Prawidłowa odpowiedź 32,5 V wynika z tego, że mamy mostek Graetza zasilany napięciem sinusoidalnym u(t) = 51·sin(2500t) [V] oraz woltomierz magnetoelektryczny, który mierzy wartość średnią prądu (a więc i napięcia po prostowaniu). Amplituda napięcia wejściowego wynosi 51 V. Po prostowaniu pełnookresowym diodami otrzymujemy przebieg |51·sin(2500t)|. Taki przebieg ma wartość średnią równą: Uśr = (2·Um)/π ≈ (2·51)/3,14 ≈ 32,5 V. To dokładnie odpowiada zaznaczonej odpowiedzi. Mostek prostowniczy z czterech diod (V1–V4) odwraca połówki ujemne sinusoidy, dzięki czemu woltomierz widzi zawsze napięcie o tym samym zwrocie. W praktyce woltomierz magnetoelektryczny jest w takich układach często wyskalowany w wartościach skutecznych dla przebiegu sinusoidalnego, ale pracuje na wartości średniej wyprostowanej. Dlatego w poprawnym obliczeniu trzeba uwzględnić charakter przebiegu i typ prostownika. W typowych przyrządach pomiarowych używanych w lotnictwie i elektrotechnice pokładowej zakłada się idealne diody, czyli nie uwzględnia się spadku ok. 0,7 V na złączu – dokładnie tak jak w tym zadaniu. Gdyby uwzględnić rzeczywiste spadki napięć na diodach, wynik byłby trochę mniejszy, ale w zadaniach szkolnych zgodnie z dobrą praktyką obliczeniową przyjmuje się najpierw elementy idealne. Moim zdaniem warto zapamiętać zależność Uśr = 2·Um/π dla prostownika dwupołówkowego, bo bardzo często się to przewija przy analizie układów z miernikami magnetoelektrycznymi, zarówno w prostych instalacjach, jak i w bardziej rozbudowanych systemach awioniki.
W tym zadaniu kluczowe są dwie rzeczy: rodzaj przebiegu napięcia oraz sposób jego przetwarzania przez mostek prostowniczy i woltomierz magnetoelektryczny. Napięcie wejściowe jest idealnie sinusoidalne o amplitudzie 51 V. Mostek Graetza z czterech diod powoduje pełnookresowe prostowanie, czyli obie połówki sinusoidy są odwracane tak, aby na wyjściu zawsze pojawiało się napięcie dodatnie. To oznacza, że woltomierz nie widzi już klasycznej sinusoidy, tylko wartość bezwzględną sinusoidy. Typowym błędem jest liczenie tak, jakby miernik wskazywał wartość skuteczną przebiegu sinusoidalnego, czyli Um/√2, co dawałoby około 36 V. Stąd biorą się wyniki w okolicach 39,5 V czy 46,5 V – są to próby operowania na wartościach skutecznych bez zrozumienia, co faktycznie mierzy przyrząd magnetoelektryczny. Taki miernik w układach prostowniczych mierzy w pierwszej kolejności wartość średnią napięcia wyprostowanego, a nie skuteczną. Dla prostownika dwupołówkowego prawidłowa zależność to Uśr = 2·Um/π, a nie Um/√2 ani żadne kombinacje tych dwóch. Kolejne częste nieporozumienie to intuicyjne „odejmowanie” spadków na diodach, na przykład 2×0,7 V albo 4×0,7 V, co prowadzi do wartości w okolicach 27–30 V. W zadaniach tego typu przyjmuje się zazwyczaj diody idealne, bo chodzi o zrozumienie zależności pomiędzy wartością szczytową, średnią a skuteczną, a nie o szczegółowe modelowanie elementów półprzewodnikowych. Z mojego doświadczenia wynika, że uczniowie często mieszają pojęcia: wartość średnia, skuteczna i amplituda, a do tego dochodzi jeszcze to, czy układ jest jedno-, czy dwupołówkowy. Dobra praktyka jest taka: najpierw ustalić dokładnie, jaki kształt ma przebieg na wejściu miernika, potem zdecydować, czy interesuje nas wartość średnia czy skuteczna, i dopiero na końcu podstawiać wzory. W instalacjach elektrycznych statków powietrznych i w systemach awionicznych takie rozróżnienie ma znaczenie praktyczne, bo błędna interpretacja wskazań przyrządów może prowadzić do złej oceny stanu zasilania i pracy urządzeń pokładowych.