Mały liniowy zasilacz: Prostowniki i filtr

W poniższym artykule omówione są zagadnienia dotyczące prostowników i kondensatora filtrującego. Zagadnienia tylko na pozór oczywiste. Przykłady przedstawione w poniższym artykule prostują pewne fałszywe wyobrażenia.

W trzecim artykule serii dotyczącej projektowania prostego, liniowego zasilacza do pracowni hobbysty omówię zaskakująco obszerne kwestie dotyczące prostownika, a raczej różnych odmian i wersji układów prostowniczych oraz dużo mniej obszerne zagadnienie doboru kondensatora filtrującego, co doprowadzi nas do zasilacza niestabilizowanego.

Prostownik

W amatorskim zasilaczu warsztatowym standardowo należy wykorzystywać prostownik mostkowy, zwany potocznie „mostkiem greca”. A tak na marginesie: Leo Graetz był urodzonym w roku 1856 we Wrocławiu elektrotechnikiem pochodzenia żydowskiego (zmarłym lub zamordowanym 12 listopada 1941 roku), który zaproponował użycie prostownika mostkowego w roku 1897. Rok wcześniej, realizację prostowników mostkowych (w postaci prostowników elektrolitycznych) zaproponował działający potem w (Bielsku-)Białej Karol Pollak (1859–1928). Ale do dziś mostek prostowniczy nazywany jest od nazwiska Graetza, a nie Pollaka.

Zgrubna reguła mówi, że cztery diody 1-amperowe dają mostek 2-amperowy, bo w danym półokresie
pracują tylko dwie diody (rysunek 1). Generalnie to prawda, ale warto przewidzieć odpowiedni „zapas prądowy” – co najmniej 30%, a lepiej więcej.

Kluczową sprawą są warunki chłodzenia diod. Podczas pracy na każdej diodzie występuje spadek napięcia nie 0,6…0,7 V, tylko około 1 wolta, co daje straty cieplne prawie 1 wata na każdy amper płynącego prądu. Tak! Około 1 wolta z uwagi na impulsy prądu! Na fotografii 2 przebieg fioletowy to napięcie na diodzie, natomiast przebieg niebieski to impuls prądowy, mierzony jako spadek napięcia na małej rezystancji szeregowej 0,1 Ω 1%, a przebieg żółty to jednopołówkowo prostowane napięcie sinusoidalne. Szczytowa wartość prądu (przebieg niebieski) to około 1,2 ampera i jak widać w górnej części fotografii 2, przy takim prądzie napięcie na diodzie 1N4007 wynosi 940 mV, czyli prawie 1 wolt. W dolnej części fotografii widać pomiar diody Schottky’ego 1N5817 – spadek napięcia na tej diodzie sięga 494 mV czyli praktycznie pół wolta. Dużo więcej niż 0,2…0,3 V, jak sądzi wiele osób.

W każdym razie, przy większych prądach, powyżej 1 ampera, trzeba uwzględnić problem grzania się diod prostownika i być może nawet zastosować radiator. Większe prostowniki mostkowe (nieliczne przykłady na fotografii 3) przystosowane są do mocowania na radiatorze i ich prąd nominalny dotyczy współpracy z odpowiednim radiatorem.

W naszym małym zasilaczu, o prądzie rzędu 0,5 A, nie ma żadnego problemu – można wykorzystać 1-amperowy mostek lub jakiekolwiek diody 1-amperowe. Najpopularniejsze są 1N4001…1N4007, ale można wykorzystać diody Schottky’ego, które mają mniejsze napięcie przewodzenia, np. 1-amperowe 1N5819.

Ale raczej nie 1N5817, 1N5818, bo mają małe napięcie wsteczne: 1N5819 – 40 V; 1N5818 – 30 V; 1N5817 – 20 V. Przy większych prądach można wykorzystać bardzo popularne 1N5822, o prądzie 3 A i szczytowym napięciu wstecznym 40 V. Diody Schottky’ego powszechnie stosuje się do prostowania małych napięć, powiedzmy do 20 woltów. Przy wyższych napięciach przebiegu korzyść z ich użycia jest niewielka, bo przy impulsach prądu napięcie przewodzenia jest większe, niż mogłoby się wydawać.

A oto pokrewne zagadnienie: już w poprzednim artykule serii pisałem o tym niekorzystnym fakcie, że prąd płynący przez diody mostka ma kształt impulsów (tym węższych, im „sztywniejszy” jest transformator), co zwiększa moc strat w diodach. Korzystne jest natomiast to, że ze wzrostem temperatury diod, ich napięcie przewodzenia się zmniejsza.

Warto zapoznać się z zaskakującymi szczegółami na temat przebiegów w zasilaczach.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w czerwcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 6/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 6/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery znajdują się na stronie: https://piotr-gorecki.pl/n11

Chodzi o ZE 6/2025.