refactor: voll- und brueckengleichrichter
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Matthias Jung
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Durch den geringen Aufwand ist der Brückengleichrichter eine häufig verwendete Gleichrichterschaltung. Dazu benötigt man einen Trafo und 4 Dioden. In der Abbildung [ref:a_brueckenlgeichrichter] ist ein solcher Brückengleichrichter dargestellt.
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Durch den geringen Aufwand ist der Brückengleichrichter eine häufig verwendete Gleichrichterschaltung. Dazu benötigt man einen Trafo und 4 Dioden.
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In der Abbildung [ref:a_brueckenlgeichrichter] ist ein solcher Brückengleichrichter dargestellt.
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[picture:965:a_brueckenlgeichrichter:Brückengleichrichter]
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In dem nebenstehenden Applet kann man bei dargestellter Polarität der Trafospannung $U_a$ bzw. $U_s$ den Laststrom in seinem Stromverlauf verfolgen und erkennen, dass der dieser stets in gleicher Richtung durch den Lastwiderstand $R$ fließt. Der Spannungsabfall am Lastwiderstand $R_L$ ist eine pulsierende Gleichspannung (DC), die aus positiven sinusförmigen Halbwellen besteht. Diese Spannung hat eine Frequenz $f=\qty{100}{\hertz}$.
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In dem nebenstehenden Applet ist ein solcher Brückengleichrichter dargestellt. Man kann bei dargestellter Polarität der Trafospannung $U_a$ bzw. $U_s$ den Laststrom in seinem Stromverlauf verfolgen und erkennen, dass der dieser stets in gleicher Richtung durch den Lastwiderstand $R$ fließt.
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[include:applet_gleichrichter_2]
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Am Lastwiderstand $R_L$ liegt eine pulsierende Gleichspannung (DC) an, die aus aufeinanderfolgenden positiven sinusförmigen Halbwellen besteht. Ihre Frequenz beträgt $f=\qty{100}{\hertz}$, da beim Brückengleichrichter auch die negative Halbwelle in den positiven Bereich gespiegelt wird und sich so die Netzfrequenz von $\qty{50}{\hertz}$ verdoppelt.
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[photo:296: Brückengleichrichter Bauformen: Bauformen von Brückengleichrichtern]
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Die Beschriftung der Anschlüsse ist zu beachten.
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1. Hochstrom-Brückengleichrichter 26 MB 20 A ($\qty{200}{\volt}$, $\qty{25}{\ampere}$) im Metallgehäuse zur direkten Montage auf einem Kühlkörper
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2. B80 C 5000/3300 bedeutet: maximal $\qty{80}{\volt}$ Betriebsspannung, C kapazitive Last max. $\qty{2500}{\micro\farad}$ mit Schutzwiderstand $R = \qty{1}{\ohm}$, maximaler Dauerlaststrom: $\qty{5000}{\milli\ampere}$ mit Kühlkörper, $\qty{3300}{\milli\ampere}$ ohne Kühlkörper
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3. BY 225 Brückengleichrichter - besonderes Gehäuse
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4. runde Bauform eines Brückengleichrichters B 80 C 1000
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5. B40 C 1500 - die veränderte Anschlussfolge ist zu beachten
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6. FPU 4M ($\qty{1000}{\volt}$, $\qty{4}{\ampere}$)
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7. im Kunststoff eingeprägte Anschlussfolge
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[picture:67:a_brueckenlgeichrichter_2:Anordnung der Dioden im Brückengleichrichter]
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Beim Brückengleichrichter zeigen die Dioden mit ihren Kathoden zum Pluspol hin und die Anoden zum Minuspol. Man kann sich also merken: Die "Striche" der Dioden treffen sich am Plusausgang. Diese Anordnung darf nicht mit einem Diodenringmischer verwechselt werden, welchen wir noch später kennenlernen werden.
