P

OLITECHNIKA   WI TOKRZYSKA

 

W  

K

IELCACH

 

 

W

YDZIAŁ  

E

LEKTROTECHNIKI

,

  

A

UTOMATYKI  I  

I

NFORMATYKI

 

 

K

ATEDRA 

E

LEKTRONIKI I 

S

YSTEMÓW 

I

NTELIGENTNYCH

 

 

 

 

L

ABORATORIUM  

P

ODSTAW  

E

LEKTRONIKI

 

 

 

I

NSTRUKCJA  

L

ABORATORYJNA

 

 

 

 

WICZENIE  NR  

2:

  

 

 

Z

ASILACZE NIESTABILIZOWANE NAPI CIA STAŁEGO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

IELCE  

2006 

- 2 - 

1.  Wst p teoretyczny 

 
Prawie  wszystkie  układy  i  urz dzenia  elektroniczne,  w  celu  zapewnienia  prawidłowego  działania, 

musz   by   zasilane  napi ciem  stałym.  Poniewa   zasilanie  z  baterii  lub  akumulatorów  ogranicza  si   w 

zasadzie  do  urz dze   przeno nych,  mo na  stwierdzi ,  e  zagadnienie  projektowania  zasilaczy  napi cia 

stałego  jest  jednym  z  podstawowych  problemów  w  konstrukcji  układów  elektronicznych.  Zasilacz 

napi cia  stałego  mo na  okre li   jako  urz dzenie,  przetwarzaj ce  energi   sieci  pr du  zmiennego 

(przewa nie  o  warto ci  skutecznej  napi cia  230  V)  na  napi cie  stałe.  Je eli  napi cie  to  ma  słu y  

zasilaniu  układów  tranzystorowych,  jego  warto   zawiera  si   przeci tnie  w  granicach  od  kilku  do 

kilkunastu  woltów.  Zasilacz  napi cia  stałego  składa  si   z  transformatora  obni aj cego  napi cie, 

prostownika  oraz  układu  elektronicznego  (decyduj cego  o  wła ciwo ciach  danego  zasilacza).  Schemat 

blokowy takiego zasilacza przedstawia rys. 1. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 1.  Schemat blokowy zasilacza napi cia stałego. 

 
Je eli transformator nie posiada odczepu na  rodku uzwojenia wtórnego, mo liwe jest zastosowanie 

dwóch rodzajów prostowników: 

• 

jednopołówkowego (jedna dioda prostownicza), 

• 

dwupołówkowego (cztery diody prostownicze w układzie Graetza). 

Je eli  taki  odczep  transformator  posiada,  wówczas  przewa nie  prostownik  pracuje  jako 

dwupołówkowy (tworz  go dwie diody prostownicze). 

W zale no ci od tego, w jaki sposób zbudowany jest układ elektroniczny z rys. 1., zasilacze mo na 

podzieli  na nast puj ce grupy: 

• 

niestabilizowane: 

o

  układ elektroniczny z kondensatorem o du ej pojemno ci (rys. 2) 

o

  układ elektroniczny z filtrem dolnoprzepustowym RC lub LC (rys. 3) 

• 

stabilizowane: 

o

  układ elektroniczny z diod  Zenera 

o

  układ elektroniczny z tranzystorem szeregowym 

o

  układ elektroniczny z tranzystorem równoległym 

Poni ej przedstawiono schematy zasilaczy niestabilizowanych napi cia stałego. 
Dla  cisło ci nale y doda ,  e przedstawiony podział zasilaczy jest podziałem niepełnym. Pomini to 

bowiem  układy  rzadziej  stosowane  b d   takie,  które  nie  mog   by   zrealizowane  na  makiecie 

laboratoryjnej:  powielacze  napi cia,  filtry  tranzystorowe,  zasilacze  tyrystorowe,  przetwornice  napi cia 

stałego, zasilacze z regulacyjnymi tranzystorami polowymi i inne. 

PROSTOWNIK 

~230V 

U

wy 

U

we 

UKŁAD 

ELEKTRONICZNY 

R

0 

- 3 - 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 2.  Zasilacz napi cia stałego niestabilizowany z kondensatorem. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 3.  Zasilacz napi cia stałego niestabilizowany z kondensatorem i filtrem dolnoprzepustowym 

LC. 

 

1.1.  Zasilacz niestabilizowany z prostownikiem jednopołówkowym 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 4. Układ zasilacza napi cia stałego niestabilizowanego z prostownikiem jednopołówkowym. 
 

Przy  braku  kondensatora  C  przez  obci enie  płynie  pr d  o  kształcie  sinusoidalnym  przez  czas  T/2  

(T = 1/f jest okresem napi cia zmiennego doł czonego do prostownika), napi cie wyj ciowe zasilacza ma 

wi c taki sam kształt, co przedstawiono na rys. 5a. Doł czenie kondensatora powoduje zmian  napi cia 

wyj ciowego, a jego przebieg czasowy dla warunków ustalonych przedstawia rys. 5c. 

