Niniejszy e-book pochodzi ze strony
Licencja: Creative Commons BY-NC-SA 3.0 PL
Internet 2014-2015
Czym różni się prąd zmienny od prądu stałego? Czy można
zamieniać prąd zmienny na prąd stały? Co to jest w ogóle prąd?
Na te pytania postaramy się dać tutaj odpowiedź. Zaczniemy od
końca, ponieważ jest to pytanie najważniejsze. W encyklopedii
przeczytamy, że prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch ładu-
nków elektrycznych. Oznacza to, że w danej chwili wszystkie ładu-
nki zmierzają w jednym kierunku. W przewodach elektrycznych,
które wykonane są z miedzi lub z aluminium nośnikami prądu są
elektrony pochodzące z ostatnich powłok elektronowych tychże
pierwiastków. Średnia prędkość tych elektronów wynosi około 1
cm/sek, tak więc po włączeniu prądu elektrony te nie dopłyną z
wyłącznika od razu do żarówki, czy innego urządzenia elektryczne-
go. To, że żarówka zapala się od razu jest wynikiem tego, że co
prawda, elektrony przesuną się tylko o jeden centymetr, ale przez
to przesuną się także te elektrony będące tuż przy żarówce. I to
one właśnie w danej chwili zasilają urządzenie elektryczne.
Teraz możemy trochę uściślić nasze rozważania i powiedzieć, że
zasadniczo rozróżniamy dwa rodzaje prądu: prąd stały i prąd zmie-
nny. Prąd stały charakteryzuje się tym, iż zawsze posiada tę samą
wartość oraz tę samą biegunowość (plus, minus). Znaczy to tyle,
że prąd taki płynie zawsze tylko w jednym kierunku. Przedstawia to
Rys.1:
Na Rys.2 widać wyraźnie, że prąd zmienny ma zupełnie inną
charakterystykę. Raz, że zmienia kierunek (raz płynie w jedną
stronę, a raz w drugą), dwa- bez przerwy zmienia swoją wartość.
Zaczyna od zera, rośnie do maksymalnej wartości, a następnie
znowu maleje do zera. Teraz zmienia kierunek poruszania się i
znowu rośnie do maksymalnej wartości, maleje, zmienia kierunek i
apiat, wszystko od nowa. Dlatego właśnie prąd ten nazywamy
prądem przemiennym. Na przykład prąd, który mamy w gniazdku
osiąga w maksimum 325 woltów, choć wszędzie podaje się jego
napięcie skuteczne czyli 230V / 50Hz. Ta druga wartość mówi, że
prąd ten w ciągu jednej sekundy zmienia 50 razy kierunek porusza-
nia się. Prąd zmienny używany jest dlatego, ponieważ łatwiej go
"przetransportować" z elektrowni do odległych odbiorców, a potem
łatwo zmieniać jego właściwości,o czym przekonamy się za chwilę.
Prąd stały możemy spotkać np. w bateriach lub akumulatorach,
choć występuje on także we wszystkich urządzeniach elektroni-
cznych, takich jak telewizory, radia, czy magnetofony. Co prawda
większość z nich zasilana jest z gniazdka, a więc prądem zmien-
nym, ale w środku tychże urządzeń prąd ten zamieniany jest na
prąd stały. Przechodzimy więc do sedna naszej opowieści: Jak
wyprostować prąd zmienny? Na pewno nie przez naciąganie go jak
wygiętego druta. A więc jak?
Przede wszystkim musimy sprawić, aby prąd zaczął płynąć ty-
lko w jedną stronę. Wystarczy w tym celu włączyć w obwód diodę
prostowniczą (Rys.3a). Ma ona takie właściwości, że przepuszcza
prąd tylko w jednym kierunku. W ten sposób charakterystyka na-
szego prądu będzie wyglądała tak, jak na Rys.3b.
Z rysunku widać wyraźnie, że prąd płynie tylko w jedną stronę, w
tych zakreskowanych miejscach. Ale co nam po takim prądzie?
Raz, że w połowie okresu w ogóle nie płynie (ponieważ w tym
czasie powinien płynąć w stronę przeciwną), a dwa, nadal zmienia
swoje wartości. Zaradzić temu możemy w ten sposób, że zamiast
jednej diody, użyjemy ich cztery, które odpowiednio ze sobą połą-
czymy (Rys. 4a i 4b).
Dodatkowe diody sprawiły, że prąd zaczął płynąć nam także w
tych miejscach, w których nie płynął prędzej. W ten sposób prąd
płynie częściej, ale nadal zmienia się w czasie. Nazywamy go
prądem pulsującym, ponieważ zachowuje się tak, jakby cały czas
pulsował. Jeżeli między plusem a minusem włączymy kondensator
o dużej pojemności, to dzięki temu będziemy mogli znacznie pole-
pszyć właściwości naszego prądu. Kondensator bowiem gromadzi
w sobie ładunki elektryczne, a gdy następuje spadek napięcia,
oddaje je z powrotem do układu, dzięki temu sprawia, że pojawia
się napięcie w tych momentach, w których przedtem nie było.
Napięcie to jest jednak mniejsze od maksymalnego w związku z
czym otrzymujemy właśnie taki a nie inny wykres dla prądu (Rys.
