Ispravljači i regulatori napona

Kako od 9 V izmjeničnog napona dobiti stalnih 6 V: Graetzov spoj, filtar s kondenzatorom, regulator 7806 i regulatori za struje od 3 do 5 A.

05.11.2026. Elektronika Info

Što je ispravljač?

Iz utičnice dolazi izmjenični napon (AC). On 50 puta u sekundi promijeni smjer: plus i minus stalno se zamjenjuju. Arduino, micro:bit i LED-ice trebaju istosmjerni napon (DC), kod kojeg je plus uvijek plus. Kako izgledaju ta dva napona, pokazuje slika u zabludi 20.

Ispravljač je sklop koji izmjenični napon pretvara u istosmjerni. Napravljen je od dioda. Dioda propušta struju samo u jednom smjeru, kao okretište na ulazu u stadion: kroz njega možeš proći samo unutra, a natrag ne.

Napajanje koje od utičnice napravi stalni istosmjerni napon ima četiri dijela:

Transformator smanji napon iz utičnice na niski napon. Na ovoj stranici to je 9 V izmjeničnog napona, što se piše 9 V~.
Ispravljač od četiri diode okrene sve valove napona na istu stranu.
Filtar s kondenzatorom izgladi napon. Kondenzator je kao kantica vode: puni se kad napona ima, a daje struju kad ga nema.
Regulator napona od napona koji još malo valja napravi stalnih 6 V.

Napon iz utičnice nije za radionicu!

Napon iz utičnice (230 V) može ubiti. Ni transformator ne spajaš sam na utičnicu. Na radionici 9 V~ dolazi iz zatvorenog adaptera na kojem piše 9V AC ili 9V~. Većina adaptera danas daje istosmjerni napon (DC), pa provjeri natpis ili pitaj voditelja.

Veliki elektrolitski kondenzator spojen naopako ili na previsok napon može se napuhati i puknuti. Regulatori i otpornici u ovim sklopovima griju se toliko da mogu opeći.

Od 9 V~ do 11,3 V

Izmjenični napon stalno se mijenja, pa 9 V~ nije njegov najveći napon. To je efektivna vrijednost: izmjenični napon od 9 V~ grije žarulju jednako kao istosmjerni napon od 9 V. Nju pokazuje i multimetar kad mjeri izmjenični napon. Najveći, vršni napon je za √2 (oko 1,41) puta veći:

\[ U_{vrh} = U_{ef} \cdot \sqrt{2} = 9\ \text{V} \cdot 1{,}41 \approx 12{,}7\ \text{V} \]

Na svakoj silicijskoj diodi kroz koju teče struja izgubi se oko 0,7 V. U ispravljaču s četiri diode struja uvijek teče kroz dvije, pa na izlazu ostane najviše:

\[ 12{,}7\ \text{V} - 2 \cdot 0{,}7\ \text{V} \approx 11{,}3\ \text{V} \]

Napon iz utičnice ima frekvenciju 50 Hz: jedan val traje 1/50 sekunde, odnosno 20 ms. U pola vala (10 ms) napon je pozitivan, a u drugoj polovici negativan.

Graetzov spoj

Shema Graetzovog spoja: izvor 9 V izmjeničnog napona, četiri diode D1 do D4 u obliku romba i otpornik R1 od 22 oma

Četiri diode spojene u romb zovu se Graetzov spoj ili diodni most. Na gornji i donji kut romba spajaš izmjenični napon od 9 V~, a između + (desno) i – (lijevo) dobiješ istosmjerni napon U₁. Strelica napona na shemi pokazuje od plusa prema minusu, u smjeru struje kroz otpornik. Kao trošilo ovdje služi otpornik R1 od 22 Ω.

Put struje kroz Graetzov spoj: lijevo kad je gornja žica izvora pozitivna (kroz D1 i D2), desno kad je pozitivna donja žica (kroz D3 i D4). Kroz otpornik struja oba puta teče prema dolje

Kad je gornja žica izvora pozitivna (lijevo, narančasto), struja ide kroz D1 do plusa, kroz R1 i natrag kroz D2.
Kad je pozitivna donja žica (desno, plavo), struja ide kroz D3 do plusa, kroz R1 i natrag kroz D4.

Kroz otpornik struja oba puta teče u istom smjeru, odozgo prema dolje. Zato je napon na njemu uvijek pozitivan.

