

A

L

I

A

Pamiętliwe akumulatory

Popularne akumulatory NiCd w postaci pojedynczych
og niw o napię ciu 1 ,2 V

zwykle sprawiają swoim

właścicielom sporo kłopotó w. Przyczyna zwią zana
jest z ró ż ną pojemnością poszczeg ó lnych og niw.
Podczas pracy połą czone są one w szereg . Najsłab sze
og niwa rozładują się najszyb ciej i uniemoż liwią pracę
lepszych og niw. G dy potem wszystkie og niwa
włoż one są do ładowarki, te silniejsze mają jeszcze
sporo energ ii i są niepotrzeb nie ładowane.

W

nierozb ieralnych zestawach nie ma na to rady,

ale w przypadku pojedynczych og niw warto db ać o
kondycję wszystkich og niw, sprawdzać ich pojem−
ność i eliminować najsłab sze.

Ponadto w akumulatorach NiCd wystę puje cza−

sem zjawisko zwane efektem pamię ciowym.
A kumulator, z któ reg o nie pob iera się całeg o zg ro−
madzoneg o ładunku niejako zapamię tuje ten fakt i
zachowuje się tak, jakb y stracił pojemność . A b y zapo−
b iec temu zjawisku, warto co jakiś czas naładować i w
pełni rozładować akumulatory. W

pełni rozładować ,

nie znaczy rozładować " do zera" , b o to jest szkodliwe,
tylko do napię cia około 0 ,8 ..0 ,9 V na og niwo. S łuż ą do
teg o proste układy zwane rozładowarkami. Nie tylko
wyró wnują one właściwości poszczeg ó lnych og niw.
K ilkakrotne naładowanie i kontrolne rozładowanie za
pomocą rozładowarki pomag a przywró cić pojemność
utraconą w zwią zku z efektem pamię ciowym

U wag a! E fekt pamię ciowy wystę puje tylko w

akumulatorach NiCd. W olne od nieg o są akumulato−
ry NiM H , litowo−jonowe i kwasowe (zwykłe i
ż elowe).

Posiadana wiedza i umieję tnoś ci pozwo−
lą Ci zb udować najprawdziwszy zasilacz
lab oratoryjny z reg ulacją napię cia i ob −
wodem og raniczania prą du. O b wó d
og raniczania prą du przydaje się zwła−
szcza podczas eksperymentó w, nie do−
puszcza b owiem do nadmierneg o wzro−
stu prą du nawet podczas jakiejś awarii
czy pomyłki.

S chemat ideowy pokazany jest na

rysunku 21a. D o znaneg o z ć wiczenia
1 3 stab ilizatora L M 3 1 7 z rezystorem
(R 8 ) i potencjometrem (P1 ) dodaliś my
kilka poż ytecznych ob wodó w. T ranzy−
story T 3 , T 4 oraz rezystory R 1 0 , R 1 1
tworzą ob wó d og ranicznika prą dowe−
g o. G dy płyną cy przez ob cią ż enie prą d
jest mały i wywołuje na rezystorach
R 1 0 , R 1 1 spadek napię cia mniejszy niż
1 ,5 V , tranzystory T 3 , T 4 są zatkane
i nie wpływają na pracę stab ilizatora.
Napię cie wyjś ciowe wyznaczone jest

przez ustawienie potencjometru P1 .
G dy prą d wzroś nie i na rezystorach
R 1 0 , R 1 1 napię cie b ę dzie rzę du 1 ,5 V ,
zaczną przewodzić tranzystory T 3 , T 4 .
T ranzystor T 4 „ ś cią g nie na dó ł” koń −
có wkę A D J stab ilizatora, czyli ob niż y
napię cie na tej koń có wce i tym samym
na wyjś ciu stab ilizatora, nie dopuszcza−
ją c do dalszeg o wzrostu prą du. Prą d zo−
stanie og raniczony do wartoś ci wyzna−
czonej przez R 1 0 , R 1 1 . Przewidziano tu
dwa rezystory, b y łatwiej dob rać po−
trzeb ny prą d. Przewidziano też dodat−
kowe rezystory R 1 2 ...R 1 5 , b y za pomo−
cą trzypozycyjneg o przełą cznika moż na
b yło wyb rać jeden z trzech zakresó w
prą dowych.

