Arbeitsaufgaben zum Projekt „Universal-Netzteil“

Hendrik Lüth
16.05.2013
Arbeitsaufgaben zum Projekt „Universal-Netzteil“
Gleichrichtungsarten:
In dem Projekt wird für die Gleichrichtung der Wechselspannung ein Brückengleichrichter
verwendet. Ein Brückengleichrichter verwandelt eine Wechselspannung in eine pulsierende
Gleichspannung, indem er eine der beiden Halbwellen der Wechselspannung invertiert.
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Abbildung 1 : Normalschaltung eines Brückengleichrichers
Bei der positiven Halbwelle fließt der Strom, von dem oberen Anschluss in Abbildung 1 kommend,
durch die Diode D1 in die Schaltung und von dort durch die Diode D2 zurück in die
Wechselspannungsquelle. Bei einer negativen Halbwelle fließt der Strom von dem unteren Anschluss
her kommend durch die Diode D3 in die Schaltung und von dort wieder durch die Diode D4 zurück in
die Wechselspannungsquelle. Man kann also sagen, dass die negative Halbwelle über die X-Achse
gespiegelt wird. Des Weiteren ist zu beachten, das sich die Frequenz verdoppelt.
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Abbildung 2 : Spannungsverlauf vor (blau & blau-gepunktet) und nach dem Gleichrichten (blau & rot-gepunktet)
Da man aber in den meisten Fällen keine pulsierende, sondern eine konstante Gleichspannung
benötig, muss die Pulsierende Gleichspannung geglättet werden. Hierzu benutzt man einen
Kondensator. Dieser Glättungskondensator muss eine gewisse Mindestgröße haben, die abhängig
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E.A.G.L.E 6.3.0, CadSoft 1988-2012
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16.05.2013
von der Spannung, dem Strom und der nachfolgenden Beschaltung ist. Hierfür kann man grob
folgende Formel aufstellen:
(√
)
Die Kapazität (C) des Kondensators ergibt sich also aus dem Ausgangsstrom, multipliziert mit
der Periodendauer der Wechselspannung (T) geteilt durch die Ausgangsspannung des
Gleichrichters mal die Wurzel aus zwei, von der allerdings die benötigte Spannung möglicher
Verbraucher und die Durchlassspannung der Gleichrichterdioden abgezogen werden
müssen.
Die Durchlassspannung einer normalen Diode beträgt ungefähr 0,7V, somit müssen wir für
UGleichr 1,4V einberechnen, da der Strom immer zwei Dioden passieren muss.
Das Ergebnis dieser Rechnung wird großzügig auf den nächsten handelsüblichen Wert
aufgerundet. Wichtig ist auch, dass der Kondensator für die auftretenden Spannungen
gebaut ist, damit er nicht zerstört wird, bzw. eine höhere Lebensdauer hat.
Die Periodendauer der Wechselspannung ergibt sich wie folgt:
Somit ergibt sich beispielsweise bei einer Frequenz von 50Hz eine Periodendauer von 0,02 Sekunden.
Da sich aber durch die Gleichrichtung die Frequenz verdoppelt hat und diese sich anti-proportional
zur Periodendauer verhält, kann man die Periodendauer einfach halbieren und erhält bei unserem
Beispiel eine Periodendauer von T=0,01s.
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Abbildung 3 :Spannungsverlauf mit (rote Linie ) und ohne (gestrichelte Linie) Glättungskondensator
Durch das Hinzufügen eines Glättungskondensators der entsprechenden Größe steigt die messbare
Spannung um den Faktor Wurzel Zwei, da der Glättungskondensator sich auf die Spitzenspannung
der pulsierenden Gleichspannung auflädt. Diese ist um Wurzel Zwei größer als der Effektivwert der
pulsierenden Gleichspannung.
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