KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2017

PYTANIE NR 21.
Jaka jest wartość mocy traconej w stabilizatorze napięcia pracującym z prądem o wartości I = 1,8 A oraz z napięciami o wartościach U1= 20 V i U2= 15 V?
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny, który najprawdopodobniej ilustruje działanie stabilizatora napięcia, co jest
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Moc tracona w stabilizatorze liniowym to moc wydzielana na nim jako ciepło:
Pstr = (U1 − U2) · I. Tutaj spadek napięcia wynosi 20 V − 15 V = 5 V, a prąd 1,8 A. Zatem Pstr = 5 V · 1,8 A = 9 W, co odpowiada poprawnej odpowiedzi.

Pełne wyjaśnienie:

W stabilizatorze liniowym część energii elektrycznej jest tracona w samym stabilizatorze jako ciepło. Dzieje się tak dlatego, że stabilizator "zrzuca" nadmiar napięcia pomiędzy wejściem i wyjściem.

Kluczowa zależność na moc strat ma postać:

Pstr = (U1 − U2) · I

Najpierw oblicza się spadek napięcia na stabilizatorze: U1 = 20 V oraz U2 = 15 V, więc (U1 − U2) = 5 V. Następnie mnoży się ten spadek przez prąd obciążenia I = 1,8 A:

Pstr = 5 V · 1,8 A = 9 W.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • "1,8 W" zwykle wynika z pomylenia wielkości i potraktowania 1,8 A jako "mocy" albo z błędnego założenia, że spadek napięcia wynosi 1 V.
  • "15 W" odpowiadałoby sytuacji, gdyby ktoś policzył moc z napięcia wyjściowego: P = U2 · I = 15 V · 1,8 A = 27 W (czyli nawet to nie daje 15 W). Często jest to efekt zakotwiczenia na wartości 15 V z treści.
  • "27 W" to typowy wynik obliczenia mocy oddawanej do obciążenia przy napięciu wyjściowym: Pwy = U2 · I = 15 V · 1,8 A = 27 W. To nie jest jednak moc tracona w stabilizatorze, tylko moc na wyjściu.

W praktyce wynik 9 W ma znaczenie termiczne: taką moc trzeba odprowadzić z obudowy stabilizatora (radiator, wentylacja, pole miedzi na PCB). Przy większych prądach lub większym (U1−U2) straty rosną liniowo, dlatego w wielu urządzeniach stosuje się przetwornice impulsowe, aby zmniejszyć grzanie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Moc tracona to energia zamieniana w ciepło w stabilizatorze. Dla stabilizatora liniowego wynosi zwykle P = (Uwe − Uwy) · I. Im większa różnica napięć i prąd, tym bardziej stabilizator się nagrzewa i tym ważniejsze jest chłodzenie.
1) Oblicz spadek: ΔU = U1 − U2.
2) Pomnóż przez prąd: P = ΔU · I.
3) Sprawdź jednostki: V·A = W.
To proste działanie pozwala szybko ocenić, czy stabilizator będzie wymagał radiatora.
Bo moc tracona dotyczy elementu, na którym występuje spadek napięcia. W stabilizatorze liniowym spadek jest między wejściem a wyjściem, więc wynosi U1−U2. Napięcie U2 służy raczej do liczenia mocy na obciążeniu.
27 W jest typowym wynikiem dla mocy wyjściowej obciążenia: Pwy = U2·I. Jeśli pytanie dotyczy "mocy traconej w stabilizatorze", to 27 W nie pasuje, bo stabilizator traci tylko to, co "zrzuci" na spadku U1−U2.
Najczęstsze pomyłki to: liczenie P = U2·I zamiast (U1−U2)·I, nieuwzględnienie różnicy napięć, mylenie mocy strat z mocą obciążenia oraz błędy w prądzie (np. 1,8 A odczytane jako 0,18 A). Warto zawsze policzyć ΔU i dopiero potem P.
Gdy różnica napięć Uwe−Uwy jest duża i/lub prąd obciążenia jest duży. Ponieważ P = (Uwe−Uwy)·I rośnie liniowo, nawet kilka woltów spadku przy prądzie rzędu amperów daje kilka–kilkanaście watów, które trzeba odprowadzić cieplnie.
Najpierw liczysz Pstr. Potem korzystasz z danych termicznych z noty katalogowej (rezystancje termiczne) i sprawdzasz, czy przy tej mocy temperatura złącza nie przekroczy limitu. Jeśli przekroczy, potrzebny jest radiator, lepsze chłodzenie lub zmiana rozwiązania na przetwornicę impulsową.
Nie. Dla przetwornicy impulsowej straty zależą od sprawności i wielu mechanizmów (przełączanie, rezystancje, diody, cewka). Prosty wzór (Uwe−Uwy)·I dotyczy typowo stabilizatora liniowego. W impulsowych częściej liczy się Pstr ≈ Pwy·(1/η − 1).
W zadaniach szkolnych często sugeruje to sam zwrot "stabilizator napięcia" z podanymi U1 (wejście) i U2 (wyjście) oraz prądem I. Jeśli nie ma danych o sprawności, częstotliwości czy elementach LC, zwykle zakłada się stabilizator liniowy i liczy straty ze spadku napięcia.
Wat jest jednostką mocy. Z definicji moc elektryczna P = U·I, więc jednostkowo: 1 V · 1 A = 1 W. To pomaga w kontroli wyniku: jeśli po obliczeniach nie wychodzą waty, to znaczy, że wstawiono złą wielkość (np. samo napięcie bez prądu).
info

Statystycznie 56% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

Specjaliści zwracają uwagę: "Moc tracona w stabilizatorze liniowym to moc wydzielana na nim jako ciepło: Pstr = (U1 − U2) · I."

Źródła:

  • Wikipedia: Linear regulator – sekcja "Power dissipation" (opis P = (Vin−Vout)·I), https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_regulator (dostęp: 2026-03-02)
  • Texas Instruments, Application Report: "Power Dissipation and Thermal Considerations" (materiał o zależności mocy strat od spadku napięcia i prądu), https://www.ti.com/lit/ (wyszukiwanie w bibliotece TI po tytule; dostęp: 2026-03-02)

Materiały:

  • Podstawy elektrotechniki/elektroniki: rozdział o mocy i bilansie energetycznym
  • Noty katalogowe stabilizatorów liniowych (sekcje: power dissipation, thermal considerations)
  • Zadania rachunkowe z zasilaczy liniowych (spadek napięcia i straty mocy)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego