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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gleichrichter mit Glättung


Autor: Paul E. (gamd)
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Hey zusammen,

ich habe im Anhang wieder einen kleine Aufgabe und möchte dazu das 
Simulieren mit LTSpice üben.

Erstmal zur allgemeinen Funktion dieser Schaltung:

Ue ist mein Eingangssignal mit pos. und neg. Halbwelle. Bei einer pos. 
Halbwelle wird der Kondensator geladen und bei einer neg. Halbwelle 
entladen, wegen der umgekehrten Polarität am Kondensator.

Aber anscheinend lädt sich der Kondensator zweimal innerhalb einer 
ganzen Periode auf. Warum ist das so?

Ich habe mir hierzu das durchgelesen: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%A4ttungskondensator

Anscheinend wird einfach die ohne Kondensator entstehende 
gleichgerichtete Spannung "geglättet", wie im Bild rechts zu sehen.

D.h. im Prinzip entlädt sich der Kondensator, wenn die gleichgerichtete 
Spannung abfällt und lädt sich auf, wenn diese steigt.

LG
Paul

: Bearbeitet durch User
Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Paul E. schrieb:
> Ue ist mein Eingangssignal mit pos. und neg. Halbwelle. Bei einer pos.
> Halbwelle wird der Kondensator geladen und bei einer neg. Halbwelle
> entladen, wegen der umgekehrten Polarität am Kondensator.

Das ist falsch. Du hast einen Brückengleichrichter, da kommt bei beiden 
Halbwellen eine positive Spannung raus: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter#Br.C3....

Wenn Du nur eine Diode verwenden würdest, dann wäre das so.

> Aber anscheinend lädt sich der Kondensator zweimal innerhalb einer
> ganzen Periode auf. Warum ist das so?

siehe oben...

Autor: Mark W. (kram) Benutzerseite
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Paul E. schrieb:
>
> Aber anscheinend lädt sich der Kondensator zweimal innerhalb einer
> ganzen Periode auf. Warum ist das so?
>
Am Besten sieht man es, wenn man die Stroeme einzeichnet, jeweils fuer 
die positive und negative Halbwelle. Dann wird es klarer.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Paul E. schrieb:

> Anscheinend wird einfach die ohne Kondensator entstehende
> gleichgerichtete Spannung "geglättet", wie im Bild rechts zu sehen.

Die entstehende Brummspannung kann man übrigens zumindest
überschlägig errechnen, wenn man weiss, das die Einheit für
die Kapazität Amperesekunden pro Volt lautet.

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Aber anscheinend lädt sich der Kondensator zweimal innerhalb
> einer ganzen Periode auf. Warum ist das so?

Die Wechselspannung hat 50x pro Sekunde ein positives Maximum und 50x 
pro Sekunde ein negatives Maximum.

Durch die Gleichrichtung werden die negativen "Höcker" nach oben 
geklappt, so dass du nun 100 positive Höcker erhälst.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/292921/...

> entlädt sich der Kondensator, wenn die gleichgerichtete
> Spannung abfällt und lädt sich auf, wenn diese steigt.

Das ist richtig. Es ist nützlich, sich dazu die folgende pi-mal-daumen 
Regel zu merken:

Ein 1000µF fällt in den Lücken bei 1 Ampere um 1V ab.

Je höher der Laststrom ist, umso stärker der Spannungsabfall. Dem kann 
man durch größere Kondensatoren entgegen wirken.

Und noch eine nützliche pi-mal-daumen Regel: Wenn du hinten dauerhaft 1A 
raus holen willst, dann brauchst du einen Transformator, der für 2A 
ausgelegt ist.

: Bearbeitet durch User
Autor: U. B. (pasewalker)
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Bekannte Aufgabenstellung.
Leider nicht "geschlossen lösbar" ...   ;-)

Autor: U. B. (pasewalker)
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> Ein 1000µF fällt in den Lücken bei 1 Ampere um 1V ab.

Bei gegen null gehender Nachladezeit wären es 10V,
in der Praxis sind es z.B. 8 V.

Autor: Stefan Us (stefanus)
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Oh misst. Sorry.

U.B. hat Recht, ich habe eine Null zu wenig hingeschrieben.

Autor: Paul E. (gamd)
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Danke für die vielen Antworten!

Ich habe es nun geschafft im LTSpice einen Plot hinzubekommen und dabei 
ist mir aufgefallen, dass mit einem Lastwiderstand es viel besser klappt 
eine Brummspannung zu haben, wie ohne Last.

