Hallo,
in folgendem Video ist die Villard-Schaltung dargestellt:
https://www.youtube.com/watch?v=Xa76YGKsmgY
Mir leuchtet ein, dass sich bei einer negativen Halbwelle der
Kondensator lädt. Mir leuchtet auch ein, dass er sich durch die Diode
nicht entladen kann. Was mir nicht einleuchtet, und da scheine ich ein
fundamental falsches Verständnis von Kondensatoren zu haben:
Wie kann es sein, dass wenn an der linken Kondensatorplatte +10V
anliegen (positive Halbwelle) und der Kondensator auf der rechten Seite
auf +10V geladen ist (negative Halbwelle ist gerade vorbei), sich auf
der rechten Seite +20V ergeben. Ein Kondensator kann doch nicht auf
beiden Platten eine positive Ladung haben?
Auch verstehe ich nicht, wie im Video überhaupt bei der ersten positiven
Halbwelle, am Ausgang 10V anliegen können. Es fließt doch kein Strom
durch die Diode, da sie dann in Sperrichtung ist. Wie ergeben sich also
die 10V am Ausgang? Hätte man dann nicht auch auf der linken Seite einen
Elektronenmangel (eben die 10V) und damit auf der rechten Seite einen
Elektronenüberschuss (durch das elektrische Feld zwischen den Platten).
Dann wäre doch die Spannung auf der rechten seite durch den
Elektronenüberschuss negativ?
Ich dreh noch durch, das kann doch nicht so schwer sein.
Danke für eure Hilfe!
Der Kondensator weiss gar nicht, welches Potential an seiner
linken Platte anliegt.
Er kennt nur die Differenz zwischen rechter und linker Platte (10 Volt),
und die ändert sich nur sehr langsam.
Wenn sich das Potential auf der linken Platte um 7 Volt anhebt,
dann hebt sich auch das Potential auf der rechten Platte an,
und hat damit 10 + 7 = 17 Volt.
Der Kondensator ist praktisch eine Spannungsquelle, die auf dem
Potential der linken Platte schwimmt.
Marko schrieb:> Ein Kondensator kann doch nicht auf beiden Platten eine positive> Ladung haben?
Warum nicht? Man kann jeden [isolierten] Körper elektrisch aufladen,
auch einen Kondensator. Verbinde die 'Platten' und 'pumpe' Elektronen
rein oder raus. Dann ist der ganze Kondensator geladen.
Zum Verständnis der Schaltung würde ich nicht über die Elektronen
nachdenken. Die obere Platte ist 10 V höher geladen als die untere
Platte. Wenn die untere auf 0 V liegt, liegt die obere auf 10 V. Wenn
die untere auf 10 V liegt, liegt die obere auf 20 V.
Die Ausdrücke (Platte, pumpen) sind etwas flapsig und genaugenommen
müsste man noch zwischen Spannung und Potential unterscheiden.
Günter Lenz schrieb:> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0604161.htm
Dort steht allerdings etwas, das zwar die richtige Richtung andeutet,
aber doch nicht ganz korrekt ist.
"Hinweis: Die Eingangsspannung ist eine Wechselspannung, die
Ausgangsspannung ist in der Regel eine Gleichspannung. Wird eine
Spannungsverdopplerschaltung belastet, ist die Ausgangsspannung nicht
mehr stabil. Die Gleichspannung verändert sich zu einer Mischspannung
mit hoher Restwelligkeit. Diese Ausgangsspannung eignet sich in der
Regel nicht für die Stromversorgung."
Tatsächlich ist es ja eher eine Platz- und Dimensionierungsfrage, wie
stabil (bzw. belastbar) die Ausgangsspannung ist.
Wenn der Trafo dazu ausreicht, und man ausreichend hohe Kapazität sowie
belastbare Dioden ins Spiel bringt (auch die Anschluß-Leitungen mit
beachtet), könnte man - grundsätzlich - jede Art der Gleichrichtung für
jede Art Last benutzen.
Es ist nur so, daß man "in der Regel" die effizienteren
Gleichrichter-Schaltungen den uneffizienteren vorzieht, genaugenommen.
Das Verhältnis von Aufwand zu Nutzen ist z.B. am allergünstigsten bei
der Graetz-Schaltung.