O b wó d T 5 , R 9 , D 7 pełni rolę kontrol−

ki zasilania; jest też wstę pnym ob cią ż e−
niem stab ilizatora, dzię ki czemu moż na
ś miało zastosować potencjometr o war−
toś ci 1 0 kΩ (zob acz T E CH NIK A L IA ).

37

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

O ś la łą c z ka

A 4

7 7

Ć wic z en ie 1 5

Z as ilac z lab oratoryjn y

T
E
C
H
N
I

K
A
L
I

A

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

E

L

E

M
E

N

T

a

rz

Informacje dotyczące zestawu EdW−04 do „Oślej łączki“

znajdują się na stronach 48 i 8 0.

R ys . 2 1 a

O s c ylos kop

− najważ niejszy przyrzą d pomiarowy

M am nadzieję , ż e masz już jakiś multi−

metr. T o b ardzo potrzeb ny, wrę cz niezb ę dny
przyrzą d pomiarowy. J eszcze b ardziej przy−
datnym przyrzą dem pomiarowym jest dla
elektronika oscyloskop. T en przyrzą d pomia−
rowy, wyposaż ony w ekran, umoż liwia po−
miary napię ć stałych oraz zmiennych − ich
amplitudy, kształtu, czę stotliwoś ci, okresu.
Przy uż yciu mniej czy b ardziej skompliko−
wanych przystawek moż na też mierzyć nim
prą dy i wiele innych wielkoś ci.

G eneralna zasada pracy oscyloskopu jest

prosta. Na ekranie porusza się ś wiecą cy
punkt, jasna plamka. W

czasie normalnej

pracy plamka ta przesuwa się po ekranie ru−
chem jednostajnym (przy czym jej prę dkoś ć
moż na ustawić dowolnie) z lewej strony
ekranu do prawej. Potem b łyskawicznie,
w drob nym ułamku sekundy wraca na lewą
stronę , itd... J eś li prę dkoś ć ruchu plamki jest
duż a, a proces ten się powtarza wiele razy
na sekundę , nasze oko daje się oszukać i wi−
dzimy nie poruszają cą się plamkę , tylko po−
ziomą linię .

K aż dy oscyloskop ma przynajmniej jed−

no wejś cie. G łó wne wejś cie oscyloskopu
oznaczone jest literą Y . Napię cie podane na
to wejś cie odchyla plamkę w pionie, w g ó rę
(dodatnie napię cie) lub w dó ł (ujemne).

Brzęczyk piezo Y1 pełni bardzo po−

żyteczną funkcję i wskazuje, że z napię−
ciem wyjściowym coś jest nie w porząd−
ku. Odzywa się on podczas przeciążenia,
gdy działa obwód ogranicznika prądo−
wego oraz wtedy, gdy stabilizacja napię−
cia wyjściowego jest niepewna lub

w ogóle nie ma stabilizacji (przy nasta−
wieniu dużej wartości napięcia wyjścio−
wego, gdy transformator „nie daje sobie
rady” i napięcie na nim się obniża).
Brzęczyk podczas przeciążenia jest włą−
czany przez tranzystor T3, natomiast
przy braku stabilizacji przez tranzystor
T2, a dodatkowo zaświeca się wtedy

czerwona dioda D6 . W czasie normalnej
pracy przewodzi tranzystor T1, na rezy−
storze R1 występuje praktycznie całe
napięcie zasilania i tranzystor T2 nie
może włączyć brzęczyka i diody D6 .
Elementy R2, R3, C2, D5 ustalają wa−
runki pracy brzęczyka Y1, a dioda D5
nie ma nic wspólnego ze stabilizacją na−
pięcia wyjściowego, tylko ogranicza na−
pięcie na brzęczyku.

Model pokazany na fotografii 16 zo−

stał zmontowany na płytce drukowanej,
zaprojektowanej specjalnie na potrzeby

tego ćwiczenia.

