Gleichrichtung mit einem Brückengleichrichter

 In dem Projekt wird für die Gleichrichtung der Wechselspannung ein Brückengleichrichter verwendet. Ein Brückengleichrichter verwandelt eine Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung, indem er die negative Halbwelle der Wechselspannung invertiert.

Abb.1: Normalschaltung eines Brückengleichrichters

 

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, dass sich die Frequenz verdoppelt.

 

Abbi.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 benötigt, muss die pulsierende Gleichspannung geglättet werden. Hierzu benutzt man einen Kondensator. Dieser Glättungskondensator muss eine gewisse Mindestgröße haben, die abhängig 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.

Abb.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.