Je eli  zasilacz  jest  słabo  obci ony  (du e  R

0

)  napi cie  na  wyj ciu  niewiele  odbiega  od  przebiegu 

stałego  (rys.  8b.).  Silne  obci enie  zasilacza  powoduje  wyra ny  wzrost  amplitudy  t tnie   napi cia 

wyj ciowego i tym samym obni enie warto ci  redniej tego napi cia (rys. 5d.). 

D 

~230V 

C 

U

wy 

U

we 

D 

~230V 

C

2 

U

wy 

U

we 

C

1 

L

 

D 

~230V 

C

 

U

we 

U

wy 

R

0 

I

wy 

- 4 - 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 5.  Przebiegi czasowe napi cia na wyj ciu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem 

jednopołówkowym. 

 

1.2.  Zasilacz niestabilizowany z prostownikiem dwupołówkowym 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 6. Układ zasilacza napi cia stałego niestabilizowanego z prostownikiem dwupołówkowym. 

 
Przy  braku  kondensatora  C  przez  obci enie  płynie  pr d  o  kształcie  wyprostowanego  przebiegu 

sinusoidalnego  przez  czas  T  (T  =  1/f  jest  okresem  napi cia  zmiennego  doł czonego  do  prostownika), 

napi cie  wyj ciowe  zasilacza  ma  wi c  taki  sam  kształt,  co  przedstawiono  na  rys.7a.  Doł czenie 

kondensatora  powoduje  zmian   napi cia  wyj ciowego,  a  jego  przebieg  czasowy  dla  warunków 

ustalonych przedstawia rys. 7c. 

Je eli  zasilacz  jest  słabo  obci ony  (du e  R

0

)  napi cie  na  wyj ciu  niewiele  odbiega  od  przebiegu 

stałego  rys.7.b.  Silne  obci enie  zasilacza  powoduje  wyra ny  wzrost  amplitudy  t tnie   napi cia 

wyj ciowego i tym samym obni enie warto ci  redniej tego napi cia (rys. 7d.). 

~230V 

C

 

U

wy 

R

0 

I

wy 

D

1 

D

2 

U

we 

U

wy 

t

 

U

wy max  

C=0 

R

0

=1k  

U

wy 

t

 

C=25 F 

R

0

=560k  

U

wy max  

a)

 

b)

 

U

wy 

t

 

U

wy max  

C=25 F 

R

0

=100  

c)

 

T/2 

U

wy 

t

 

U

wy max  

C=25 F 

R

0

=1k

d)

 

T/2 

- 5 - 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 7.  Przebiegi napi cia na wyj ciu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem 

dwupołówkowym. 

 

1.3.  Pomiary parametrów zasilaczy 

 
W ka dym z opisanych zasilaczy napi cie wyj ciowe maleje ze wzrostem pr du, pobieranego przez 

obci enie.  

Dokonuj c stałopr dowego pomiaru U

wy

 = f(I

wy

) otrzymuje si  krzyw  przedstawian  na rysunku lini  

ci gł  (mierniki pokazuj  bowiem  redni  warto  napi cia i pr du). W istocie jednak na warto   redni  

napi cia wyj ciowego nakładaj  si  t tnienia, których amplituda wzrasta w miar  zwi kszania si  pr du 

wyj ciowego.  Obwiednia  napi cia  t tnie   pokazana  została  na  rysunku  lini   przerywan .  Pełnej 

charakterystyki  z  rys.  8.  nie  mo na  otrzyma   bezpo rednio;  na  ogół  mierzy  si   j   osobno  dla  pr du 

stałego i osobno dla pr du zmiennego, a pó niej dodaje oba wykresy. 

 

Na  podstawie  krzywej  z  rys.  8. 

mo na 

obliczy  

podstawowy 

parametr, 

obrazuj cy 

jako  

zasilacza 

napi cia 

stałego 

- 

rezystancj   wyj ciow .  Oznaczaj c 

j   przez  r,  mo na  wprowadzi  

definicj   w  punkcie 

P(U

wy0

,I

wy0

):  

wy

wy

wy

wy

wy

wy

I

U

I

I

U

U

r

∆

∆

=

−

−

=

1

2

1

2

 

 

Rys. 8.  Zale no  U

wy

 = f(I

wy

) zasilacza napi cia stałego. 

