Příčinou deformace tvaru sinusovky je nerovnoměrný odběr proudu během trvání periody. Při kapacitní zátěži je totiž proud odebíraný v pulzech, jen když diodou protéká proud. Při více vyhlazeném napětí je úhel otevření diody malý a po tento krátký časový interval se diodou musí protlačit veškerý náboj, který pak odteče do spotřebiče. Náboj je plocha pod průběhem proudu a tak proudové úzké špičky bývají hodně vysoké oproti průměrné hodnotě proudu spotřebičem. Tyto špičky pak vytvoří na diodě a vnitřním odporu transformátoru úbytek napětí, který tvar sinusovky zdeformuje.
Pro zobrazování průběhů na osciloskopu je vhodnější jednocestný usměrňovač, nebo klasický dvoucestný usměrňovač s dvěma diodami kvůli společné zemi. Většina osciloskopů totiž mívá země propojené. A samozřejmě by pro měření více vyhovoval vícekanálový osciloskop. To jde pracně obejít ukládáním průběhů do paměti (REF). Pro simulaci odměřeného zapojení byl zvolena cloudová verze simulačního programu TinaPro.
Snímání proudu pomocí Ohmova zákona na odporu 1 Ohm je sice názorné, ale snímací odpor je větší než je celkový vnitřní odpor transformátoru, takže zařazením snímacího odporu se změní vlastnosti zapojení. Navíc součástí odporu v obvodu je i nelineární dioda, u které úbytek po dosažení prahového napětí bude téměř stabilní, takže i úbytek napětí bude nelineární. Sice jsem zkoušel dorovnávat proud v obvodu s vyřazeným snímacím odporem podle ampérmetru k zátěži, ale bylo to komplikované. Vnitřní odpor transformátoru lze spočítat z odporu obou vinutí, tak ale přesnější je určení odporu z poklesu napětí ze zatěžovací charakteristiky.
Zatěžovací charakteristika transformátoru se simuluje snadno pomocí zdroje proudu. Kapacitu v modelu v modelu obvodu jde snadno doladit zkusmo z poklesu napětí při větším zatížení. Největším problémem je dioda. Šuplíková KY710 měla při proudu jeden ampér úbytek 811mV a je zapotřebí najít v simulačním programu podobnouModelů diod má sice simulační program hodně, ale tyto modely bývají občas nesmyslné. Je proto nutné zkontrolovat napětí na diodě při proudu 1A. Shoda modelu obvodu a skutečného měření je po odladění prakticky stoprocentní. U dvoucestného zapojení jsem se rozhodl zmenšit snímací odpor, aby se vlastnosti zapojení tolik nezměnily. Našel jsem přesný bočník, který měl při proudu 1A úbytek 10mV, tj. deset miliohmů, jenže výsledek byl kvůli šumu nepoužitelný. Ani omezené šířky pásma osciloskopu na 20MHz nepotlačilo šum dostatečně. Naštěstí jsem měl možnost půjčit si osciloskopickou proudovou sondu s Halovým článkem.
Opět lepší by bylo kvůli zemím zvolit zapojení s rozděleným sekundárním vinutím a dvěma diodami než diodový můstek. U snímání proudu problém není, protože se snímá magnetické pole, ale u napětí problém se zeměmi i zem. Shoda simulace a skutečného měření je o trochu horší, ale šlo by to doladit. Míval jsem představu, že děj se skládá z části sinusovky a exponenciálního vybíjení při odporové zátěži, nebo lineárního vybíjení u stabilizovaného zdroje. Ale je vidět, že nabíjecí část je složitější a o část sinusovky se to opravdu není.
Deformaci průběhu napětí lze odsimulovat i v jednodušším programu Multisim, který ale ve volné verzi žádné modely součástek nemá. Ale je to asi jediný simulační program, který se snadno ovládá i z dotykové obrazovky mobilu. Zapojení jednocestného a zapojení dvoucestného usměrňovače si můžete na mobilu vyzkoušet.
Signál ořezané sinusovky sice vypadá hrozně, ale harmonické zkreslení až tak velké není. Každopádně je pochopitelné, že je to jev v rozvodné síti nežádoucí a asi se to musí řešit, protože situace se s rozšiřováním spínaných zdrojů zhoršuje. Zobrazené napětí na sekundárním vinutí transformátoru má harmonické zkreslení 4 procenta. Průběh byl zkontrolován i v zásuvce před transformátorem s výsledkem 236V s THD tři procenta (neděle večer blízko trafostanice). Takže transformátor si jedno procento přidal.
A závěrem? Zkuste si přes transformátor zobrazit na osciloskopu sinusovku zkreslení THD dělalo šest procent.