Trzypozycyjny przełącznik dołączo−

ny do punktów K (środkowa końcówka
przełącznika), L, M (skrajne końcówki)
pozwala wybrać zakres prądu. W środ−
kowym położeniu przełącznika wartość
prądu wyznacza rezystor R10. Przy war−

tości 47Ω maksymalny prąd użyteczny
wynosi 10...20mA, a przy zwarciu prąd
nie przekracza 30mA. Dołączenie rezy−
storów R12 lub R14 zwiększa zakres do
około 40...80mA i 200..400mA. Takie
zakresy są optymalne przy zastosowaniu
zasilacza AC12/300.

Kto chciałby zmienić wartość prądu

maksymalnego, może dowolnie zmie−
niać wartości rezystorów R10...R15, pa−
miętając, że przy większych prądach bę−
dą się grzać i że stabilizator LM317 ma
wewnętrzne obwody ograniczające prąd
wyjściowy do 1...1,5A (dla pewności,
nawet w układzie podstawowym małego
pojedynczego rezystora 2,2Ω należałoby
zastosować rezystor o mocy 1W lub
cztery małe rezystory 2,2Ω połączone
szeregowo−równolegle).

Model został sfotografowany bez ra−

diatora, ale do poprawnej pracy potrzeb−
ny jest radiator, choćby w postaci kawał−
ka aluminiowej blachy o powierzchni
80...100cm2.

Płytka drukowana modelu pokazana

jest na rysunku 21b. Bardziej wprawni
mogą wykorzystać dużo mniejszą płytkę
z rysunku 21c .

38

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

Ośla łączka

A4

78

Jeśli na wejście Y podamy napięcie stałe,

pozioma linia po prostu przesunie się w górę
lub w dół, zależnie od biegunowości i wiel−
kości tego napięcia. Jeśli na wejście zostanie
podane napięcie zmienne, na ekranie pojawi
się obraz zmian napięcia w czasie.

Większość oscyloskopów ma dwa wejścia

i może jednocześnie rysować na ekranie dwa
przebiegi. Są to oscyloskopy dwukanałowe.
F o to g rafia 11 p o kazuje o sc ylo sko p d w uka−
nało w y firm y ES CO R T, a nastę p na fo to −
g rafia, ręczny, przenośny oscyloskop HPS5
firmy Velleman, oba dostępne w sieci han−
dlowej AVT.

Nie sposób w czasie jednej wyprawy przeka−

zać wszystkich ważnych informacji o oscylo−
skopie. Jeśli zdecydujesz się na zakup takiego
niezmiernie po−
żytecznego przy−
rządu, przestu−
diuj uważnie in−
strukcję obsługi.
potem używając
go,

stopniowo

poznasz wszyst−
kie jego tajniki.
Nie zaszkodzi też
spytać o szcze−
góły bardziej do−
świadczonych
elektroników.

Rys. 21b

Rys. 21b

F

F

o

o

t

t

.

.

1

1

6

6

Fot. 11

Fot. 12

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

E

L

E

M

E

N

T

a

r

z

Na rynku można spotkać róż−
ne rodzaje akumulatorów. Z a−
sady ładowania poszczegól−
nych rodzajów akumulatorów
są różne. Akumulatory niklo−
wo−kadmowe (NiCd) można
ładować

dużym

prądem

w krótkim czasie 1,5...3 go−
dzin, ale Ty na razie tego nie
próbuj, bo jakakolwiek po−
myłka skończy się uszkodze−
niem akumulatora, a nawet
wybuchem. Bez ryzyka prze−
ładowania akumulatory NiCd
ładuje się niewielkim prądem
o niezmiennej wartości przez
kilkanaście godzin.

Ł adowarki można wyko−

nać w różny sposób. W naj−
prostszym przypadku wystar−
czy wykorzystać prostownik
mostkowy (nawet bez kon−
densatora) i odpowiednio do−
brany rezystor ograniczający
prąd w układzie według ry−
sunku 22. Gwiazdka przy re−
zystorze wskazuje, że jego
wartość należy dobrać samo−
dzielnie, by uzyskać potrzeb−
ną wartość prądu. Układ taki można sto−
sować do ładowania pojedynczych aku−
mulatorków o napięciu 1,2V.

