Učilo je namenjeno za primenu u nastavi gde se izučavaju principi funkcionisanja i osnovne primene poluprovodničkih komponenata. Ovakav uređaj omogućava jednostavno razumevanje rada punotalasnog ispravljača.
Sam punotalasni ispravljač je realizovan uz pomoć LE dioda, umesto klasičnih silicijumskih, tako da uređaj obezbeđuje vizuelnu demonstraciju protoka električne struje kroz Grecov spoj. Na izlazu iz mosta postavljen je potrošač, a čine ga redno vezani otpornik i LE dioda. Uređaj sadrži taster za promenu frekvencije ulaznog napona. Date su tri različite vrednosti frekvencija, tako da nastavnik može birati tempo prikaza ispravljanja električnog napona. Na taj način je uređajem omogućeno da nastavnik na što bolji način objasni gradivo vezano za punotalasni ispravljač, a učenici da to gradivo što lakše i kvalitetnije shvate.
Funkcionisanje uređaja se vizuelno registruje tako što se dve crvene diode unutar mosta uključuju tokom jedne poluperiode, a druge dve tokom druge poluperiode. Zelena dioda koja predstavlja potrošač se uključuje tokom svake poluperiode i pokazuje da je signal ispravljen. Postavljanjem frekvencije ulaznog signala na nisku vrednost, dva stanja provođenja u mostu se jasno razlikuju. Dodavanjem filtarskog kondenzatora na izlaz Grecovog spoja se jasno uočava manji i veći intenzitet sjaja zelene diode koji prati izgled filtriranog izlaznog napona. Time se dobija efekat kao da dioda „diše“. Treba napomenuti da je zbog visoke vrednosti napona vođenja LE dioda (oko 2 V), period njihovog neprovođenja uočljiv, kao i to da je amplituda izlaznog napona u odnosu na ulazni dosta umanjena.
Za simulaciju naizmeničnog sinusnog napona koji ima i negativne vrednosti potrebno je generisati dve identične sinusoide fazno pomerene za 180°. Razlika ovih sinusoida takođe predstavlja sinusni signal, ali sa dvostruko većom amplitudom i sa ofsetom 0 V. Time se dobija signal neophodan za prikaz rada punotalasnog ispravljača za jednu referentnu frekvenciju.
Generisanje sinusnih signala je realizovano pomoću direktne digitalne sinteze. Njom se dobijaju precizne vrednosti digitalnog signala, međutim potrebna je dodatna konverzija za prelaz u analogni domen. To je omogućeno korišćenjem impulsno širinske modulacije signala (Pulse Width Modulation – PWM) i odgovarajućeg analognog filtra. Trenutna vrednost sinusnog signala odgovara faktoru ispunjenosti referentnog signala, tj. tome koliki je deo signala na logičkoj 1, odnosno logičkoj 0. U suštini, vrednost faktora ispunjenosti signala je ekvivalentna sadržaju faznog akumulatora. Konačni sinusni oblik signala se dobija pomoću odgovarajućeg eksternog analognog filtra. To je RC filtar, propusnik niskih učestanosti. Generisanjem PWM signala različitih faktora ispunjenosti pomoću direktne digitalne sinteze, dobijaju se signali koji nakon izlaska iz RC integratora (filtra) oblikuju sinusni signal koji je potreban za rad ovog uređaja.
Za generisanje sinusnih signala je iskorišćen mikrokontroler PIC18F45K22. Signali kontrolišu rad dioda u Grecovom spoju, a time i napon na potrošaču. Ovaj mikrokontroler sadrži dva PWM izlaza, tako da je moguće generisati dva sinusna signala istovremeno. Referentna frekvencija mikrokontrolera iskorišćena za DDS je 125 kHz, a ova vrednost frekvencije se pri izradi uređaja pokazala kao najbolja vrednost za zadati sinusni signal. Signali iz mikrokontrolera prolaze kroz niskopropusne RC filtre kojima se finalno oblikuju analogni signali.
Generisani sinusni signali se pojačavaju pomoću operacionog pojačavača LM2904N. Tokom jedne poluperiode uključuju se tri LE diode. Za rad pojedinih dioda potreban je napon od 2 V, tako da je tokom svake poluperiode za rad dioda potrebno minimum 6 V. Zbog toga je potrebno pojačati napon sa izlaza mikrokontrolera, jer on na svom izlazu daje 5 V. Operacioni pojačavači su povezani u neinvertujućoj konfiguraciji. Zbog niske vrednosti probojnog napona LE dioda, sa svakom od njih su na red vezane Šotki diode. Takvim povezivanjem je onemogućeno da diode uđu u proboj pri inverznoj polarizaciji, a pri direktnoj polarizaciji napon na potrošaču nije dodatno značajno smanjen. Kao potrošač je pored otpornika postavljena još jedna LE dioda koja prikazuje protok struje kroz centralnu granu mosta. Na poziciju predviđenu za filtarski kondenzator postavljen je konektor, što daje mogućnost dodavanja kondenzatora bilo koje vrednosti. Zbog potrebe da se pojača napon koji daje mikrokontroler, implementirani operacioni pojačavači zahtevaju dodatni naponski nivo nezavisan od napajanja mikrokontrolera. Eksterno napajanje preko naponskog izvora smanjuje mobilnost uređaja, tako da je na ploču dodat ulaz za adapter ispravljača i naponski regulator. Tako je omogućeno napajanje operacionog pojačavača sa 12 V iz ispravljača, a preko regulatora LM7805 se napon spušta na 5 V i tako napaja mikrokontroler. Dodavanjem ovog bloka uređaj ne mora da se koristi samo u laboratorijama gde postoji potrebna oprema, već ga je moguće koristiti na bilo kojem mestu gde postoji mrežna utičnica.
U softverskom paketu Proton IDE je izvršeno programiranje mikrokontrolera. U kodu programa su sadržani blokovi za generisanje signala direktnom digitalnom sintezom, kao i blok za menjanje frekvencije signala kao rezultat pritiska na taster. Taster je vezan preko pina RB0 kako bi se tokom objašnjavanja gradiva pokazalo kako promena frekvencije utiče na rad LE dioda (mosta), a samim tim i na celo kolo. Vrednosti frekvencija koje su unete u kod programa su 0.5 Hz, 20 Hz i 50 Hz. Naravno, vrednosti frekvencija se mogu menjati po potrebi korisnika ponovnim programiranjem mikrokontrolera.
Projektovanje štampane ploče (PCB-a) na koju će se ugraditi neophodne elektronske i poluprovodničke komponente je izvršeno pomoću softvera Proteus. Štampana ploča projektovana za ovaj sistem je dvoslojna.
Na prednjoj strani ploče nalazi se ulaz za adapter, taster, LE diode i „trnovi“ preko kojih je moguće na osciloskopu posmatrati vrednosti napona ispred mosta i vrednosti napona na potrošaču. Sve ostale komponente smeštene su sa zadnje strane radi lepšeg izgleda ploče, a takođe i da ne odvlače pažnju učenika sa gradiva koje se izučava.
Finalna verzija projektovane pločice izrađena je u fabrici štampanih ploča „Ei PCB Factory“ u Nišu.