Jedoch ist in der Aufgabenstellung keine Last eingezeichnet. Ohne Last 
bekomme ich fast nur eine waagrechte Linie als Ua, aber mit Last eben 
ein schwingendes Ua, dessen "Spitze-Spitze" Brummspannung U_B lautet.

---

Berechnung von U_B = (delta Q) / C = (I * T) / C wobei die Periodendauer 
ist, d.h. T = 1/f und I = U/R.

Also: U_B = (U_e - 1,2V)/R * 1/f * 1/C

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob das Abziehen von 1,2V Sinn macht, aber 
da ja 0,6V pro Diode abfallen, denke ich shcon.

Stimmt der Rest der Fomel?

Autor: jz23 (Gast)
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Paul E. schrieb:
> Ich habe es nun geschafft im LTSpice einen Plot hinzubekommen und dabei
> ist mir aufgefallen, dass mit einem Lastwiderstand es viel besser klappt
> eine Brummspannung zu haben, wie ohne Last.

Nein - Doch - *Oh!*

Deine "Brummspannung" kommt ja daher, dass der Kondensator sich entlädt 
- wie soll das gehen ohne Last?

Autor: Mani W. (e-doc)
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Paul E. schrieb:
> ich habe im Anhang wieder einen kleine Aufgabe und möchte dazu das
> Simulieren mit LTSpice üben.

Mir gefällt immer wieder das Wort "möchte"...

Autor: Paul E. (gamd)
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Ergibt Sinn, danke.

So lautet die richtige Formel, da der Kondensator sich ja mit der 
doppelten Frequenz der Eingangsspannung immer wieder entlädt:

U_B = (Û_e - 1,2V)/R * 1/2f * 1/C

C soll so dimensioniert werden, sodass U_B <= 5V bleibt.

gewählt: Û_e = 11,2V mit f=50Hz und R=1kOhm
gesucht: C=?

--> C >= 2µF, sodass U_B unter 5V bleibt. Mein Laststrom habe ich dann 
bei 10mA. Also auch unter 1A.

Also sollte das soweit passen. Aber warum ist die höher der 
Brummspannung nicht bei 10V, wenn ich Û_e = 11,2V wähle? Denn es gilt ja 
Û_a = Û_e - 1,2V

Autor: TomA (Gast)
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Hallo Paul,

ich hatte da etwas für den Netzteilthread hier vorbereitet, nachdem 
dieser sich scheinbar totgelaufen hat wird die Beschreibung dort nicht 
mehr benötigt.
Das Kapitel über die Eingangsstufen (Trafo,Gleichrichter,Elko) ist 
bereits fertig, aber noch in einer rohen Fassung. Es richtet sich an 
Einsteiger und der Schwerpunkt sind keine Formeln, sondern die 
Simulation.

Ich hoffe es kann Dir und Anderen etwas helfen.

Gruss und viel Erfolg. Tom

Autor: Elektrofan (Gast)
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>  --> C >= 2µF, sodass U_B unter 5V bleibt. Mein Laststrom habe ich dann
>  bei 10mA.

Die Brummmspannung beträgt etwas weniger als 10V
bei 1000µF und (konstanten) 1A (s.o.).

Bei 2µF und 0,01A sind es dann etwas weniger als:

10V * 1000µF/2µF * 0,01A/1A = 50V

Autor: DHTE (Gast)
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Paul E. schrieb:
> Ue ist mein Eingangssignal mit pos. und neg. Halbwelle. Bei einer pos.
> Halbwelle wird der Kondensator geladen und bei einer neg. Halbwelle
> entladen, wegen der umgekehrten Polarität am Kondensator.

Falsch.

Der Kondensator wird aufgeladen, wenn die Kondensatorspannung kleiner 
als die Ausgangsspannung des Gleichrichters wird. Entsprechend wird der 
Kondenstaor von der Last entladen, wenn die Kondenstaorspannung größer 
als die Ausgangsspannung des Gleichrichters ist. Dadurch wird der 
Kondensator impulsartig geladen, was einen impulsartigen Trafostrom zur 
zur Folge hat. Dadruch entstehen Oberschwingungen, die das Netz unnötig 
belasten. Deswegen werden solche Netzteile i.d.R. schon lange nicht mehr 
verwendet. (Sichworte: Schaltnetzteil, PFC).

Wird das Netzteil ohne Last betrieben, erhält man eine ideale 
Gleichspannung, weill der Kondensator nur einmal aufgeladen und nie 
entladen. Deswegen verläuf hier der Trafostrom nicht impulsartig sondern 
beträgt Null. Wie soll da bitte die Ausgangsspannung einen Brummanteil 
haben?

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