Graf napona: izmjenični napon 9 V~ od plus do minus 12,7 V (sivo), s isprekidanom crtom efektivne vrijednosti na 9 V, i ispravljeni napon U1 (narančasto), koji ima pet brjegova do 11,3 V, a srednja vrijednost mu je 6,7 V. U legendi ispod grafa siva crta stoji uz izvor 9 V~, a narančasta uz otpornik R1 i napon U1

Na grafu je sivo izmjenični napon od 9 V~, a narančasto napon U₁ na otporniku R1. Negativni valovi su okrenuti prema gore, pa umjesto 50 valova u sekundi dobiješ 100 brjegova: svakih 10 ms jedan.

Siva isprekidana crta na 9 V je efektivna vrijednost izvora, ona koju pokazuje multimetar. Vrh sivog vala je √2 puta viši: 12,7 V.
Vrh brijega je 11,3 V, a struja kroz R1 tada je 11,3 V / 22 Ω ≈ 0,51 A.
Između brjegova napon padne na 0 V. Dok je napon izvora manji od 1,4 V, diode ne vode.
Srednja vrijednost je oko 6,7 V. Toliko pokazuje multimetar kad mjeri istosmjerni napon.

S jednom diodom umjesto četiri dobio bi poluvalni ispravljač. On propušta samo pozitivne valove, a pola vremena na izlazu nema ničega. Graetzov spoj je punovalni ispravljač: koristi oba vala.

Ovakav napon dovoljan je za žarulju ili motor, ali ne i za Arduino. Napon 100 puta u sekundi padne na nulu, pa bi se Arduino stalno ponovno pokretao. Napon treba izgladiti.

Za diode možeš uzeti četiri 1N4007 (1 A) ili gotov diodni most s četiri nožice, označene s ~, ~, + i –.

Filtar s kondenzatorom

Shema Graetzovog spoja s elektrolitskim kondenzatorom C1 od 4700 mikrofarada i 25 V spojenim paralelno otporniku R1 od 22 oma

Elektrolitski kondenzator C1 spajaš paralelno trošilu, plusom na plus ispravljača. Pri svakom brijegu napona diode na kratko vode i napune kondenzator do 11,3 V. Kad napon iz ispravljača padne, diode prestanu voditi, a struju za R1 daje kondenzator. Dok to radi, polako se prazni i napon mu malo padne. Onda dođe sljedeći brijeg i opet ga napuni.

Graf napona s kondenzatorom: s 1000 mikrofarada napon pada od 11,3 do 8,1 V, a s 4700 mikrofarada samo do 10,4 V. U pozadini je narančasto ispravljeni napon bez kondenzatora

Napon tako izgleda kao zubi pile. Razlika između najvećeg i najmanjeg napona zove se valovitost. Veći kondenzator dulje daje struju, pa je valovitost manja:

s 1000 µF (ljubičasto) napon pada od 11,3 V do 8,1 V,
s 4700 µF (plavo) samo do 10,4 V.

Valovitost možeš i izračunati. Kondenzator se puni 100 puta u sekundi (dvaput u svakom valu od 50 Hz):

\[ \Delta U \approx \frac{I}{2 \cdot f \cdot C} = \frac{0{,}5\ \text{A}}{2 \cdot 50\ \text{Hz} \cdot 0{,}0047\ \text{F}} \approx 1{,}1\ \text{V} \]

Na grafu je valovitost s 4700 µF oko 0,9 V. Formula daje malo više nego u stvarnosti, jer pretpostavlja da se kondenzator prazni cijelih 10 ms, a on se prvi dio tog vremena još puni. Zato je to sigurna procjena: s njom kondenzator nikad ne ispadne premali.

Srednja vrijednost napona sada je oko 10,9 V, blizu vršnog napona, a struja kroz R1 oko 0,5 A. Zato je ovo najčešći filtar u napajanjima.

Na što paziš:

Polaritet i napon kondenzatora: transformator bez opterećenja daje više od 9 V~, a i napon u utičnici malo varira. Zato uzimaš kondenzator od 25 V, a ne od 16 V. Više o tome piše u odjeljku Elektrolitski kondenzatori.
Snaga otpornika: na R1 je 10,9² V² / 22 Ω ≈ 5,4 W, pa treba otpornik od barem 10 W (pogledaj zabludu 16).
Diode i transformator: diode vode samo kratko na vrhu brijega, pa tada kroz njih teku udarci struje mnogo veći od 0,5 A. Kad uključiš napajanje, prazni kondenzator na trenutak povuče još veću struju (pogledaj zabludu 17). Zato diode i transformator biraš s rezervom: transformator od oko 10 VA, iako je 9 V · 0,5 A samo 4,5 VA.
Kondenzator ostaje napunjen i nakon što isključiš napajanje. Ako ga kratko spojiš, iskri (pogledaj zabludu 22).