Reguła jest prosta: podaną na akumu−

latorze pojemność w miliamperogodzi−
nach (mAh) trzeba podzielić przez 10 –
wynik to natężenie prądu ładowania. Ta−
kim prądem trzeba ładować ogniwo przez
14...16 godzin. Przykładowo dla akumu−
latorków o pojemności 750mAh prąd ła−
dowania powinien wynosić 75mA.

Do ładowania zestawów o wyższym

napięciu warto zastosować tę samą regu−
łę, ale inne rozwiązanie układowe, gdzie
prąd ma dokładnie ustaloną wartość. Po−
trzebne jest do tego jakieś ź ródło prądo−
we. Można je zbudować w oparciu o sta−
bilizator LM317 według rysunku 23
i fotografii 17 . Jeden jedyny rezystor
wyznacza wartość prądu (I = 1,25V/R1).
W razie potrzeby dodaj mały radiator
z kawałka blachy.

39

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

Ośla łączka

A4

79

Ćwiczenie 16

Ł ad owanie akumulatoró w N iC d .

S tabilizator prąd u

Rys. 23

Zasilacz laboratoryjny

Fotografia 13 pokazuje fabryczny zasilacz
laboratoryjny, dostępny w ofercie handlowej
AVT. Taki zasilacz daje możliwość regulacji
napięcia i prądu maksymalnego. Dodatkowo
ma wskaźniki, pokazujące wartości napięcia
i prądu.

W praktyce, zwłaszcza podczas urucha−

miania i konstruowania prototypów, bardzo
przydatne są obwody nie pozwalające prze−
kroczyć nastawionej wartości prądu, nawet
w przypadku zwarcia. Pozwala to uchronić
przed zniszczeniem zasilane układy.

Czy wiesz, ż e...

wejście Y oscyloskopu zawsze do−

łącza się do badanego obwodu równole−

gle, podobnie jak woltomierz.

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

E

L

E

M
E

N

T

a

r

z

Rys. 22

Fot. 13

Fot. 17

Ćwiczenie 17

Rozładowarka akumulatorków NiCd

Po co komu rozładowarka? Odpowiedzi
szukaj w TECHNIKALIACH (Pamiętli−
w e ak u mu lato r y

).

Jeśli korzystasz z pojedynczych aku−

mulatorów NiCd o napięciu 1,2V, wyko−
naj rozładowarkę − bardzo pożyteczny
przyrząd, który przedłuży ich żywot−
ność. Co kilka cykli pracy wszystkie
akumulatory warto naładować i za po−
mocą rozładowarki całkowicie opróżnić.
Każde ogniwo należy rozładować od−

dzielnie. Można do tego wykorzystać
kilka jednakowych układów o schema−
cie z rysunku 24 i fotografii 18. Trzeba
je dołączyć do ogniw i zostawić na czas
nie krótszy niż 4 godziny, np. na noc. Ta−
ka rozładowarka nie rozładuje akumula−
torka do zera. Gdy napięcie akumulatora
wynosi 1,2V, prąd rozładowania wynosi
240mA. Przy 1V jeszcze 150mA, przy
0,9V – 39mA, przy 0,8 tylko 4,1mA,
a przy 0,65V mniej niż 0,2mA. Ze

względu na znaczny prąd, tranzystor T3
nie może być typu BC548. Trzeba zasto−
sować inny typ np. BC337 o prądzie ko−
lektora 1000mA i mocy strat 800mW al−
bo jakiś tranzystor mocy NPN.

Jeśli ktoś chce zwiększyć prąd rozłado−

wania, może dodać jeszcze jeden lub dwa
rezystory 2,2Ω równolegle do R3, R4.

W przypadku małego nierozbieralne−

go zestawu kilku akumulatorów o napię−
ciu 3,6V lub wyższym, do rozładowania

można wykorzystać prościutki układ
według rysunku 25. Tu sprawa jest
odrobinę trudniejsza i trzeba odpowie−
dnio ustawić potencjometr P1, który
umożliwia ustawienie końcowego napię−
cia rozładowania. Napięcie to powinno
wynosić mniej więcej 0,8V/ogniwo,
czyli około70% napięcia nominalnego
akumulatora. Na rysunku pokazana jest

charakterystyka uzyskana
z jednym rezystorem 2,2Ω,
przy jakimś przypadko−
wym ustawieniu potencjo−
metru. Fotografia 19 po−
kazuje prowizoryczny mo−
del rozładowarki do zesta−
wów o napięciu nominal−
nym co najmniej 3,6V.