Die sogenannte Bauleistung ist hier das Stichwort.
https://www.google.de/search?num=30&ei=19HvW9_2N47WwALazKHYBg&q=Leistungselektronik+Bauleistung&oq=Leistungselektronik+Bauleistung&gs_l=psy-ab.3..33i160.269890.274367..275520...0.0..0.138.405.2j2......0....1j2..gws-wiz.......0j0i71j0i67j0i7i30.jKBxdzyl1Fw
Marko schrieb:> in folgendem Video ist die Villard-Schaltung dargestellt:> Youtube-Video "Villard Schaltung"
Hmm.
> Mir leuchtet ein, dass sich bei einer negativen Halbwelle der> Kondensator lädt. Mir leuchtet auch ein, dass er sich durch die Diode> nicht entladen kann.
Schon mal gut.
> Wie kann es sein, dass wenn an der linken Kondensatorplatte +10V> anliegen (positive Halbwelle) und der Kondensator auf der rechten Seite> auf +10V geladen ist (negative Halbwelle ist gerade vorbei),
Vorsicht! Du vermischst etwas!
> sich auf> der rechten Seite +20V ergeben. Ein Kondensator kann doch nicht auf> beiden Platten eine positive Ladung haben?
Muss er auch gar nicht.
In der negativen Welle wird der Kondensator aufgeladen und hat zwischen
den Elektroden fast 10V. Linker Anschluss liegt auf -10V, rechter auf
fast 0V (genau, 0V-0,7V, Diode). Dann steigt die Spannung der Quelle
wieder an. Damit wird der linke Anschluß des Kondensators "hochgehoben".
Die Ladung IM Kondensator bleibt aber erhalten, damit auch die Spannung
ZWISCHEN den Anschlüssen. Der Kondensator und Quelle liegen in Reihe,
also ist die Ausgangsspannung der Schaltung immer Quelle + Kondensator!
Das kann man sich bildlich vorstellen, wenn zwei Leute "Räuberleiter"
machen, der eine heben den anderen hoch, die Größen addieren sich.
Ist die Quelle nun wider bei 0V angekommen, liegen am Ausgang der
Schaltung 0+10=10V an. Beim Spannungsmaximum der Quelle sind es
10V+10V=20V.
> Auch verstehe ich nicht, wie im Video überhaupt bei der ersten positiven> Halbwelle, am Ausgang 10V anliegen können.
Siehe oben.
> Es fließt doch kein Strom> durch die Diode, da sie dann in Sperrichtung ist.
Eben darum, die Spannung am Kondensator bleibt konstant, wie bei einer
Batterie.
> Ich dreh noch durch, das kann doch nicht so schwer sein.> Danke für eure Hilfe!
Der Trick ist die Unterscheidung von Spannung an Knoten gegen 0V/Masse
(auch Potential genannt) und der Spannung zwischen Knoten, hier dem
Kondensator. Denn der wirkt kurzzeitig als SPannungsquelle, denn er hat
ja eine elektrische Ladung, ähnlich einer Batterie!
KoKa schrieb:> Günter Lenz schrieb:>> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0604161.htm>> Dort steht allerdings etwas, das zwar die richtige Richtung andeutet,> aber doch nicht ganz korrekt ist.>> "Hinweis: Die Eingangsspannung ist eine Wechselspannung, die> Ausgangsspannung ist in der Regel eine Gleichspannung. Wird eine> Spannungsverdopplerschaltung belastet, ist die Ausgangsspannung nicht> mehr stabil. Die Gleichspannung verändert sich zu einer Mischspannung> mit hoher Restwelligkeit. Diese Ausgangsspannung eignet sich in der> Regel nicht für die Stromversorgung."
Das ist ziemlicher Unsinn.
>> Tatsächlich ist es ja eher eine Platz- und Dimensionierungsfrage, wie> stabil (bzw. belastbar) die Ausgangsspannung ist.
Eben.
> Es ist nur so, daß man "in der Regel" die effizienteren> Gleichrichter-Schaltungen den uneffizienteren vorzieht, genaugenommen.> Das Verhältnis von Aufwand zu Nutzen ist z.B. am allergünstigsten bei> der Graetz-Schaltung.
Die ist aber nicht kaskadierbar. Der Witz der Villard-Schaltung ist ja,
daß man aus relativ kleinen Wechselspannungen sehr hohe Gleichspannungen
erzeugen kann und dafür nur relativ kleine Kondensatoren und Dioden mit
relativ kleiner Nennspannung braucht. So kann man aus 230VAC (325V
Spitze) und 1000V Dioden und Kondensatoren nahezu beliebig hohe
Gleichspannungen machen, 10kV, 100kV, wie man will.