Regulator napona 7806

Napon iza kondenzatora još uvijek malo valja, a mijenja se i kad se promijeni struja trošila ili napon u utičnici. Regulator napona od takvog napona napravi stalni. Regulatori serije 78xx imaju izlazni napon u imenu: 7805 daje 5 V, 7806 daje 6 V, 7809 daje 9 V, 7812 daje 12 V. Imaju tri nožice: 1 je ulaz (IN), 2 je GND, a 3 je izlaz (OUT). Na kućištu TO-220 metalna pločica s rupom spojena je na GND.

Shema napajanja: Graetzov spoj, kondenzator C1 od 4700 mikrofarada, kondenzator C2 od 330 nanofarada, regulator 7806, kondenzator C3 od 100 nanofarada i trošilo R1 od 12 oma kroz koje teče 0,5 A

Uz regulator stavljaš dva mala keramička kondenzatora, s vrijednostima iz tehničke dokumentacije regulatora:

C2 (330 nF) tik uz ulaz regulatora. Potreban je kad je C1 udaljen više od nekoliko centimetara. Bez njega regulator može početi titrati.
C3 (100 nF) uz izlaz. Pomaže kad trošilo naglo promijeni struju. Ako se struja jako mijenja, na izlaz možeš dodati i elektrolitski kondenzator od 10 do 100 µF.

Mali kondenzatori uz čipove objašnjeni su u zabludi 19. Trošilo R1 od 12 Ω na 6 V uzima 6 V / 12 Ω = 0,5 A.

Graf napona uz regulator 7806 i kondenzator od 4700 mikrofarada: ulazni napon U1 valja između 10,4 i 11,3 V, izlazni napon U2 je stalnih 6 V, a narančasto područje između njih regulator pretvara u toplinu. Crvena isprekidana crta na 8 V

Ulazni napon U₁ (plavo) valja između 10,4 V i 11,3 V, a izlazni napon U₂ (zeleno) je stalnih 6 V. Sav višak napona, narančasto područje na grafu, regulator pretvara u toplinu.

Regulator 78xx treba na ulazu barem 2 V više nego što daje na izlazu. Za 7806 to je 8 V (crvena crta), i to u najnižoj točki valovitosti, a ne u prosjeku. S kondenzatorom od 4700 µF ulaz ne padne ispod 10,4 V, pa ima rezerve. Čak i kad je napon u utičnici 10 % niži, najniži ulazni napon je oko 9,2 V.

Graf napona uz regulator 7806 i kondenzator od samo 1000 mikrofarada: ulazni napon U1 pada do 7,6 V, ispod crvene crte na 8 V, a izlazni napon U2 tada padne do 5,6 V

S kondenzatorom od samo 1000 µF ulazni napon pada do 7,6 V, ispod crvene crte. Tada ni regulator ne može dati 6 V: 100 puta u sekundi izlaz padne do 5,6 V (crveno). Na pojačalu se to čuje kao brujanje, a osjetljiv sklop može se čudno ponašati. Kondenzator ispred regulatora zato biraš prema najvećoj struji trošila.

Koliko struje može dati 78xx?

Regulatori 78xx postoje u tri veličine:

78L06, u malom plastičnom kućištu kao tranzistor (TO-92): do 0,1 A,
78M06: do 0,5 A,
7806 u kućištu TO-220: do 1 A (u nekim tehničkim dokumentacijama i 1,5 A, uz dobro hlađenje).

Ali obično prije struje granicu postavi toplina. Regulator sav višak napona pretvara u toplinu:

\[ P = (U_{1} - U_{2}) \cdot I = (10{,}9\ \text{V} - 6\ \text{V}) \cdot 0{,}5\ \text{A} \approx 2{,}4\ \text{W} \]

Kućište TO-220 bez hladnjaka zagrije se oko 50 °C za svaki vat. Uz 2,4 W to bi bilo 120 °C iznad sobne temperature, pa bi se regulator isključio. Zato mu treba hladnjak. S malim hladnjakom (oko 12 °C/W) zagrije se oko 45 °C iznad sobne temperature.

Struja	Najniži U₁ (4700 µF)	Toplina u 7806	Hlađenje
0,1 A	11,1 V	0,5 W	bez hladnjaka, oko 25 °C toplije
0,5 A	10,4 V	2,4 W	hladnjak
1 A	9,6 V	4,5 W	veći hladnjak, a i transformator od barem 20 VA

Regulator 78xx ima tri ugrađene zaštite:

ograničenje struje, koje ga štiti od kratkog spoja na izlazu,
toplinsku zaštitu, koja ga isključi kad se pregrije,
zaštitu pri velikoj razlici napona: što je razlika između ulaza i izlaza veća, to manju struju dopušta.