Rys. 24

Wypadkowa rezystancja rezystorów
R3...R5 wyznacza prąd rozładowania,
który z kolei powinien być proporcjo−
nalny do pojemności zestawu. Przy za−
stosowaniu jednego rezystora R3
(2,2Ω), prąd rozładowania jest odpo−
wiedni dla akumulatorów o pojemnosci
150...300mAh. Z dwoma rezystorami
R3 i R4 (po 2,2Ω) prąd jest odpowiedni
dla akumulatorów o pojemnościach

250...600mAh. Z trzema rezystorami
R3...R5 prąd jest odpowiedni dla aku−
mulatorów o pojemności 450 ...
1000mA. Z akumulatorami o wyższych
napięciach tranzystor T3 będzie się
grzał i należy zastosować radiator w po−
staci kawałka blachy. Bez radiatora tran−
zystor mocy w obudowie TO−220 może
rozproszyć tylko 1,5...2W mocy strat.

Moc strat można obliczyć dość dokła−

dnie, mnożąc napięcie na tranzystorze
(Uaku−1,5V) przez prąd rozładowania.

Przykładowo dla wspomnianego aku−

mulatora 7,2V 600mAh przy prądzie rozła−
dowania 200mA w tranzystorze T3 wydzie−
li się moc około (7,2−1,5)* 0,2A= 1,14W.
W zasadzie radiator nie jest konieczny,
ale tranzystor będzie bardzo gorący i bę−
dzie miał temperaturę ponad + 100

o

C.

Warto więc dodać niewielki radiator.

40

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

Ośla łączka

A4

80

Fot. 18

Fot. 19

Rys. 26

Rys. 27

Ćwiczenie 17

Ładowanie akumulatorów kwasowych .

Zasilacz buforowy

Rys. 25

45

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

Ośla łączka

A4

81

Duże akumulatory kwasowe (ołowiowe)
zwykle ładuje się prądem o stałym natę−
żeniu przez czas potrzebny do ładowania
120...130% pojemności nominalnej

Do ładowania akumulatorów o napię−

ciu 12V i pojemności rzędu kilkudziesię−
ciu amperogodzin można wykorzystać
sprawdzony w praktyce sposób z trans−
formatorem bezpieczeństwa, żarówką
i mostkiem prostowniczym według ry−
sunku 26 . Transformator bezpieczeń−
stwa ma napięcie wyjściowe 24V, ale
12−woltowemu akumulatorowi nic złego
się nie stanie, bo żarówka ograniczy
prąd i napięcie do bezpiecznej wartości.
Prąd ładowania zależy od mocy użytej
żarówki (40...200W). Oczywiście trzeba
zastosować mostek prostowniczy o od−
powiednio dużym prądzie.

Małe akumulatory kwasowo−ołowio−

we są powszechnie używane jako źródło
zasilania rezerwowego w systemach
alarmowych. Tu ich praca nie polega na
cyklicznym ładowaniu i rozładowywa−
niu, tylko pozostają one stale w stanie
naładowania, gotowe w każdej chwili do
działania. Nazywa się to pracą buforo−
wą. W takim przypadku wykorzystuje
się inny sposób ładowania. Akumulator
dołącza się na stałe do zasilacza (stabili−
zatora) o precyzyjnie dobranym napięciu
wyjściowym. W warunkach domowych,
gdzie zmiany temperatury są niewielkie
(+15...+30

o

C), można wykorzystać pro−

sty zasilacz według rysunku 27 z ukła−
dem LM317 i dodatkową diodą D1, za−
bezpieczającą przed rozładowaniem
akumulatora w przypadku zaniku napię−

cia sieci. Napięcie zasilacza należy usta−
wić za pomocą potencjometru P1, by na
wyjściu (za diodą, czyli na akumulato−
rze) uzyskać 13,8...14,0V. Rezystor R4
decyduje o maksymalnym prądzie łado−
wania. Dla prądu maksymalnego 0,5A,
R4 powinien mieć wartość 1,2Ω. Ze
względu na moc strat warto zastosować
dwa połączone równolegle rezystory
2,2Ω. Układ LM317 powinien być wy−
posażony w mały radiator.
Wartość R4 można obliczyć ze wzoru
R4 =0,6V/Imax .

