Gliederung:
Ein Kondensator als Filter
Vollweggleichrichter
Unterschied zwischen Mittelabgriff und Brückengleichrichter
Abschluss
Ein Kondensator als Filter
Ein Kondensator ist ein reaktives Gerät, dessen Reaktanz je nach angelegter Frequenz variiert. Das bedeutet, dass die Wirkung des Kondensators auf das Signal von der Frequenz abhängt. Da die Filter auch die Frequenzen stark beeinflussen, wird bei Filtern ein Kondensator verwendet. Darüber hinaus handelt es sich bei den Kondensatoren um passive Komponenten, da sie zum Betrieb keine Energie benötigen und daher in den passiven Filterkreisen verwendet werden.
Normalerweise wird ein Kondensator zu einem offenen Stromkreis, wenn er vollständig geladen ist, und normalerweise ist die Reaktanz bei einer höheren Frequenz niedrig, sodass der Kondensator als Kurzschluss fungiert und die Hochfrequenz durchlässt. Wenn andererseits die Frequenz niedrig ist, ist die Reaktanz des Kondensators hoch, was den Durchgang der niedrigen Frequenz erschwert. Die Wellen und andere Spannungsspitzen haben meist eine recht niedrige Frequenz, weshalb sie vom Kondensator blockiert werden.
Vollweggleichrichter
Wie oben erwähnt, ist der Gleichrichter eine Schaltung, die die Wechselstromversorgung mithilfe von Dioden in Gleichstrom umwandelt. Die Gleichrichtungsschaltung kann auf zwei Arten gestaltet werden: zum einen durch die Verwendung von zwei Dioden und zum anderen durch die Herstellung einer Brücke aus vier Dioden.
Vollweggleichrichter mit Mittelabgriff
Die Vollweg-Gleichrichterschaltung mit zwei Dioden erfordert einen Transformator. Hier ist die Schaltung für die Vollweg-Gleichrichterschaltung mit zwei Dioden:
Die Dioden sind über die Last R geschaltet L und wenn der Punkt A gegenüber Punkt C positive Polarität hat, dann die Diode D 1 wird sich so verhalten, wie es in Vorwärtsrichtung sein wird. Wenn jedoch Punkt B in Bezug auf Punkt C auf positivem Potenzial liegt, dann gilt Diode D 2 ermöglicht den Stromfluss, und so funktioniert der Vollweggleichrichter. Aufgrund dieses Verhaltens wird die negative Hälfte der Wechselstromversorgung begrenzt und am Ausgang wird eine reine Gleichstromwellenform erzeugt.
Mit anderen Worten: Die erste Diode leitet in der positiven Halbwelle der Wechselstromversorgung und die zweite Diode befindet sich im Sperrzustand. In der negativen Halbwelle hingegen leitet die zweite Diode und die erste bleibt in Sperrichtung vorgespannt.
Vollweggleichrichter mit Kondensatorfilter
Der vom Vollweggleichrichter empfangene Gleichstrom enthält immer noch einige Wellen, die die Qualität des Signals beeinträchtigen. Um diese Welligkeiten herauszufiltern, wird daher üblicherweise ein Kondensator verwendet, der parallel zur angeschlossenen Last geschaltet wird. Jetzt wird die Stromversorgung eingeschaltet und der Kondensator beginnt sich aufzuladen, wenn die Diode D 1 ist in Vorwärtsrichtung, also in der positiven Halbwelle. In der negativen Halbwelle beginnt der Kondensator zu entladen, ist jedoch nicht vollständig entladen.