Te zaštite čuvaju regulator, a ne sklop. Kad prorade, napon na izlazu padne ili nestane. Sklop tada radi nekoliko minuta pa stane, a kad se regulator ohladi, opet radi. Ako ti se to dogodi, regulatoru treba hladnjak, manji ulazni napon ili manja struja.

Najveći ulazni napon za 7806 je 35 V, ali što je ulazni napon veći, to je više topline. Isto vrijedi za Arduino: većina pločica Uno ima linearni regulator na 5 V, pa im je preporučeni napon na utičnici za napajanje 7 do 12 V. Uz 12 V regulator se grije, kao u zabludi 26.

Regulatori za struje od 3 do 5 A

Regulator 78xx daje najviše oko 1 A. Za 3 do 5 A postoje dvije vrste regulatora.

Linearni regulatori rade kao 7806, samo za veće struje: LM350 (3 A), LM338 (5 A) i LM1084 (5 A, s manjim padom napona, oko 1,5 V). LM350 i LM338 su podesivi: izlazni napon određuju dva otpornika.

\[ U_{2} = 1{,}25\ \text{V} \cdot \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) = 1{,}25\ \text{V} \cdot \left(1 + \frac{680\ \Omega}{180\ \Omega}\right) \approx 6{,}0\ \text{V} \]

Shema regulatora LM338 za 3 A: kondenzatori C1 od 22000 mikrofarada i C2 od 100 nanofarada na ulazu, otpornici R1 od 180 i R2 od 680 oma na nožici ADJ, kondenzator C3 od 10 mikrofarada na izlazu i trošilo R3 od 2 oma

Graf napona uz LM338 i 3 A: ulazni napon U1 valja između 10,2 i 11,3 V, izlazni napon U2 je 6 V, a veliko narančasto područje između njih je toplina. Crvena isprekidana crta na 8,5 V

Ulaz je isti Graetzov spoj, ali s većim diodama i kondenzatorom od 22 000 µF, da ulazni napon ne padne ispod 8,5 V (6 V i pad napona regulatora od oko 2,5 V, crvena crta). Problem je toplina. Uz 3 A regulator pretvara u toplinu (10,8 V − 6 V) · 3 A ≈ 14 W. Treba mu hladnjak s rebrima velik kao dlan, ili veći. Za 5 A iz 9 V~ napon ne bi bio dovoljan, a toplina bi bila preko 20 W.

Preklopni (engl. switching) regulatori višak napona ne pretvaraju u toplinu, nego ulazni napon vrlo brzo uključuju i isključuju. LM2596 to radi 150 000 puta u sekundi, a zavojnica L1 i kondenzator C3 od tih impulsa naprave stalni napon. Dok je unutarnja sklopka isključena, struja teče kroz diodu D1. Takvi su LM2596 i LM2576 (3 A), LM2678 (5 A) i moduli s čipom XL4015 (5 A). Napon i kod njih određuju dva otpornika:

\[ U_{3} = 1{,}23\ \text{V} \cdot \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) = 1{,}23\ \text{V} \cdot \left(1 + \frac{3{,}9\ \text{k}\Omega}{1\ \text{k}\Omega}\right) \approx 6{,}0\ \text{V} \]

Shema preklopnog regulatora LM2596-ADJ za 3 A: kondenzatori C1 od 10000 i C2 od 470 mikrofarada na ulazu, Schottky dioda D1 1N5824, zavojnica L1 od 33 mikrohenrija, otpornici R2 od 3,9 i R1 od 1 kilooma na nožici FB, kondenzator C3 od 220 mikrofarada i trošilo R3 od 2 oma

Graf napona uz LM2596 i 3 A: ulazni napon U1 valja između 9,7 i 11,3 V, a izlazni napon U3 je stalnih 6 V, bez narančastog područja topline

Graf napona na izlaznoj nožici LM2596 tijekom 20 mikrosekundi: napon U2 skače između 9,3 V i -0,5 V, uključen je oko 70 posto vremena, a izlazni napon U3 je 6 V

Prvi graf traje 50 ms, kao i prethodni. Drugi traje samo 20 µs: napon U₂ na izlaznoj nožici skače između oko 9,3 V i −0,5 V (kad vodi D1). Uključen je oko 70 % vremena, a L1 i C3 od toga naprave prosjek: oko 6 V.

