Na rysunku przedstawiono schemat układu przeznaczonego do
A. dopasowania impedancji We/Wy.
B. zmiany napięcia stałego na przemienne.
C. zmiany napięcia przemiennego na stałe.
D. przekształcania częstotliwości.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2020 (arkusz EE.13-SG-20.06).
To jest klasyczny mostek Graetza, czyli układ prostowniczy dwupołówkowy. Moim zdaniem to jeden z najważniejszych i najczęściej stosowanych układów w elektronice, nie tylko w zasilaczach laboratoryjnych, ale też w praktycznie każdym urządzeniu zasilanym z sieci. Mostek Graetza zamienia napięcie przemienne (czyli takie, które zmienia swoją polaryzację – typowe dla prądu z gniazdka) na napięcie jednokierunkowe, czyli stałe (czyli prąd płynie w jednym kierunku). Dzięki temu można zasilać układy elektroniczne, które wymagają właśnie napięcia stałego. W praktyce ten prostownik można spotkać nawet w zasilaczach do laptopów, ładowarkach do telefonów czy nawet w wyższych zastosowaniach przemysłowych. Z mojego doświadczenia wynika, że znajomość zasady działania mostka prostowniczego bardzo się przydaje, bo pozwala lepiej zrozumieć, jak działają układy zasilania i jak projektować własne rozwiązania. Dodatkowo zawsze warto pamiętać o doborze odpowiednich diod pod względem napięcia i prądu, żeby układ pracował bezawaryjnie. Taki prostownik to podstawa przy zamianie napięcia sieciowego na prąd stały. Często po nim stosuje się jeszcze kondensatory filtrujące, żeby wygładzić napięcie wyjściowe – to taka dobra praktyka, która poprawia jakość prądu na wyjściu.
Schemat z rysunku przedstawia układ mostka prostowniczego, który w praktyce służy do zamiany napięcia przemiennego na stałe. Często można się pomylić, bo wizualnie taki układ wydaje się dość uniwersalny, skoro składa się tylko z czterech diod. Jednak dokładniejsze zrozumienie działania diod półprzewodnikowych jest kluczowe. Czasem ktoś myśli, że można w ten sposób zmieniać napięcie stałe na przemienne, ale to już wymaga zupełnie innego typu układów, na przykład inwerterów czy falowników, które używają tranzystorów i bardziej zaawansowanej logiki sterowania. Jeśli chodzi o dopasowanie impedancji wejścia i wyjścia, to tutaj zupełnie nie o to chodzi – do tego używa się transformatorów, wzmacniaczy operacyjnych albo specjalnych przystawek impedancyjnych, na przykład w systemach audio czy transmisji sygnałów analogowych. Jeszcze inny błąd to kojarzenie tego mostka z przekształcaniem częstotliwości – co jest domeną przetwornic częstotliwości, na przykład w napędach silników albo falownikach do regulacji pracy urządzeń przemysłowych. Diody w prostowniku pracują tylko jako elementy blokujące prąd w jednym kierunku, więc nie mają wpływu na częstotliwość napięcia. Bardzo często takie pomyłki wynikają z niedokładnego zapoznania się z podstawowym zastosowaniem diod prostowniczych. Z mojego doświadczenia wynika, że jeśli człowiek nie poświęci chwili na zrozumienie podstawowych topologii układów prostowniczych, łatwo mu przypisać im funkcje, których one w ogóle nie realizują. Warto zapamiętać, że mostek Graetza to absolutna podstawa w zamianie napięcia przemiennego na stałe – i w żadnym wypadku nie służy do zmiany samej częstotliwości, dopasowania impedancji czy odwrotnej konwersji napięcia.