KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2014

PYTANIE NR 37.
Jaki skutek wywoła zmniejszenie wartości pojemności kondensatora C2 w układzie zasilacza napięcia stałego, którego schemat przedstawiono na rysunku?
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny zasilacza napięcia stałego, który jest częścią egzaminu zawodowego dla
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Zmniejszenie pojemności C2 pogarsza filtrację składowej zmiennej na wyjściu zasilacza, bo dla częstotliwości tętnień impedancja kondensatora rośnie. Zależność jest odwrotna: ΔU ≈ I/(f·C). Dlatego przy mniejszym C2 amplituda tętnień napięcia UWY rośnie, a wartość średnia DC zwykle pozostaje ustalana przez stabilizator.

Pełne wyjaśnienie:

W zasilaczu po prostowaniu napięcie nie jest idealnie stałe: pojawia się składowa zmienna nałożona na składową stałą, czyli tętnienia. Kondensator elektrolityczny na wyjściu (C2) działa jak magazyn ładunku i element filtru dolnoprzepustowego: "oddaje" energię do obciążenia w chwilach, gdy napięcie z prostownika chwilowo spada.

Kluczowa zależność (dla stałego prądu obciążenia) mówi, że amplituda tętnień jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do pojemności:

ΔU ≈ I/(f·C)
gdzie: I – prąd obciążenia, f – częstotliwość tętnień, C – pojemność kondensatora filtrującego.

Z tego wynika bezpośrednio, że zmniejszenie pojemności C2 powoduje zwiększenie tętnień: kondensator szybciej się rozładowuje między kolejnymi "doładowaniami", a jego reaktancja dla składowej zmiennej jest większa, więc tłumienie tętnień jest słabsze.

Dlaczego odpowiedzi o zmianie wartości napięcia UWY są niepoprawne? W układzie zastosowano stabilizator (np. 7812), którego zadaniem jest utrzymywanie w miarę stałej wartości napięcia stałego na wyjściu, o ile spełnione są warunki pracy (odpowiedni zapas napięcia na wejściu, dopuszczalny prąd, brak przegrzania). Kondensator C2 wpływa przede wszystkim na składową zmienną (jakość wygładzenia), a nie na wartość średnią DC ustalaną regulacją stabilizatora.

  • "Wzrośnie wartość napięcia UWY" – sam spadek pojemności filtrującej nie podnosi napięcia stabilizowanego; może co najwyżej pogorszyć jego czystość.
  • "Zmaleje wartość napięcia UWY" – typowo nie, dopóki stabilizator pracuje poprawnie; zmianie ulega głównie amplituda tętnień.
  • "Zmniejszą się tętnienia napięcia UWY" – to odwrotnie do zależności ΔU od C.

W praktyce efekt większych tętnień można łatwo zobaczyć na oscyloskopie: przy zbyt małym C2 napięcie wyjściowe ma większą składową zmienną, co może powodować zakłócenia pracy układów wrażliwych (audio, czujniki, logika cyfrowa).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Tętnienia to składowa zmienna (AC) nałożona na napięcie stałe (DC) po prostowaniu i filtracji. W praktyce napięcie "faluje" wokół wartości średniej. Im lepsza filtracja (np. większa pojemność kondensatora), tym mniejsza amplituda tętnień.
Mniejsza pojemność magazynuje mniej ładunku, więc szybciej rozładowuje się między kolejnymi "doładowaniami" z prostownika. Dodatkowo reaktancja kondensatora dla danej częstotliwości jest większa, więc gorzej tłumi składową zmienną. Efekt: większa amplituda tętnień.
C2 pełni funkcję filtrującą i stabilizującą: zmniejsza składową zmienną na wyjściu oraz poprawia zachowanie układu przy szybkich zmianach obciążenia. Nie "ustawia" napięcia 12 V, tylko pomaga utrzymać je czyste i stabilne w czasie.
Zwykle nie zmienia istotnie wartości średniej (DC), bo tę utrzymuje stabilizator, o ile ma odpowiedni zapas napięcia na wejściu. Zmniejszenie C2 przede wszystkim pogarsza jakość napięcia (większe tętnienia i większa podatność na skoki obciążenia).
Typowe objawy to większe tętnienia widoczne na oscyloskopie, przydźwięk w torach audio, resetowanie się układów cyfrowych, niestabilna praca czujników lub przetworników. Czasem pojawiają się też zakłócenia w postaci "ząbków" na napięciu zasilania.
Podstaw wartości: prąd obciążenia I, częstotliwość tętnień f (po pełnookresowym prostowaniu jest wyższa niż sieć) oraz pojemność C w faradach. Widzisz wtedy, że gdy C maleje np. 2×, to ΔU rośnie około 2×. To dobre przybliżenie do porównań.
C1 wygładza napięcie po mostku prostowniczym i zapewnia stabilizatorowi odpowiednio wysokie napięcie wejściowe. Gdy C1 jest za mały, stabilizator może "wypadać z regulacji" (brak zapasu napięcia) i wtedy spada też wartość DC. C2 głównie poprawia tętnienia i odpowiedź na obciążenie.
Większa pojemność zwykle zmniejsza tętnienia, ale ma ograniczenia: większy prąd ładowania przy włączaniu, większe gabaryty, koszt i wymagania co do ESR. Trzeba też trzymać się zaleceń z not katalogowych stabilizatora (minimalne/typowe pojemności dla stabilności).
Ustaw pomiar napięcia wyjściowego, najlepiej z krótką masą sondy. Składową stałą możesz odfiltrować trybem AC sprzężenia, aby lepiej zobaczyć tętnienia. Oceniaj amplitudę (np. peak-to-peak) i porównuj dla różnych wartości C2 oraz różnych obciążeń.
Najczęściej myli się zmianę tętnień ze zmianą wartości napięcia stałego, albo zakłada się, że "mniejsza pojemność = mniejsze napięcie" bez analizy pracy stabilizatora. Drugim błędem jest pomijanie zależności od prądu obciążenia: większy prąd zawsze zwiększa tętnienia przy tej samej pojemności.
info

Około 42% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. trudne

Według specjalistów z branży: "Zmniejszenie pojemności C2 pogarsza filtrację składowej zmiennej na wyjściu zasilacza, bo dla częstotliwości tętnień impedancja kondensatora rośnie."

Źródła:

  • Texas Instruments, "LM340, LM78xx Series Positive Voltage Regulators" (datasheet), sekcje: Application Information / Output Capacitor / Ripple Rejection, https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm340.pdf (dostęp: 2026-02-28)
  • onsemi, "MC7800, MC7800A Series Positive Voltage Regulators" (datasheet), sekcje dotyczące stabilności i zalecanych kondensatorów, https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/mc7800-d.pdf (dostęp: 2026-02-28)
  • All About Circuits, "Ripple Voltage" (wyjaśnienie zależności tętnień od C i prądu obciążenia), https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-3/ripple-voltage/ (dostęp: 2026-02-28)

Materiały:

  • Karty katalogowe stabilizatorów serii 78xx (sekcje: kondensatory wej./wyj., stabilność, ripple rejection)
  • Podręczniki do elektroniki analogowej: prostowanie i filtracja w zasilaczach
  • Materiały ćwiczeniowe z pomiarów oscyloskopowych (pomiar tętnień i zakłóceń)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego