Eksperymentalny bateryjny zasilacz czterokwadrantowy

Klasyczny zasilacz jest jednokwadrantowy. Zasilacz czterokwadrantowy może dostarczać napięcie o dowolnej biegunowości (dodatnie albo ujemne), a co ważne, nie tylko dostarczać, ale też pobierać energię, czyli może służyć jako aktywne obciążenie. Może też pracować jako zasilacz napięcia zmiennego!

Przedstawione rozwiązanie jest jak najbardziej użyteczne, ale jest specyficzne, niejako początkowe, niezbyt doskonałe i powinno być przede wszystkim inspiracją do realizacji podobnych nietypowych zasilaczy. A co to w ogóle za wynalazek zasilacz czterokwadrantowy? Dlaczego bateryjny? I po co mi taki sprzęt?

Akurat w moim przypadku związane jest to z projektami budowy charakterografu oraz z przymiarkami do realizacji czegoś tak bardzo skomplikowanego, jak urządzenia zasilająco-pomiarowe zwane SMU (Source Measure Unit). Prezentowany układ jest bardzo interesujący z kilku powodów! Zasilanie bateryjne to opcja bardzo ważna z uwagi na mnóstwo „śmieci z sieci” i mnóstwo zakłóceń „radiowych”. W licznych zastosowaniach warto się odciąć od takich zakłóceń. A dlaczego czterokwadrantowy? Może wystarczyłby zwykły – jednokwadrantowy? Może wystarczyłby dwukwadrantowy, będący zasilaczem, którego wyjście może nie tylko dostarczać prąd do obciążenia, ale też prąd z zewnętrznego źródła pochłaniać, czyli pracować jako aktywne obciążenie „stałonapięciowe”. Możliwość pochłaniania prądu zwiększa uniwersalność, bo niczego nie trzeba przełączać, a urządzenie może pracować zarówno jako zasilacz, jak też jako aktywne obciążenie o stałym napięciu, czyli najprościej mówiąc, jako specyficzna odmiana diody Zenera dużej mocy. Co bardzo ważne, opisany układ może być zasilaczem napięcia zmiennego lub przemiennego! Tak, przemiennego!

Opisywany zasilacz jest czterokwadrantowy głównie dlatego, że warto go zrealizować właśnie tak, a nie jako dwukwadrantowy. Ale jeśli ktoś chce, może prosto zamiast czterokwadrantowego zrobić dwukwadrantowy, co jest jeszcze łatwiejsze.

Fotografia tytułowa i fotografia 1 pokazują możliwość wykorzystania zasilacza do sprawdzania wpływu tętnień zasilania na działanie różnych układów (ale tu na potrzeby fotografii wyjście jest obciążone nie układem, tylko rezystorem 8-omowym, więc średni prąd wyjściowy to 0,625 ampera).

Na wyjściu zasilacza ustawione jest napięcie stałe wyjściowe, równe +5,0 V, a na to nałożony jest przebieg prostokątny ±10% czyli ±0,5 V, a więc o międzyszczytowej amplitudzie 1 V, co można zobaczyć na rysunku 2.

Oczywiście źródłem przebiegu prostokątnego jest zewnętrzny generator, widoczny na fotografii tytułowej. Porównanie tych ilustracji dobrze pokazuje możliwości i ograniczenia tego zasilacza. Gdy częstotliwość przebiegu prostokątnego wynosi 100 kHz to widać, że przebieg wyjściowy jest już znacząco zniekształcony. Tak, ale to jest częstotliwość 0,1 MHz i od razu widać, że 3-decybelowe pasmo przenoszenia jest stosunkowo szerokie, właśnie rzędu 100 kiloherców. Mamy zasilacz, którego napięcie wyjściowe możemy zmieniać z częstotliwością nawet 100 kHz!

Z kolei fotografia 3 przedstawia wykorzystanie zasilacza czterokwadrantowego jako źródła unipolarnego przebiegu trójkątnego 10 kHz o międzyszczytowej amplitudzie 14 V i składowej stałej +7V.

Natomiast na fotografii 4 widać pracę modelu w roli zasilacza napięcia przemiennego, w tym przypadku napięcia sinusoidalnie zmiennego f = 50 Hz, U_RMS = 10,6 V, obciążonego rezystancją 8 omów. Taki zasilacz znakomicie zastępuje transformator sieciowy, a przy tym daje czyste napięcie sinusoidalne, a przecież wiadomo, że dziś przebieg napięcia w sieci energetycznej mało przypomina sinusoidę.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w czerwcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 6/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 6/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki + Leszek Potocki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.