Der Ausgang des Gleichrichters hat sowohl Wechsel- als auch Gleichstromanteile und wie wir wissen, blockieren die Kondensatoren den Gleichstrom. Alle Wechselstromkomponenten im Gleichrichterausgang passieren also den Kondensator und hinterlassen ein reines Gleichstromsignal für die Last:
Die endgültige Wellenform für den Gleichrichterausgang mit dem Kondensator ist:
Vollwellen-Brückengleichrichter
Der Vollweg-Brückengleichrichter besteht aus vier Dioden, die in Brückenform angeordnet sind. Allerdings ist kein Mittelanzapfungstransformator erforderlich, was ihn im Vergleich zum anderen Typ kostengünstiger macht. Der Ausgang des Brückengleichrichters ist fast derselbe wie der des Vollweggleichrichters mit Mittelabgriff. Die Schaltung des Vollwegbrückengleichrichters ist unten angegeben:
Hier sind die Dioden miteinander in Reihe geschaltet und die beiden Dioden leiten während jeder Halbwelle, in der positiven Halbwelle leiten die Dioden D 1 und D 2 wird in Durchlassrichtung vorgespannt sein und die anderen beiden werden sich in einem nichtleitenden Zustand befinden. Allerdings sind in der negativen Halbwelle die anderen beiden Dioden D 3 und D 4 wird in Vorwärtsrichtung sein.
Der Vollweg-Brückengleichrichter weist im Vergleich zum Vollweggleichrichter mit Mittelabgrifftransformator einen höheren Spannungsabfall auf, da sich für jeden Zyklus zwei Dioden im leitenden Zustand befinden. Darüber hinaus ist die Spitzensperrspannung des Brückengleichrichters gleich der Spannung im Transformator auf der Sekundärseite und kann daher in Hochspannungsanwendungen eingesetzt werden. Da die Funktionsweise beider Arten von Gleichrichterschaltungen gleich ist, ist die Ausgangswellenform dieselbe.
Brückengleichrichter mit Kondensatorfilter
Wie beim Vollweggleichrichter des Transformators mit Mittelanzapfung ist der Kondensator im Brückengleichrichter parallel zur Last geschaltet. Dieser Kondensator wird auch als Glättungskondensator bezeichnet, da er den Gleichstrom blockiert und den Wechselstromanteil des Signals durchlässt:
Die Funktion des Kondensatorfilters in einem Brückengleichrichter ist die gleiche wie die eines Vollweggleichrichters mit Mittenanzapfung, und der Welligkeitsfaktor ist für beide Typen gleich. Daher ist die Wellenform dieselbe, sobald der Glättungskondensator an den Brückengleichrichter angeschlossen wird. Es ist zu beachten, dass bei Auswahl eines Kondensators mit höherer Kapazität der Welligkeitsfaktor weiter verringert wird, die Entladespannung jedoch erhöht wird.
Unterschied zwischen Vollweggleichrichter mit Mittelanzapfung und Brückengleichrichter
Obwohl beide Schaltkreise auf die gleiche Weise funktionieren und dennoch ähnliche Ausgänge erzeugen, gibt es einige geringfügige Unterschiede zwischen den beiden:
| Gleichrichterparameter | Brückengleichrichter | Center-Tap-Vollweggleichrichter |
| Spitzeninversspannung | PIV=V M | PIV = 2V M |
| Transformatorauslastungsfaktor | 0,812 | 0,693 |
| An der Diode fällt die Spannung ab | Hoch | Niedrig |
| Mittenklopfen | Nicht benötigt | Erforderlich |
| KVA-Wert des Transformators | Niedrig | Hoch |
| Welligkeitsfaktor | 0,48 | 0,48 |
Abschluss
Kondensatoren sind passive Ladungsspeichergeräte, die für verschiedene Anwendungen verwendet werden, darunter die Filterung von Transienten am Ausgang der Schaltkreise. In Gleichrichterschaltungen wird der Kondensator zum Herausfiltern der Welligkeiten in ihrem Ausgang verwendet, die kurz gesagt die Wechselstromkomponenten sind. Da die Kondensatoren immer den Gleichstrom blockieren, wird nur der Wechselstromanteil durchgelassen, der dann zur Erde gelangt.
Der Vollweggleichrichter ist weiter in zwei Typen unterteilt: Der eine verfügt über einen Transformator mit Mittelanzapfung, der andere über eine Brücke aus vier Dioden. Der Kondensator mit beiden Vollwellengleichrichterschaltungen verhält sich also gleich.