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Ein Vogel

Nachdem wir im letzten Kapitel den Weg des Stroms bis zur Steckdose verfolgt haben, wollen wir in diesem Kapitel noch etwas weitergehen. Von der Steckdose bis zu einer von uns gebauten Schaltung ist es auch noch ein zwar relativ kurzes, aber dennoch interessantes Wegstück.

Wobei wir auch noch zwei neue Bauteile kennenlernen werden. Die Diode (links) und den Kondensator (rechts).

Von der Steckdose bis zum Trafo führt das sogenannte Netzkabel. Irgendwo auf diesem Weg ist meistens noch eine Sicherung eingebaut, damit im Kurzschlußfall kein größerer Schaden entstehen kann. An der Primärspule des Trafos liegen damit die 230V Wechselspannung unseres Stromnetzes an. Der Trafo erzeugt daraus (an der Sekundärspule) eine Nieder- oder Kleinspannung, deren Höhe von dem jeweiligen Gerät abhängt. Nehmen wir mal an, das es sich dabei um eine Spannung von 12V handelt.

Diese Spannung ist aber nach wie vor eine Wechselspannung, wie wir das in "Window1" sehen können:

Für die meisten elektronischen Schaltungen benötigt man aber eine Gleichspannung. Es muß also einen Weg geben, wie wir aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung machen können. Und den gibt es in Form eines elektronischen Bauteils: der Diode. Eine Diode leitet den Strom nur in eine Richtung, von der Anode zur Kathode. In die andere Richtung sperrt die Diode den Stromfluß (schaut euch dazu bitte auch die Bauteilseite an).

Schalten wir nun solch eine Diode hinter den Trafo:

Damit haben wir nur noch den positiven Teil der Wechselspannungs-Schwingungen. Die negativen werden von der Diode gesperrt (abgeschnitten). Das führt bei der relativ niedrigen Netzfrequenz zu zeitlich recht großen Zwischenräumen und würde einen größeren Glättungskondensator (siehe unten) nötig machen. Außerdem verschenkt man die Hälfte der zur Verfügung stehenden Leistung. Diesen unerwünschten Effekt kann man umgehen, indem man 4 Dioden zu einer bestimmten Anordnung zusammenschaltet...

Bei dieser Anordnung der Dioden leiten, während jeder Halbwelle, jeweils 2 Dioden abwechselnd, so wie es die Animation zeigt. Nur, daß das Ganze viel schneller passiert, nämlich 50 mal in der Sekunde. Auf diese Weise gelangt der Pluspol jeder Halbwelle auf den Ausgangs-Pluspol, was dazu führt, daß die vorher negativen Halbwellen "nach oben geklappt" werden, wie man im "Window3" sehr gut sehen kann.

Diese Brückenschaltung (oder auch Graetzschaltung genannt) der Dioden findet man sehr häufig in Schaltplänen.

Wie in "Window3" zu sehen, haben wir jetzt zwar eine Gleichspannung aber die Amplitude ist keineswegs immer gleich groß. Man kann deutlich das pulsieren der Spannung sehen. Wir müssen also zusätzlich noch etwas tun, um die "Spannungstäler" auszufüllen. Dazu schalten wir der Spannungsquelle einen (Elektrolyt-)Kondensator parallel. Ein Kondensator dient als Energiespeicher, er kann elektrische Energie kurzzeitig speichern und bei Bedarf wieder abgeben (auch dazu gibt es eine Bauteilseite). Dieser Kondensator wird während der "Spannungsberge" aufgeladen und liefert in den "Spannungstälern" den Strom für die angeschlossene Schaltung. Als Faustformel kann man davon ausgehen, daß pro 1Ampere Ausgangsstrom etwa 1000mikroFarad an Kondensatorkapazität zur Verfügung gestellt werden sollte. Im Schaltplan sieht das dann so aus...

Mit Hilfe dieser Bauteile haben wir es geschafft aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung zu erzeugen. Doch zum Abschluß dieses Kapitels fehlt uns noch die Höhe der Gleichspannung. Vielleicht erinnert ihr euch noch an das Kapitel über die Wechselspannung. Dort erzählte ich euch, daß man bei der Wechselspannung meistens die Effektivspannung angibt. So auch in diesem Fall. Ganz oben hatten wir 12 Volt Wechselspannung. Der Elektrolytkondensator wird aber bis zur Spitzenspannung aufgeladen, was zur Folge hat, das die Gleichspannung nun diesen höheren Wert aufweist.

Die Spitzenspannung errechnet sich wie folgt:


Um nun ein ganz korrektes Ergebnis zu erhalten müssen wir noch die Diodendurchlaßspannung (Spannungsabfall an der Diode) abziehen. Bei einem Brückengleichrichter leiten immer zwei Dioden gleichzeitig, so daß man diese Durchlaßspannung (2 x 0.7 Volt) auch zweimal berücksichtigen muß.

 

 

 




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