5). Może komuś wydawałoby się, że takie napięcie wystarczy do
zasilania np. radia, ale okazuje się, że nie. Dla większości tego ty-
pu urządzeń potrzebne jest autentyczne napięcie stałe. Inaczej w
głośniku słychać było by nieprzyjemne dla ucha buczenie, tzw.
przydźwięk sieci. Należy więc jeszcze bardziej wyprostować prąd.
Do tej pory mówiliśmy, że prostujemy prąd. Dalsze czynności
będziemy już nazywać stabilizowaniem, tzn. sprawianiem, aby z
charakterystyki z Rys.5 zrobić tak, jak to mamy na Rys.1. Do tego
celu musimy posłużyć się kolejnymi elementami elektronicznymi,
takimi jak np. dioda Zenera. Dioda ta pozwala nam utrzymać stałą
wartość napięcia niezależnie od jego wahań. Najprostszy taki układ
przedstawiony jest na Rys.6.
Stabilizacja polega tu mniej więcej na tym, że przy wszelkich
zmianach napięcia na wejściu układu zmieniać się będzie natęże-
nie prądu płynącego przez diodę, a tym samym zmieniać się bę-
dzie także spadek napięcia na rezystorze R. W efekcie z układu
wychodzić będzie napięcie o stałej wartości a wszelkie zmiany
napięcia będą niwelowane przez rezystor R, który w zależności od
napięcia różnie się będzie nagrzewał i w ten sposób oddawał
"nadwyżkę" napięcia.
Rozwiązanie to ma jednak jedną poważną wadę, mianowicie, nie
można taki układ obciążać zbyt dużymi prądami. Innymi słowy uzy-
skaliśmy prąd stały, ale jest on za słaby aby mógł zasilić magneto-
fon, czy radio. Aby temu zaradzić należy zastosować dodatkowo
tranzystor, który znacznie (ok.10 razy) poprawi własności układu,
ponieważ jedną z zalet tranzystora jest to, że potrafi wzmocnić
prąd. Rys.7 pokazuje jak należy włączyć go w układ. Zastosowanie
dwóch takich tranzystorów poprawia do kilkuset razy właściwości
całego układu, tak więc śmiało możemy już zasilać nim wszelkie
urządzenia elektroniczne.
Podsumowując teraz to wszystko co było tu powiedziane, za-
prezentujemy w całości nasz układ do prostowania i stabilizowania
prądu, który często można spotkać w różnych urządzeniach RTV
(Rys.8).
Wykaz elementów:
B- Bezpiecznik topikowy 0,15A
Tr- Transformator TS 8/1 lub podobny obniżający napięcie do około
12V
D1-D4- Diody prostownicze BYP 401/50- 4szt.
C- Kondensator elektrolityczny 2000μF /min.16V
R- Rezystor 1,8 kΩ
DZ- Dioda Zenera na napięcie 10V
T1- Tranzystor BD137
T2- Tranzystor BC107
Taki układ prostujący nazywamy popularnie zasilaczem stabili-
zowanym. Nasz akurat jest na napięcie 9V przy maksymalnym
obciążeniu 0,4 A, ale zmieniając odpowiednio wartości poszczegól-
nych elementów możemy przystosować go na inne napięcia i
obciążenia. Mając w domu taki zasilacz możemy śmiało używać go
zamiast baterii, które jak wiadomo nie są zbyt żywotne, gorzej,
jeżeli nie będzie akurat w gniazdku prądu... Ale to już zupełnie inna
opowieść...
Więcej darmowych e-booków znajdziesz na stronie
Zapraszam także na moje blogi:
www.wiedza-jest-super.blogspot.com/
Blog tematyczny o szeroko rozumianej wiedzy: wiedzy zarówno praktycznej, doświadczalnej, naukowej,
jak i wiedzy duchowej, religijnej i metafizycznej.
www.jakzmnienicswojezycie.blox.pl/
Blog poświęcony rozwojowi osobistemu, duchowemu i religijnemu.
Szanowny Czytelniku,
Niniejsza publikacja elektroniczna jest darmowa, niemniej jednak,
gdybyś zechciał wesprzeć finansowo autora, proszę o przelew
w dowolnej wysokości (wg uznania) na konto:
Robert Trafny
nr konta: 72 1140 2004 0000 3702 6043 7322
W tytule przelewu proszę wpisać "datek" lub "darowizna".
Zgodnie z ideą Uwolnionej Książki sam decydujesz w jakiej wysokości
złożysz datek. Może to być nawet 1 zł, to od Ciebie zależy, od tego, jak
bardzo podobała Ci się książka, oraz od Twojej hojności.
Pamiętaj, że Autor poświęca swój czas, a niejednokrotnie także pewne
koszta na przygotowanie książki. Kiedy otrzyma od Ciebie datek, będzie mu
miło, że ktoś docenił jego starania, a i przecież "szczodrego dawcę wspiera
Pan Bóg swoją hojnością".
(Prawo Dawania)
Za wszelkie datki serdecznie dziękuję. Bóg zapłać!
Autor
LICENCJA:
Niniejszy e-book jest całkowicie darmowy do niekomercyjnego użytku.
Możesz go w niezmienionej postaci pobrać na swój komputer, stronę
internetową, bloga, a także nieodpłatnie rozprowadzać dalej.
e-mail kontaktowy: robert-trafny@wp.pl