P iotr G ó recki

Informacje dotyczące zestawu

EdW−04 do „Oślej łączki“ znajdują się

na stronach 88 i 1 2 0.

B ib lio te c z k a P ra k ty k a

Stabilizatory scalone

Obecnie zdecydowanie najpopularniejsze są trzykońcówkowe
stabilizatory rodzin 78X X , 79X X oraz kostki LM317 i LM337.
Układy rodzin 78X X oraz 79X X mają fabrycznie ustalone na−
pięcie wyjściowe − dwie ostatnie cyfry oznaczenia określają na−
pięcie wyjściowe. Najczęściej używane stabilizatory to 7805
(5V), 7809 (9V) i 7812 (12V). Napięcie wyjściowe układów
LM317 i LM337 nie jest fabrycznie ustalone. Układy te mają
odmienną budowę, dzięki czemu za pomocą dwóch rezystorów
można regulować napięcie wyjściowe w szerokich granicach,
począwszy od 1,25V do kilkudziesięciu woltów.

Oprócz tych najpopularniejszych układów, różni producen−

ci oferują wiele innych typów o takim samym układzie wy−
prowadzeń. Można je stosować wymiennie, mają jednak
odmienne parametry, zwłaszcza wydajność prądową − podsta−

wowe parametry niektórych podane są w tabelach . W tabe−
lach 1 i 2 podano między innymi maksymalne napięcie wej−
ściowe, maksymalny prąd oraz prąd pobierany przez stabili−
zator. W przypadku stabilizatorów regulowanych (tabele 3
i 4) podano napięcie maksymalne między wejściem a wyj−
ściem oraz minimalny prąd obciążenia ILmin (przy mniej−
szym prądzie obciążenia napięcie wyjściowe może być wy−
ższe od wyznaczonego przez rezystory).

Każdy elektronik powinien umieć wykorzystać scalone

stabilizatory. Rysunki 1...4 pokazują typowe schematy apli−
kacyjne tych układów oraz ich wygląd. Kondensatory C1, C2
powinny być umieszczone możliwie blisko stabilizatora,
w odległości co najwyżej 5cm. Kondensator C1 może być
jednocześnie kondensatorem filtru zasilacza. Jeśli jednak jest

T yp

U wy

V

U wemax

V

Imax

A

Prąd stab.

