Gleichrichterschaltungen
Zum Erzeugen von Gleichspannungen gibt es zum Beispiel Primärelemente (Batterien) und Sekundärelemente (Akkus). Sie erzeugen eine Gleichspannung durch Umwandlung von chemischer in elektrische Energie.
Eine Alternative ist das Erzeugen einer Gleichspannung aus einer Wechselspannung. Dazu macht man sich die Ventilwirkung des pn-Übergangs von Halbleiterdioden zu nutze.
Hinweis: In den folgenden Schaltungen befindet sich ein Widerstand, der nach den Diode geschaltet ist. Dieser Widerstand ist notwendig, um ein einwandfreies Potential für die Messung mit Oszilloskop abgreifen zu können. Ohne den Widerstand hätte man keinen geschlossenen Stromkreis.
Einweg-Gleichrichterschaltung
Die Einweg-Gleichrichterschaltung wird auch als Einpuls-Mittelpunktschaltung M1 bezeichnet. Sie besteht aus eine einfachen Diode. Die Polung der Diode bestimmt ob ein positiver oder ein negativer Spannungswert am Ausgang der Schaltung anliegt.
Dadurch, dass die Halbleiterdiode den Strom nur in eine Richtung durchlässt, sperrt sie die vom Wechselstrom kommende zweite Halbwelle.
| Oszilloskop-Bild der Eingangsspannung Ue | Oszilloskop-Bild der Ausgangspannung Ua |
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| Am Eingang der Einweg-Gleichrichterschaltung wird eine ganz gewöhnliche sinusförmige Wechselspannung angelegt. | Am Ausgang der Einweg-Gleichrichterschaltung entsteht eine pulsierende Gleichspannung. Da der Strom nur in eine Richtung durch die Diode fließt, fehlt die jeweils zweite Halbwelle der Wechselspannung in der Ausgangsspannung Ua. Unter ohmscher Belastung (Widerstand R) bricht die pulsierende Gleichspannung auf UDC mit einer Restwelligkeit zusammen. |
Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung
Die Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung wird als Zweipuls-Mittelpunktschaltung M2 bezeichnet. Sie setzt einen Trafo mit einer Mittelanzapfung voraus, in den der Strom zurückfließen kann.
Durch die beiden Dioden wird der Strom der beiden Halbwellen der Eingangsspannung Ue über einen Punkt der Schaltung geführt. Auf einer gemeinsamen Leitung werden die Ströme zum Trafo zurückgeführt.
| Oszilloskop-Bild der Eingangsspannung Ue | Oszilloskop-Bild der Ausgangsspannung Ua |
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| Am Eingang der Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung wird eine ganz gewöhnliche sinusförmige Wechselspannung angelegt. |
Der Stromfluss durch die Diode D1 wird unverändert über den Widerstand geführt. Wegen der Diode D2 kann er nicht in den Trafo abfließen. Der Stromfluss der zweiten Halbwelle wird durch die Diode D2 geführt. Über die Diode D1 kann er nicht zum Trafo abfließen. Der Strom der zweiten Halbwelle wird über den Widerstand zur Mittelanzapfung geführt. |
Brücken-Gleichrichterschaltung
Die Brücken-Gleichrichterschaltung wird auch als Zweipuls-Brücken-Gleichrichterschaltung B2 bezeichnet. Sie besteht aus jeweils zwei parallelgeschalteten Diodenpaaren. Der Wechselspannungseingang befindet sich zwischen den Diodenpaaren.
Durch die Anordnung der Halbleiterdioden in der Schaltung fließt der Wechselstrom in zwei verschiedenen Wegen durch die Schaltung.
Der Verbraucher wird immer in einer Richtung vom Strom durchflossen.
| Oszilloskop-Bild der Eingangsspannung Ue | Oszilloskop-Bild der Ausgangsspannung Ua |
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| Am Eingang der Einweg-Gleichrichterschaltung wird eine ganz gewöhnliche sinusförmige Wechselspannung angelegt. | Durch die Diodenschaltung wird der Stromfluss der zweiten Halbwelle so verändert, dass die Ausgangsspannung Ua pulsiert. Sie wird auch als pulsierende Gleichspannung bezeichnet, bei der die zweite Halbwelle der Eingangsspannung Ue hochgeklappt ist. Unter ohmscher Belastung bricht die pulsierende Gleichspannung auf UDC mit einer Restwelligkeit zusammen. |
Brückengleichrichter
Zur Gleichrichtung von Wechselspannungen sind Brücken-Gleichrichter unbedingt den Gleichrichterdioden vorzuziehen. Die Brücken-Gleichrichterschaltung gibt es fertig als Bauelement.
Praxis-Tipp: Im Bereich des Spannungsverlaufes einer einfachen Brücken-Gleichrichterschaltung kann es zu steilflankigen Spannungsspitzen kommen. Diese Spannungsspitzen sind besonders bei langsamen Dioden zu beobachten (Messung mit Oszilloskop).
Nachteilig macht sich dies bemerkbar, wenn Geräte im Umkreis (Empfänger) gestört werden.
Abhilfe schaffen 4 Keramik-Kondensatoren mit ca. 100 nF parallel zu den Gleichrichterdioden. Die Spannungsspitzen werden dadurch kurzgeschlossen.
Kennzeichnung von Gleichrichtern
Beispiel: B 250 C 1000
| B | Schaltungsart |
|---|---|
| B | Brückenschaltung |
| D | Verdopplerschaltung |
| M | Mittelpunktschaltung |
| V | Vervielfacherschaltung |
| 250 | max. Anschlussspannung (Effektivwert) |
| C | Kondensatorlast |
| 1000 | max. Stromentnahme in mA (Kondensatorlast) |
| 800 | 0,8 A (2500 µF) |
| 1000 | 1 A (2500 µF) |
| 1500 | 1,5 A (2500 µF) |
| 3200 | 3,5 A (5000 µF) |
| 5000 | 5 A (10000 µF) |
Alternative Darstellung der Brücken-Gleichrichterschaltung
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