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</tip>
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[question:AD305]
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% TODO Frage 1180 ggf. bei Restwelligkeit behandeln
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Wenn man nach dem Brückengleichrichter einen Ladekondensator $C_L$ und ein LC-Siebglied (vgl. Abbildung [ref:a_netzteil_Ucs] verbaut, erreicht man damit eine kleinere Amplitude in der pulsierenden Ausgangsgleichspannung. Somit haben wir ein konventionelles Netzteil.
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% TODO Schaltungsbild einfügen
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[picture:66:a_netzteil_Ucs:Gleichrichterschaltung mit Siebung]
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Um jetzt die Spannung am Siebkondensator $C_S$ zu bestimmen, sollten wir wissen, dass die Kondensatoren sich auf die Spitzenspannung $\hat{U}$ der Sekundärspannung $U_{\mathrm{sek}}$ des Trafos aufladen.
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Auch beim Brückengleichrichter lädt sich der Kondensator auf die Spitzenspannung $\hat{U}$ der Sekundärspannung $U_{\mathrm{sek}}$ des Trafos auf.
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$\hat{U}=U_{\mathrm{eff}}\cdot\sqrt{2}$
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Weiterhin müssen wir beachten, ob der Trafo ein Übersetzungsverhältnis $ü$ aufweist. In unserem Beispiel hat der Trafo $ü = \frac{8}{1}$ und somit können wir mit der Formel $\frac{8}{1} = \frac{U_{\mathrm{prim}}}{U_{\mathrm{sek}}}$ nach $U_{\mathrm{sek}}$ umstellen. Wir kommen somit auf folgende Gleichung:
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$U_{\mathrm{sek}} = \frac{U_{\mathrm{prim}}}{8} = \frac{U_{\mathrm{eff}} \cdot \sqrt{2}}{8} = \frac{\qty{230}{\volt} \cdot 1,414}{8} = \frac{\qty{325,22}{\volt}}{8} = \qty{40,65}{\volt}$
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% Anmerkung DC4LW 2024-05-29: Muss die Diodenspannung nicht auch noch von $U_{\mathrm{sek}}$ abgezogen werden? Ergänzung: Habe erfahren, dass bei Leerlauf die Diodenspannung vernachlässigt werden kann.
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Weiterhin müssen wir beachten, ob der Trafo ein Übersetzungsverhältnis $ü$ aufweist. Mit diesem Wissen können wir die folgende Aufgabe lösen.
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[question:AD306]
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<indepth>
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[photo:296: Brückengleichrichter Bauformen: Bauformen von Brückengleichrichtern]
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Die Beschriftung der Anschlüsse ist zu beachten.
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1. Hochstrom-Brückengleichrichter 26 MB 20 A ($\qty{200}{\volt}$, $\qty{25}{\ampere}$) im Metallgehäuse zur direkten Montage auf einem Kühlkörper
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2. B80 C 5000/3300 bedeutet: maximal $\qty{80}{\volt}$ Betriebsspannung, C kapazitive Last max. $\qty{2500}{\micro\farad}$ mit Schutzwiderstand $R = \qty{1}{\ohm}$, maximaler Dauerlaststrom: $\qty{5000}{\milli\ampere}$ mit Kühlkörper, $\qty{3300}{\milli\ampere}$ ohne Kühlkörper
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3. BY 225 Brückengleichrichter - besonderes Gehäuse
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4. runde Bauform eines Brückengleichrichters B 80 C 1000
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5. B40 C 1500 - die veränderte Anschlussfolge ist zu beachten
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6. FPU 4M ($\qty{1000}{\volt}$, $\qty{4}{\ampere}$)
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7. im Kunststoff eingeprägte Anschlussfolge
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@@ -1,21 +1,29 @@
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An Stelle eines Brückengleichrichters, kann auch mit zwei Dioden und einem Transformator mit Mittelanzapfung eine Vollweggleichrichtung erreicht werden.
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Die Abbildung [ref:a_vollweggleichrichter] zeigt einen solchen sogenannten Vollweggleichrichter.
