Gleichrichter II

Wie bereits im Kapitel Gleichrichter I gelernt, kann ich mit einer Diode nur die positive Halbwelle durchlassen. Um daraus eine nutzbare Gleichspannung zu erzeugen, benötigt man mindestens noch einen Kondensator. Wie in Schaltung EA-7.8.1 angegeben.

Der folgende Alt-Text wurde noch nicht geprüft: 1) Kurzfassung: Schaltplan mit Transformator, in Serie liegender Diode D sowie einem Kondensator C_L und einem Lastwiderstand R_L, die beide zwischen oberer Leitung und Rückleitung angeschlossen sind; Pfeile U_E und U_L markieren Spannungsrichtungen.

2) Detaillierte Beschreibung: Ganz links ein zweipoliger Eingang mit Wechselspannungs‑Symbol (~), angeschlossen an die Primärwicklung eines Transformators; rechts davon die Sekundärwicklung mit zwei Anschlüssen. Der obere Sekundäranschluss führt nach rechts durch eine Diode mit der Beschriftung D (Symbol: Dreieck auf senkrechte Linie, Spitze nach rechts) zu einem Knoten, der als ausgefüllter Punkt gezeichnet ist. Von diesem Knoten geht nach unten ein Kondensator mit der Beschriftung C_L (zwei parallele Platten) zur unteren Rückleitung, die am unteren Sekundäranschluss des Transformators endet; der untere Kondensatoranschluss ist ebenfalls mit einem ausgefüllten Punkt markiert. Vom gleichen oberen Knoten führt rechts ein Lastwiderstand als Rechteck mit der Beschriftung R_L nach unten zur Rückleitung. Neben der Sekundärwicklung steht ein nach unten gerichteter Pfeil mit der Beschriftung U_E; rechts neben dem Lastwiderstand steht ein nach unten gerichteter Pfeil mit der Beschriftung U_L. Die Leitungen verlaufen als durchgehende Linien, die alle Bauteile verbinden. — Abbildung EA-7.8.1: Einweggleichrichtung mit Kondensator

Bei der positiven Halbwelle leitet die Diode $D$ und lässt Strom fließen. In dieser Zeit lädt sich der Kondensator $C_L$ auf den Spitzenwert der Wechselspannung auf. Zum Zeitpunkt der negativen Halbwelle sperrt die Diode $D$ den Strom und der Kondensator $C_L$ entlädt sich über den Lastwiderstand $R_L$. Somit stellt sich am Lastwiderstand $R_L$ eine pulsierende Gleichspannung $U_L$ ein (vgl. Abb.EA-7.8.2). Um so größer die Kapazität des Kondensator ist, destso gleichmäßiger wird die Gleichspannung am Lastwiderstand geglättet.

1) Kurzbeschreibung: Diagramm aus einem rechteckigen Gitter und mit einer horizontalen Achse „5 ms/Div.“ und einer vertikalen Achse „3 V/Div.“; periodisch verlaufende Kurve, zunächst steil beginnend mit abgerundetem Maximum und flacher nach unten auslaufend.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt ein Koordinatensystem mit einer horizontalen Achse „5 ms/Div.“ und einer vertikalen Achse „3 V/Div.“. Der Nullpunkt unten links trägt die Beschriftung „0 V“. Das Gitter besteht aus sieben horizontalen und sieben vertikalen Gitterlinien. Eine Kurve verläuft ausschließlich zwischen der fünften und der sechsten Gitterlinie und beginnt zunächst steil, geht in ein abgerundetes Maximum über und läuft dann etwas flacher aus. Nach zwei vertikalen Gitterlinien beginnt ein neuer Zyklus. — Abbildung EA-7.8.2: Welligkeit der Ausgangsgleichspannnung $U_L$

Die Nulllinie befindet sich am unteren Rand der Darstellung.

Bei der Bemessung von Diode und Kondensator müssen wir jedoch wissen, dass die Trafo-Spannungen als Effektivspannungen ${U}_{Eff}$ angegeben werden. Somit müssen wir die Spitzenspannung $\hat{u}$ vorher bestimmen.

$$\hat{u} = \sqrt{2} \cdot {U}_{Eff}$$

Wenn an einem Transformator die Spannung ${U}{a}$ = 15 V angegeben ist, rechnen wir $\hat{u} = \sqrt{2} \cdot {U}{Eff} = \sqrt{2} \cdot {15} V = {21,21} V $. Somit wird sich ohne Last eine Leerlaufspitzenspannung von ca. 21 V einstellen.