Preklopni regulator iskoristi 80 do 90 % energije. Uz 6 V i 3 A trošilo dobiva 18 W, a u regulatoru se gubi samo oko 3 W, umjesto 14 W kod LM338. Iz ulaza uzima samo oko 2 A, manje nego što daje na izlaz, pa je dovoljan kondenzator C1 od 10 000 µF.

Na što paziš kod preklopnog regulatora:

Žice između C2, čipa, D1 i L1 moraju biti kratke i debele. Breadboard za to nije dobar, a sklop s dugim žicama stvara smetnje.
D1 mora biti brza Schottky dioda. Obična dioda 1N4007 je prespora i pregrijala bi se.
Kondenzatori C2 i C3 moraju biti predviđeni za preklopna napajanja (low ESR).
Gotovi moduli s LM2596 ili XL4015 su jeftini i već dobro složeni. Izlazni napon namjestiš potenciometrom na modulu i provjeriš multimetrom prije nego što spojiš trošilo. Bez dodatnog hlađenja daju manje struje nego što piše: modul s LM2596 oko 2 A.

Kod 3 do 5 A i sve ostalo mora biti veće: transformator od 40 do 60 VA, diodni most od 6 do 10 A s hladnjakom (na njegove dvije diode uz 3 A gubi se oko 6 W), debele žice, priključnice s vijcima umjesto breadboarda i osigurač iza transformatora. Najjednostavnije i najsigurnije rješenje često je gotov preklopni adapter (na primjer 12 V DC) i modul s preklopnim regulatorom.

Što smo naučili?

Ispravljač od četiri diode (Graetzov spoj) okrene sve valove izmjeničnog napona na istu stranu. Iz 9 V~ dobiješ brjegove do 11,3 V, 100 puta u sekundi.
Vršni napon je √2 puta veći od efektivnog, a na svakoj diodi kroz koju teče struja izgubi se oko 0,7 V.
Kondenzator izgladi napon. Valovitost je to manja što je kondenzator veći, a procijeniš je formulom ΔU ≈ I / (2 · f · C).
Regulator 7806 daje stalnih 6 V ako mu je na ulazu uvijek barem 8 V, i u najnižoj točki valovitosti.
Linearni regulator višak napona pretvara u toplinu, P = (U₁ − U₂) · I. Zato 780x najčešće ograniči toplina, a ne struja od 1 A.
Za 3 do 5 A bolji su preklopni regulatori, koji iskoriste 80 do 90 % energije.

Mali kviz

1. Koliki je vršni napon izmjeničnog napona od 12 V~?

12 V · 1,41 ≈ 17 V. Iza Graetzovog spoja ostane oko 17 V − 1,4 V ≈ 15,6 V.

2. Zašto na izlazu Graetzovog spoja ima 100, a ne 50 brjegova napona u sekundi?

Svaki val izmjeničnog napona ima pozitivnu i negativnu polovicu. Graetzov spoj okrene negativnu polovicu prema gore, pa od svakog vala nastanu dva brijega: 2 · 50 = 100 u sekundi.

3. Kolika je otprilike valovitost s kondenzatorom od 2200 µF uz struju od 0,5 A?

ΔU ≈ 0,5 A / (2 · 50 Hz · 0,0022 F) ≈ 2,3 V. Napon bi padao od 11,3 V do oko 9 V, a to je za 7806 još dovoljno.

4. Zašto regulator 7806 ne može dati 6 V ako mu je na ulazu 7 V?

Regulatoru 78xx na ulazu treba barem 2 V više nego na izlazu. Za 7806 to je 8 V. Uz 7 V na izlazu će biti samo oko 5 V.

5. Koliko topline nastaje u regulatoru 7806 kad mu je na ulazu 15 V, a trošilo uzima 0,4 A?

P = (15 V − 6 V) · 0,4 A = 3,6 W. Bez hladnjaka bi se pregrijao i isključio.

6. Zašto preklopnom regulatoru za 3 A treba mnogo manji hladnjak nego linearnom LM338?

LM338 sav višak napona pretvara u toplinu, uz 3 A oko 14 W. Preklopni regulator napon brzo uključuje i isključuje i iskoristi 80 do 90 % energije, pa se u njemu gubi samo oko 3 W.

7. Što se može dogoditi ako elektrolitski kondenzator spojiš naopako?

Može se napuhati, procuriti ili puknuti. Plus kondenzatora uvijek spajaš na plus ispravljača, a dopušteni napon biraš s rezervom.