Praktická elektronika/Usměrnění střídavého proudu
Ke přeměně střídavého proudu (napětí) na stejnosměrný proud (napětí) se používají měniče zvané usměrňovače, sestavené z polovodičových součástek.
Rozdělení:
- neřízené (diodové) - výstupní napětí nelze měnit, tok výkonu pouze jedním směrem (není střídačový chod)
- řízené (tyristorové) - výstupní napětí lze snižovat, tok výkonu oběma směry (proudový střídač)
- pulzní (tranzistorové) - výstupní napětí lze zvyšovat (až na dvojnásobek), tok výkonu oběma směry (napěťový střídač)
Neřízené usměrňovače
[editovat | editovat zdroj]Jednocestný
[editovat | editovat zdroj]Výhodou tohoto zapojení je jeho jednoduchost, nevýhodou je, že vzniká "hluché místo", tedy půlperioda, kdy na výstupu není žádné napětí. Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodě) je dána vzorcem:
kde:
- UOUT - střední hodnota výstupního napětí
- UIN - efektivní hodnota vstupního napětí
Dvoucestný uzlový
[editovat | editovat zdroj]Výhodou tohoto zapojení je, že usměrňuje obě půlvlny a postačují k tomu dvě diody (oproti čtyřem u můstkového zapojení), nevýhodou je nutnost dvou napájecích zdrojů (typicky transformátor s vyvedeným středem sekundáru). Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:
kde:
- UOUT - střední hodnota výstupního napětí
- UIN - efektivní hodnota vstupního napětí (napětí jednoho zdroje; oba musejí být stejné)
Dvoucestný můstkový
[editovat | editovat zdroj]Výhodou tohoto zapojení je, že usměrňuje obě půlvlny a postačuje k tomu jeden napájecí zdroj, nevýhodou je nutnost použití čtyř diod a vyšší úbytek napětí (vždy jsou v chodu dvě diody). Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:
kde:
- UOUT - střední hodnota výstupního napětí
- UIN - efektivní hodnota vstupního napětí
Při dimenzování usměrňovače vycházíme z toho, že dioda má dva základní parametry, a to maximální proud v propustném směru a maximální napětí v závěrném směru.
-
Běžné usměrňovací diody 1NN 4007 ()
-
Rychlá usměrňovací dioda 1N4151 ()
-
Můstkový usměrňovač spojený tzv. ve vzduchu
-
Můstkový usměrňovač spojený na plošném spoji
-
Integrovaný můstkový usměrňovač D25XB60 ()
Filtrační kondenzátor
[editovat | editovat zdroj]Pro vyhlazení usměrněného tepavého napětí se na výstup připojuje tzv. filtrační kondenzátor. Pokud by byl připojen naprázdno (bez zátěže), došlo by k jeho nabití na maximální hodnotu a ta by zůstala konstantní. Je-li připojena zátěž, dochází k vybíjení kondenzátoru a poklesu napětí. Vhodnou volbou kapacity je dosaženo toho, že pro daný zátěžný proud napětí nepoklesne pod stanovenou mez.
kde:
- IMAX - maximální proud odebíraný zátěží
- fIN - frekvence vstupního napětí
- fOUT - frekvence výstupního napětí
- k - koeficient; pro jednocestné usměrnění 1, pro dvoucestné usměrnění 2
- UMAX - maximální hodnota výstupního napětí (maximální hodnota vstupního napětí snížená o úbytek na diodě/diodách)
- UMIN - minimální hodnota výstupního napětí, pod kterou nemá poklesnout
Příklad: Chceme napětí ze zdroje 12V AC o síťovém kmitočtu (např. sekundár trafa) usměrnit a vyfiltrovat tak, aby mohlo napájet stabilizátor LM7805, který odebírá 0,6A.

LM7805
1) Dioda
- závěrný směr:
- propustný směr:
- Volíme: 1NN4007 ()
2) Kondenzátor
kapacita:
- LM7805
- volíme:
- napětí: volíme
Výsledek:
- D - 1NN 4007
- C = 1500μF / 25V
Napájecí zdroj
[editovat | editovat zdroj]Funkce
[editovat | editovat zdroj]
Síťový napájecí zdroj je zařízení, které umožňuje ze střídavé energetické sítě (v ČR 230 VAC 50Hz) napájet zařízení určené pro stejnosměrné malé a nízké napětí (typicky 12/24 VDC). Napětí je tedy nutné snížit transformátorem; usměrnit, tedy změnit střídavé na stejnosměrné; a to pak po vyhlazení kondenzátorem stabilizovat na požadované hodnotě (pevné nebo nastavitelné). Zdroj je tak tvořen kaskádní kombinací těchto
- T = transformátor - snížení napětí
- viz předchozí kapitola
- síťový
- U = usměrňovač - změna AC/DC
- viz výše
- F kapacitní filtr - vyhlazení
- viz výše
- S = stabilizátor - na pevnou hodnotu
Konstrukce
[editovat | editovat zdroj]

Tento zdroj využívá obyčejný síťový transformátor T, integrovaný můstkový usměrňovač Q1 (4 diody v jednom pouzdře), a integrovaný zpětnovazební stabilizátor/regulátor napětí Q2. Ten je doplněn o další součástky a umožňuje nastavení výstupního napětí.[1]
Zdroj je napájen ze sítě a na jeho vstupních částech (přívodní kabel, vypínač, primární vinutí transformátoru) je síťové napětí 230 V, které může způsobit vážný úraz nebo i smrt! Je nutné dodržovat zásady bezpečnosti práce a nedotýkat se součástí obvodu pokud je připojen do sítě!
Seznam součástek:

- X1 - vidlice síťová
- UN = 230V
- IN = 16A
- F - pojistka trubičková 5x20 mm;
- IN = 200mA
- + pouzdro
- K - vypínač páčkový
- UN = 250V
- IN = 3A
- T - transformátor síťový (fN = 50Hz)
- SN = 25 VA
- U1/U2 = 230/12 V (ef)
- Q1 - můstek usměrňovací 2W10
- UMAX = 1kV
- IMAX = 2A
- Q2 - regulátor napěťový LM317
- IMAX = 1,5A
- + chladič
- D1,2 - diody usměrňovací 1NN4007
- UMAX = 1kV
- IMAX = 1A
- C1 - kondenzátor elektrolytický
- CN = 2200μF
- UMAX = 25V
- C2 - kondenzátor elektrolytický
- CN = 10μF
- UMAX = 25V
- C3 - kondenzátor elektrolytický
- CN = 1μF
- UMAX = 25V
- R1 – potenciometr
- RMAX = 4,7kΩ
- průběh - lineární (N)
- PMAX = 0,125W
- + páčka
- R2 - rezistor
- RN = 270Ω
- PMAX = 0,25W
- R3 - rezistor
- RN = 2,7kΩ
- PMAX = 0,25W
- V - voltmetr panelový analogový HD-060
- M = UMAX = 15V
- tolerance = 5%
- X2 - zdířky
- UMAX = 60 V
- IMAX = 10 A
- Ø 4 mm
Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ Texas Instruments. LM317 3-Terminal Adjustable Regulator [online]. [Cit. 2025-03-24]. Dostupné online.