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[picture:946:Vollwegleichrichter D1 D2:Vollweggleichrichtung mit zwei Dioden]
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[picture:946:a_vollweggleichrichter:Vollweggleichrichtung mit zwei Dioden]
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Das nebenstehende Applet [ref:a_vollweggleichrichter] zeigt einen solchen sogenannten Vollweggleichrichter.
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[include:applet_gleichrichter_1]
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Zum Verständnis der Funktion muss die positive und negative Halbwelle getrennt betrachtet werden. Liegt an der oberen Wicklung eine positive Halbwelle gegenüber der Mittelanzapfung an der Anode der Diode $D_1$ an, dann leitet nur diese Diode und leitet die Halbwelle auf den Ausgang, der mit + bezeichnet ist, weiter. An der Diode $D_2$ liegt zu diesem Zeitpunkt eine negative Halbwelle an der Anode gegenüber der Mittelanzapfung an. Diese Diode bleibt bei dieser Halbwelle gesperrt.
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Bei der nächsten Halbwelle ist die Diode $D_1$ gesperrt und die Diode $D_2$ leitet, da nun dort eine positive Halbwelle gegenüber der Trafomittelanzapfung anliegt. Am Gleichspannungsausgang erscheinen nun zwei Halbwellen, aber immer in positiver Richtung gegenüber der Mittelanzapfung. Die Mittelanzapfung bildet den Minuspol der Ausgangsgleichspannung.
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[include:applet_gleichrichter_1]
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Bei der nächsten Halbwelle ist die Diode $D_1$ gesperrt und die Diode $D_2$ leitet, da nun dort eine positive Halbwelle gegenüber der Trafomittelanzapfung anliegt. Am Gleichspannungsausgang erscheinen nun zwei Halbwellen, aber immer in positiver Richtung gegenüber der Mittelanzapfung. Die Mittelanzapfung bildet den Minuspol der Ausgangsgleichspannung.
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<tip>
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Die beiden Kathoden der Dioden liegen zusammen am Pluspol der Ausgangsspannung.
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Gleiche Eselsbrücke wie beim Brückengleichrichter: Die beiden Kathoden der Dioden liegen zusammen am Pluspol der Ausgangsspannung.
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</tip>
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[question:AD307]
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@@ -24,8 +32,8 @@ Wenn zwei Anoden gemeinsam an einem Ausgangspol angeschlossen sind, dann wird do
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[question:AD308]
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Würde man die pulsierende Gleichspannung über einen Spannungsteiler in einen Verstärker mit Lautsprecher einspeisen, dann könnte man einen $\qty{100}{\hertz}$ Brummton hören.
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Gegenüber der $\qty{50}{\hertz}$ Sinusschwingung mit einer Periodendauer von $\qty{20}{\milli\second}$, enthält die pulsierende Gleichspannung prinzipiell 2 Schwingungen in der Zeit von $\qty{20}{\milli\second}$. Daraus lassen sich die $\qty{100}{\hertz}$ berechnen.
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%todo $\qty{50}{\hertz}$ und $\qty{100}{\hertz}$ durch anklicken hörbar
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Wie schon beim Brückengleichrichter, liegt beim Vollweggleichrichter am Lastwiderstand $R_L$ eine pulsierende Gleichspannung (DC) an, die aus aufeinanderfolgenden positiven sinusförmigen Halbwellen besteht. Ihre Frequenz beträgt $f=\qty{100}{\hertz}$, da auch die negative Halbwelle in den positiven Bereich gespiegelt wird und sich so die Netzfrequenz von $\qty{50}{\hertz}$ verdoppelt. Würde man diese pulsierende Gleichspannung über einen Spannungsteiler in einen Verstärker mit Lautsprecher einspeisen, dann könnte man einen $\qty{100}{\hertz}$ Brummton hören.
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%TODO $\qty{50}{\hertz}$ und $\qty{100}{\hertz}$ durch anklicken hörbar
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[question:AD310]
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