mA

M oc strat

W

Rthjc

K /W

78xx

5 ...2 4

3 5

1

5

2 0

4

78M xx

5 ...2 4

3 5

0 ,5

5

7,5

6

78L xx

5 ...2 4

3 5

0 ,1

3

0 ,5

2 3 0

78S xx

5 ...2 4

3 5

2

5

2 5

3

78T xx

5 ...1 5

3 5

3

5

3 0

2 ,5

L M 2 9 3 6

5

4 0

0 ,0 5

1 ,5

0 ,5

1 9 5

L M 3 4 0

5 ...1 5

3 5

1 ,5

5

2 0

4

T L 780

5 ...1 5

3 5

1 ,5

3 ,5

1 5

5

T ab. 1 Stabilizatory napięć dodatnich o ustalonym

napięciu wyjściowym

T yp

U wy

V

U wemax

V

Imax

A

Prąd stab

mA

M oc strat

W

Rthjc

K /W

79 xx

−5 ...−2 4

−2 5

1

5

1 5

5

79 M xx

−5 ...−2 4

−3 5

0 ,5

5

7,5

6

79 L xx

−5 ...−2 4

−3 0

0 ,1

2

0 ,5

1 80

L M 2 9 9 0

−5 ...−1 5

−2 6

1

9

2 0

2 ,5

L M 3 2 0

−5 ...−1 5

−2 5

1 ,5

1

1 5

4

L M 3 4 5

−5

−2 0

3

1

2 5

2

T ab. 2 Stabilizatory napięć ujemnych o ustalonym

napięciu wyjściowym

Rys. 1

Rys. 2

B

I

B

L

I

O

T

E

C

Z

K

A

P

R

A

K

T

Y

K

A

oddalony od układu scalonego więcej niż o 5cm, należy dodać
niewielki kondensator blisko nóżek układu scalonego. Choć
niektórzy amatorzy nie stosują kondensatorów pokazanych na
rysunkach, warto je stosować i umieszczać blisko układu sca−
lonego − kondensatory te zapobiegną przykrym niespodzian−
kom (tak zwanemu samowzbudzeniu). Wzory, podane na ry−
sunkach 3, 4, pozwolą obliczyć wstępnie wartość R2 w zależ−

ności od zastosowanej wartości R1 i potrzebnego napięcia
wyjściowego Uwy. Aby precyzyjnie dobrać napięcie wyjścio−
we, w miejsce R2 należy włączyć połączone szeregowo rezy−
stor i potencjometr montażowy.

Gdy potrzebne jest tylko jedno napięcie wyjściowe, można

zastosować dowolny z wymienionych stabilizatorów − poka−
zuje to w uproszczeniu rysunek 5, na którym nie zaznaczono
kondensatorów. Jednak gdy potrzebne są napięcia o różnej
biegunowości względem masy, trzeba zastosować pary stabi−
lizatorów − dwa przykłady pokazane są na rysunku 6.

Nie będę Cię wprowadzał w szczegóły, ale wiedz, że

w przypadku stosowania układów LM317 oraz LM337
producenci zalecają na wszelki wypadek stosować rezystor
R1 o wartości 130Ω. Jeśli stabilizator będzie zawsze obcią−
żony i prąd pobierany z niego nie będzie mniejszy
niż

10mA,

wartość

R1

można

zwiększyć

do

470Ω (220...680Ω) i wtedy do regulacji można wykorzy−
stać potencjometr o popularnej wartości 10kΩ − tak też zro−
biliśmy w ćwiczeniu 6 i 15.

Wszystkie stabilizatory mają wewnętrzne zabezpieczenia,

w tym termiczne, dzięki czemu trudno je uszkodzić. Aby
jednak w pełni wykorzystać możliwości stabilizatorów

w obudowach mocy TO−220, trzeba zastoso−
wać radiatory.

Zasilacz

bezp rzerw ow y

Jeśli w jakimś układzie napięcie zasilające nie mo−
że zaniknąć w razie awarii zasilacza, należy zasto−
sować baterię rezerwową. Najprostszy sposób po−
kazany jest na rysunku 7.

