Wstęp

Większość urządzeń elektronicznych do poprawnej pracy wymagają zasilania napięciem stałym. Najczęściej jednak dysponujemy tylko zasilaniem sieciowym o napięciu przemiennym. Do przekształcenia napięcia przemiennego z sieci w napięcie stałe, jakiego potrzebujemy służą zasilacze stabilizowane.
Składają się one z: układu zabezpieczającego, transformatora, prostownika, filtra wygładzającego oraz stabilizatora napięcia.

Głównym elementem układu zabezpieczającego jest bezpiecznik, który ma odciąć zasilanie w przypadku poboru prądu o zbyt wysokim natężeniu. Bezpiecznik dobiera się odpowiednio do planowanego obciążenia zasilacza. Dodatkowo można zastosować układy przeciwprzepięciowe, filtry przeciwzakłóceniowe.

Transformator to element elektromagnetyczny przenoszący energię z obwodu wejściowego na wyjściowy. Są to dwa uzwojenia nawinięte na rdzeń. Stosunek ilości zwojów na wyjściu (Z₂) do ilości zwojów na wejściu (Z₁) nazywamy przekładnią zwojową. Dodatkowo: Z₂/Z₁=U₂/U₁=I₁/I₂. Transformator nie zmienia częstotliwości prądu.
Transformator ma zmienić napięcie przemienne z sieci w napięcie przemienne o wartości dobranej dla danego zasilacza. Zapewnia też galwaniczną izolację układu od sieci, czyli uniemożliwia niepożądany przepływ prądu od strony zasilacza.

Prostownik przekształca prąd przemienny w prąd jednokierunkowy. Podstawą jest element przewodzący prąd w jednym kierunku, np. dioda. W układzie z jedną diodą przy sinusoidalnym wykresie napięcia na wejściu, na wyjściu napięcie pojawia się tylko ponad osią czasu. Wadami są: duże straty i duża zmienność wartości napięcia.
Lepsze są układy dwupołówkowe, np. prostowniki z mostkiem Graetza. Są to cztery diody i w każdej chwili dwie diody są w stanie przewodzenia, a dwie w stanie nieprzewodzenia. Wtedy na wyjściu napięcie pojawia się w każdej chwili.

Filtr wygładzający służy do wygładzenia przebiegu napięcia, tak by zawsze przekraczał on jakąś wartość minimalną. Używamy tu kondensatora, których ładuje się, gdy wykres napięcia „wspina się”, aby oddać ładunek, gdy wykres napięcia opada. Dzięki temu amplituda znacząco się zmniejsza.

Stabilizator napięcia stabilizuje napięcie wyjściowe, które mimo wygładzenia, może być podatny na wahania napięcia w sieci, itp. Stosuje się wiele różnych stabilizatorów, w tym m.in. stabilizator z diodą Zenera, stabilizator z diodą Zenera i wtórnikiem emiterowym, stabilizator z układem LM317L.

Schematy układów pomiarowych

1. Układ transformator-prostownik-filtr tętnień

1. Układy stabilizacji w kolejności

Pomiary dla układu transformator-prostownik-filtr tętnień

U_sk - wartość skuteczna napięcia
P_k-P_k – wartość międzyszczytowa napięcia
U_śr – napięcie średnie
C – pojemność kondensatora w filtrze wygładzającym
f - częstotliwość napięcia

Przebieg napięcia U_AC (przed prostownikiem)

Usk	Pk-Pk	Uśr	f
[V]	[Hz]
11,5	32	1	50

Przebieg napięcia U_DC (za prostownikiem)

1. prostownik jednopołówkowy

C	Usk	Pk-Pk	Uśr	f
[µF]	[V]	[Hz]
0	7,7	16,2	4,5	50
100	10,8	7,6	10,7
1000	12,5	2	12,4

1. prostownik dwupołówkowy

C	Usk	Pk-Pk	Uśr	f
[µF]	[V]	[Hz]
0	10,3	11,2	9,5	100
100	12,3	4	12,2
1000	19	1	12,9

Obliczenia dla układu transformator-prostownik-filtr tętnień

Przekładnia transformatora
ν=U₁/U₂=230/11,5=20

Pomiary dla układów stabilizacji

Stabilizator A	Stabilizator B	Stabilizator C
I	U	I
mA	V	mA
1	6,35	1
3,2	6,33	4,4
5,1	6,32	7,8
7,4	6,32	10,7
9	6,31	14
11,5	6,3	17
15,2	6,28	20,8
19	6,26	24,5
22,6	6,24	27
		42

Obliczenia dla układów stabilizacji
Obliczenie współczynnika k dla każdego stabilizatora

k_A=ΔU_A/U_A0=[(6,35-6,26)/6,35]*100%=1,42%
k_B=ΔU_B/U_B0=[(6,32-6,22)/6,32]*100%=1,58%
k_C=ΔU_C/U_C0=[(6,91-6,89)/6,91]*100%=0,29%

Jak widać najlepszy jest stabilizator C, ponieważ jego współczynnik k jest najmniejszy.