AD302: Berechnen Sie für diese Schaltung die Leerlaufspannung an den Klemmen A - B.

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern; links Transformator mit Primärwicklung an zwei Anschlusspunkten „230 V“ und einer Wellenlinie; von der Sekundärwicklung („15 V“ und Wellenlinie) zwei horizontale Leiter abgehend; im oberen horizontalen Leiter eine Diode; rechts davon Ableitung über einen Kondensator zum unteren horizontalen Leiter; beide horizontalen Leiter mit Anschlusspunkten „A“ (oben) und „B“ (unten).

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung besteht aus einem Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern. Im linken Teil des Schaltplans befindet sich ein Transformator mit zwei Anschlusspunkten für die Primärwicklung, beschriftet mit „230 V“ und einer Wellenlinie. Die Sekundärwicklung ist mit „15 V“ und einer Wellenlinie beschriftet. Von hier gehen zwei horizontale Leiter nach rechts ab. Im oberen Leiter ist eine Diode (nach rechts zeigendes Dreieck mit senkrechter Linie an der Dreiecksspitze) eingefügt. Rechts davon gibt es eine Ableitung über einen Kondensator (zwei horizontale Linien, die obere mit „+“ beschriftet) zum unteren horizontalen Leiter. Beide horizontalen Leiter enden rechts mit den Anschlusspunkten „A“ (oben) bzw. „B“ (unten).

Bei nachfolgender Frage müssen wir das Übersetzungsverhältniss vom Trafo anwenden, um unsere Ausgangsspannung zu ermitteln. Wir setzten also für die effektive Eingangsspannung ${U}_{Eff}$ ein zwanzigstel der Trafoeingangsspannung von 230 V ein. Von der Spitzenspannung können wir dann die Hälfte der Spannung nochmal addieren um den Sicherheitsaufschlag zu berücksichtigen.

AD303: Welche Spannungsfestigkeit des Kondensators sollte mindestens gewählt werden, wenn das Transformationsverhältnis 20:1 beträgt und ein Sicherheitsaufschlag auf die Spannungsfestigkeit von 50 % berücksichtigt werden soll?

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei horizontalen Leitern und mit jeweils zwei Anschlusspunkten links („230 V“ und Wellenlinie) und rechts („A“ und „B“), dazwischen ein Transformator; im oberen horizontalen Zweig eine Diode und im rechten vertikalen Teil zwischen den beiden horizontalen Leitern ein Kondensator.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit zwei horizontalen Leitern und jeweils zwei Anschlusspunkten an ihren Enden, links mit Beschriftung „230 V“ und einer Wellenlinie und rechts mit „A“ und „B“ beschriftet. Auf der linken Seite ist das Schaltzeichen für einen Transformator eingezeichnet, bestehend aus zwei vertikalen Spulen, die linke mit nach rechts gerichteten Halbbögen und die rechte mit nach links gerichteten Halbbögen, dazwischen zwei vertikale Linien. An den Transformator schließt sich nach rechts im oberen horizontalen Leiter das Schaltzeichen für eine Diode (Dreieck mit nach rechts zeigender Spitze und senkrechtem Strich an der Spitze) an. Im rechten vertikalen Leiter zwischen den beiden horizontalen Litern ist das Schaltzeichen für einen Kondensator (zwei horizontale Linien, die obere mit „+“ markiert) zu sehen. Der untere horizontale Leiter führt vom unteren Ende des Kondensators zurück zum Transformator. Es sind keine weiteren Zahlen, Werte oder Textbeschriftungen vorhanden.

Für die Lösung der folgenden Aufgabe müssen wir erkennen, dass der Spitzenwert der negativen Halbwelle und die Kondensatorspannung sich addieren und die Diode in Sperrrichtung belasten. Dies ist die höchste Spannung, die an der Diode in Sperrrichtung auftreten kann.

Wir rechnen: ${U}_{sperr} = 2 \cdot \hat{u}$ Zu berücksichtigen sind dann noch das Übersetzungsverhältnis 5 : 1 des Netztransformators und der Sicherheitsaufschlag von 20%.

AD304: Bei einem Transformationsverhältnis von 5:1 sollte die Spannungsfestigkeit der Diode (max. Spannung plus 20 % Sicherheitsaufschlag) in dieser Schaltung nicht weniger als ...

Es gibt auch ein Experiment.

Lösungshilfe

AD 303: AD 304:

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