46

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

Ośla łączka

A4

82

Typ

Uwy

V

UIOmax

V

Imax

A

IL min

mA

Moc strat

W

Rthjc

K/W

LM317

1,25...37

40

1,5

3,5

20

3

LT317

1,25...37

40

1,5

3,5

20

3

LM317H V

1,25...57

60

1,5

3,5

20

3

LM317M

1,25...37

40

0,5

3,5

7,5

7

LM317L

1,25...37

40

0,1

3,5

0,6

170

LM338

1,25...32

35

5

3,5

25

4

LT338

1,25...32

35

5

3,5

25

4

LM350

1,3...33

35

3

3,5

25

4

TL783

1,25...125

125

0,7

15

20

4

Typ

Uwy

V

UIOmax

V

Imax

A

IL min

mA

Moc strat

W

Rthjc

K/W

LM337

−1,25...−37

−40

1,5

2,5

15

4

LT337

−1,25...−37

−40

1,5

2,5

15

4

LM337H V

−1,25...−47

−59

1,5

2,5

20

3

LM337M

−1,25...−37

−40

0,5

2,5

7,5

7

LM337L

−1,25...−37

−40

0,1

3,5

0,6

160

LM333

−1,25...−32

−35

3

2,5

30

4

LT1033

−1,25...−32

−35

3

2,5

30

4

Tab. 4 Stabilizatory napięć ujemnych o reg ulowanym

napięciu wyjściowym

Tab. 3 Stabilizatory napięć dodatnich o reg ulowanym

napięciu wyjściowym

Rys. 6

Rys. 7

Rys. 3

Rys. 4

Rys. 5

B

I
B

L

I
O

T

E

C

Z

K

A

P

R

A

K

T

Y

K

A

·

B

I
B

L

I
O

T

E

C

Z

K

A

P

R

A

K

T

Y

K

A

47

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

A4

83

Należy pamiętać, że w tym prostym układzie prąd jest pobierany ze
źródła, które w danej chwili ma wyższe napięcie. Aby uniknąć roz−
ładowania baterii, napięcie wyjściowe stabilizatora musi być wyższe,
niż napięcie świeżej baterii (które jest znacząco większe od napięcia
nominalnego).

Akumulatory

i baterie

Podczas ładowania akumulatora prąd płynie od "plusa" zasi−
lacza (prostownika) do "plusa" akumulatora. Ilustruje to rysu−
nek 8a. Odwrotne dołączenie akumulatora spowoduje prze−
pływ dużego prądu i zwykle kończy się uszkodzeniem pro−
stownika, dlatego rysunek 8b jest przekreślony.

Można łączyć baterie i akumulatory szeregowo. Powinny

to jednak być ogniwa jednakowego typu i o tej samej pojem−
ności. Napięcie zespołu jest sumą napięć ogniw, a pojemność
zestawu jest taka, jak pojemność pojedynczego ogniwa (ina−
czej, niż przy szeregowym łączeniu kondensatorów).

Nie zaleca się równoległego łączenia baterii i akumulato−

rów. Teoretycznie przy równoległym połączeniu jednako−
wych ogniw wypadkowa pojemność jest sumą pojemności
ogniw. Gdy jednak poszczególne ogniwa będą mieć różne
właściwości, może nastąpić przepływ dużego prądu między
ogniwami i ich uszkodzenie lub choćby niepotrzebna strata
części energii.

Ł ą czenie

transf ormatoró w

Uzwojenia wtórne transformatorów sieciowych można łą−
czyć szeregowo. Choć występują na nich napięcia zmienne,
trzeba zwracać uwagę na "bie−
gunowość", nazywaną prawi−
dłowo fazą. Dlatego na nie−
których schematach wyróżnia
się końcówki sąsiednich uzwo−
jeń transformatora za pomocą
kropek lub gwiazdek. Przy wła−
ściwym fazowaniu napięcie
wyjściowe jest sumą napięć obu
uzwojeń − patrz rysunek 9a.
Nieprawidłowe połączenie sze−
regowe dwóch jednakowych

uzwojeń da na wyjściu napięcie... równe zeru − ilustruje to
rysunek 9b.

Dotyczy to również tak zwanego podwajacza mostkowe−

go. Prawidłowe połączenia pokazane są na rysunku 10 a.
Przy niewłaściwym połączeniu uzwojeń układ będzie wpraw−
dzie pracował, ale nastąpi prostowanie półokresowe. Ilustruje
to rysunek 10 b. Prawidłowość połączeń można łatwo spraw−
dzić za pomocą woltomierza napięcia zmiennego − napięcie
między punktami A, C musi być równe sumie napięć między
punkami A, B oraz B, C. Jeśli jest bliskie zeru, należy zamie−
nić końcówki jednego z uzwojeń.

Nie należy łączyć uzwojeń równolegle (rysunek 11a), bo

nawet przy właściwym fazowaniu nieuniknione małe różnice
napięć spowodują przepływ dużych prądów wyrównujących
między uzwojeniami, co spowoduje grzanie transformatora
i utratę mocy użytecznej. Jeśli z kilku uzwojeń trzeba uzyskać
większy prąd i większą moc, można wykorzystać kilka jedna−
kowych uzwojeń lub transformatorów, ale każde powinno
pracować na oddzielny prostownik. Przykłady pokazane są na
rysunkach 11b, 11c.

B

I
B

L

I
O

T

E

C

Z

K

A

P

R

A

K

T

Y

K

A

·

B

I
B

L

I
O

T

E

C

Z

K

A

P

R

A

K

T

Y

K

A

Rys. 8

Rys. 10

Rys. 11

Rys. 9

Ośla łączka