U

wy 

t

 

U

wy max  

C

=0 

R

0

=1k  

U

wy 

t

 

C

=25 F 

R

0

=560k  

U

wy max  

a)

 

b)

 

U

wy 

t

 

U

wy max  

C

=25 F 

R

0

=100  

c)

 

T/2 

U

wy 

t

 

U

wy max  

C

=25 F 

R

0

=1k

d)

 

T/2 

I

wy 

U

wy 

U

wy max 

U

wy1 

U

wy2 

I

wy1 

I

wy2 

P(U

wy0,

I

wy0

) 

I

wy0 

- 6 - 

2.   Przebieg  wiczenia 

 

2.1.  Pomiar charakterystyki wyj ciowej 

U

wy

=f(

I

wy

) zasilacza niestabilizowanego 

Schematy pomiarowe 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 9  Układ do pomiaru charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego  

z prostownikiem jednopołówkowym 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 10  Układ do pomiaru charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego  

z prostownikiem dwupołówkowym (układ Graetza) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 11  Układ do pomiaru charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego  

z prostownikiem dwupołówkowym (2 diody) 

 
Sposób przeprowadzenia pomiarów 

• 

Poł czy  układ pomiarowy przedstawiony na rys. 9. (C=25

µF, R

0

=1k

Ω) 

• 

Wykona   pomiary  charakterystyk  wyj ciowej  zasilacza.  Pomiar  polega  na  odczycie  na  pr du 

wyj ciowego  I

wy 

(miliamperomierz 

mA)  i  napi cia  wyj ciowego  U

wy

  (woltomierz 

V)  przy 

ustawionej  rezystancj   obci enia  R

0

.  Wyniki  nale y  zanotowa   w  tabeli  1.  Rezystancj  

obci enia R

0

 nale y zmienia  w granicach od 560k

Ω do 100Ω.  

• 

Powtórzy  pomiary  dla  układu zasilacza  niestabilizowanego  z  prostownikiem  dwupołówkowym 

(rys. 10.) lub (rys 11.) 

D 

~230V 

C

 

U

we 

U

wy 

R

0 

I

wy 

mA 

V 

D

1 

~230V 

C

 

U

we 

U

wy 

R

0 

I

wy 

mA 

V 

D

2 

D

3 

D

4 

D

1 

I

wy 

~230V 

C

 

U

we 

U

wy 

R

0 

mA 

V 

D

2 

- 7 - 

Tabela pomiarowa 
Tabela 1. Pomiar charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego 

)

(

wy

wy

I

f

U

=

 

Prostownik jednopołówkowy 

Prostownik dwupołówkowy 

(Gretza) 

Prostownik dwupołówkowy (2 

diody) 

Lp 

I

wy

 [mA] 

U

wy

[V] 

I

wy

 [mA] 

U

wy

[V] 

I

wy

 [mA] 

U

wy

[V] 

1. 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

4. 

 

 

 

 

 

 

5. 

 

 

 

 

 

 

6. 

 

 

 

 

 

 

7. 

 

 

 

 

 

 

8. 

 

 

 

 

 

 

9. 

 

 

 

 

 

 

10. 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Badanie przebiegów czasowych napi  zasilacza niestabilizowanego 

 

Schematy pomiarowe 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 12.  Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem 

jednopołówkowym 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 13.  Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem 

dwupołówkowym (Graetza) 

D 

~230V 

C

 

U

we 

R

0 

kanał 

A 

kanał 

B

Oscyloskop 

D

1 

~230V 

C

 

U

we 

R

0 

D

2 

D

3 

D

4 

kanał 

A 

kanał 

B

Oscyloskop 

- 8 - 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 14.  Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem 

dwupołówkowym (2 diody) 

 
Sposób przeprowadzenia pomiarów 

• 

Poł czy  układ pomiarowy przedstawiony na rys. 12. (C=25

µF, R

0

=1k

Ω) 

• 

Narysowa   przebieg  wej ciowy  U

we

(t)  (kanał 

A  oscyloskopu)  oraz  przebiegi  wyj ciowe  U

wy

(t) 

(kanał 

B  oscyloskopu)  dla  ró nych  warto ci  pojemno ci  C  i  obci enia  R

0

  podanych  przez 

prowadz cego. 

• 

Poł czy  układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem 

dwupołówkowym (rys. 13. lub rys. 14.) i wykona  podobne pomiary. 

 

3. Opracowanie wyników pomiaru 

 
W sprawozdaniu nale y zamie ci : 

1.

  Schematy pomiarowe realizowane na  wiczeniu. 

2.

  Tabele pomiarowe z wynikami. 

3.

  Charakterystyki  wyj ciowe  U

wy 

=  f(I

wy

)  dla  zasilacza  niestabilizowanego  z  prostownikiem  jedno-  i 

dwupołówkowym.  

4.

  Wyznaczy   rezystancj   wyj ciow   r  dla  zasilacza  niestabilizowanego  z  prostownikiem  jedno-  i 

dwupołówkowym.. 

5.

   Przebiegi  czasowe  sygnału  wej ciowego  i  wyj ciowych  dla  badanych  układów  i  ró nych  warto ci 

pojemno ci C oraz rezystancji obci enia R

0

.  

6.

  Wnioski. 

D

1 

~230V 

C

 

U

we 

R

0 

D

2 

kanał 

A 

kanał 

B

Oscyloskop