Warto przeczytać

Prostownik ma za zadanie zamienić napięcieNapięcie elektrycznenapięcie przemienne (sinusoidalnie zmienne) na stałe, czyli dokonać przekształcenia pokazanego na wykresie (Rys. 1.).

RkDnJ6yvgoUrC
Rys. 1. Wykres napięcia w funkcji czasu dla napięcia zmiennego i stałego.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Najważniejszym elementem prostownika jest dioda (zobacz Rys. 2.).

R1aLy48PPzFXk
Rys. 2. Dioda prostownicza.
Źródło: Mataresephotos, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:6a8_diode.jpg [dostęp 14.05.2022 r.], licencja: CC BY 3.0.

Dioda prostownicza, oznaczona symbolem przedstawionym na Rys. 3., jest elementem półprzewodnikowym, zwanym złączem p‑n, w którym fizycznie zetknięty jest półprzewodnik typu p z półprzewodnikiem typu n. Na granicy tych półprzewodników tworzy się bariera potencjału, która powoduje, że przepływ prąduPrąd elektrycznyprądu przez diodę możliwy jest tylko przy pewnej polaryzacji napięcia przyłożonego do diody.

R1GJIyCkWoOXE
Rys. 3. Kierunek przewodzenia diody dobrze oddaje jej symbol.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Rys. 4. obrazuje polaryzację diody w kierunku przewodzenia i w kierunku tzw. zaporowym, kiedy przez diodę nie płynie prąd.

RU5ucorqlYk0u
Rys. 4. a. Polaryzacja diody w kierunku przewodzenia; b. Polaryzacja diody w kierunku zaporowym.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Dioda przypomina swoim działaniem odcinający zawór hydrauliczny, blokujący przepływ wody w jednym kierunku. Na Rys. 5. przedstawiona jest idea takiego zaworu.

R7PoAFENwP32M
Rys. 5. Pod naporem wody „drzwiczki” (zawór) otworzą się, gdy woda będzie płynęła z lewej strony; nie otworzą się (zostanie zablokowany przepływ), gdy woda będzie napierała na zawór z prawej strony.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Zastosujmy diodę prostowniczą w najprostszy sposób, w celu „wyprostowania” napięcia przemiennego. Włączmy diodę do obwodu tak, jak jest to przedstawione na schemacie (Rys. 6.).

R1DsJ2Udmam5i
Rys. 6. Prostownik jedno‑połówkowy.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Przez diodę będzie płynął prąd wtedy, gdy punkt A będzie miał potencjał dodatni a B – ujemny. W przeciwnym przypadku prąd nie będzie płynął. Wobec tego napięcie na oporniku (napięcie wyjściowe) będzie miało przebieg przedstawiony na Rys. 7.

R1EBDpquTeUC3
Rys. 7. Działanie prostownika jedno‑połówkowego.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Daleko przebiegowi uzyskanego napięcia do napięcia stałego. Jest to jednak jakiś sukces, bo przynajmniej nie zmienia się znak napięcia. Wadą prostownika jedno‑połówkowego jest to, że część napięcia została „stracona”, co objawia się tym, że średnia mocMoc elektrycznamoc prądu wywołanego takim napięciem jest o połowę mniejsza, niż przy napięciu wejściowym (przy założeniu, że opór diody w kierunku przewodzenia jest zerowy).

Bardziej efektywne jest zastosowanie 4 diod tworzących tzw. mostek Gretza, przedstawiony na Rys. 8.

R1Uc33o0Vg6Dj
Rys. 8. Mostek Gretza.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Zastosowanie układu Gretza, który jest prostownikiem dwu‑połówkowym, powoduje przekształcenie napięcia wejściowego w napięcie  takie, jak na Rys. 9.

RIIvIWHmuI2UJ
Rys. 9. Działanie mostka Gretza.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Uzyskane napięcie wyjściowe nie jest jeszcze napięciem stałym – jest mocno pulsujące. Można jednak je wygładzić stosując równolegle z opornikiem kondensator. Wtedy uzyskamy napięcie o kształcie przedstawionym na Rys. 10.

R1JRZV9Z1JWUJ
Rys. 10. Wygładzanie napięcia tętniącego. Kolor niebieski – przebieg napięcia wyjściowego prostownika, kolor czerwony – przebieg napięcia na kondensatorze. Kondensator będzie ładowany, gdy napięcie na mostku będzie duże (większe niż na kondensatorze), a będzie się rozładowywał, gdy napięcie na mostku będzie malało.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Słowniczek

Prąd elektryczny
Prąd elektryczny

(ang. electric current) – ukierunkowany ruch (przepływ) swobodnych ładunków elektrycznych w środowisku przewodzącym, który zachodzi pod wpływem pola elektrycznego.

Napięcie elektryczne
Napięcie elektryczne

(ang. voltage) – siła elektromotoryczna lub różnica potencjałów między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Jednostka: V (wolt).

Moc elektryczna
Moc elektryczna

(ang. power) P, jednostka: W (wat) - energia elektryczna przypadająca na jednostkę czasu; tutaj: moc, czyli energia w jednostce czasu wydzielana w oporniku.