Der wesenltiche Nachteil wären nur die 50Hz, da braucht es SEHR große
Kondensatoren, wenn man viel Leistung haben will. Also nimmt man heute
einen modernen Wechselrichter mit 10-100kHz und kommt mit DEUTLICH
kleinen Kapazitäten auf deutlich mehr Ausgangsleistung.
Ich hab vor einiger Zeit an sowas gearbeitet. Die Kaskade hat 10nF
Kondensatoren und wird mit 8kV/100kHz gespeist. Bei 65kV bringt die
knapp 2kW. Da bricht keine Ausgangsspannung ein, bestenfalls der
Mensch, der dort anfaßt 8-0
Danke für eure Hilfe, so langsam lichtet sich der Dschungel.
Mindestens an einer Stelle hänge ich noch. Ich zitiere mich mal selbst:
> Auch verstehe ich nicht, wie im Video überhaupt bei der ersten positiven> Halbwelle, am Ausgang 10V anliegen können. Es fließt doch kein Strom> durch die Diode, da sie dann in Sperrichtung ist. Wie ergeben sich also> die 10V am Ausgang? Hätte man dann nicht auch auf der linken Seite einen> Elektronenmangel (eben die 10V) und damit auf der rechten Seite einen> Elektronenüberschuss (durch das elektrische Feld zwischen den Platten).> Dann wäre doch die Spannung auf der rechten seite durch den> Elektronenüberschuss negativ?
Eine Diode hat ja eine sehr geringen Sperrstrom. Nehmen wir mal an eine
Diode hätte überhaupt keinen Sperrstrom. Würde man bei der ersten
Halbwelle die 10V am Ausgang (quasi an der rechten Kondensatorplatte)
"sehen" können?
Ich glaube mein Verständnisproblem kommt daher, dass ich eine
fundamental falsche Vorstellung von elektrischen Potentialen und dem
Zusammenhang mit Strom habe. Bisher dachte ich ohne irgendeine Aufladung
(Strom) gibt es auch kein Potential. Offensichtlich ist das falsch, denn
die Diode verhindert ja jeden Strom auf die rechte Kondensatorplatte.
Die Diode leitet nicht. Die ist offen, als wäre sie gar nicht da.
Der Kondensator leitet Wechselspannung. Am Anfang ist alles auf 0 V.
Dann 'lädt' die Spannungsquelle die obere Seite auf 10 V auf. Da sich am
Kondensator ohne Strom keine Spannung aufbauen kann, wird auch der
rechte Teil vom Kondensator auf 10 V gehoben.
Aber ist ein Kondensator nicht für ein Wechselspannung deshalb
"durchlässig", weil er sich ständig umlädt. Die Kopplung findet über das
elektrische Feld zwischen den Platten statt. Wenn aber kein Strom
fließt, und quasi eine Platte des Kondensators "in der Luft hängt", wie
kann sich dort jemals das Potential ändern ("auf 10V angehoben werden")?
Ich muss sagen, dass ich in der physikalischen Betrachtung hänge.
Potential ist die potentielle Energie pro Ladung. Nehmen wir an, die
Diode sei nur eine Unterbrechung und auf die linke Platte werden
Elektronen gepumpt. Dann drücken diese Elektronen die Elektronen auf der
rechten Platte weg. Wegen der Unterbrechung können sie aber nirgendwo
hin. Die Anzahl der Elektronen hat sich nicht verändert, aber trotzdem
haben sie mehr potentielle Energie, weil sie unter Druck stehen. Wenn
man ihnen einen Weg gäbe, würden sie wegfließen und dabei Energie
abgeben. Das passiert nicht, wenn die linke Platte nicht geladen ist.
Ich weiß, was ich meine, aber ausdrücken kann ich es nicht gut. :-(
Falk B. schrieb:>> "Hinweis: Die Eingangsspannung ist eine Wechselspannung, die>> Ausgangsspannung ist in der Regel eine Gleichspannung. Wird eine>> Spannungsverdopplerschaltung belastet, ist die Ausgangsspannung nicht>> mehr stabil. Die Gleichspannung verändert sich zu einer Mischspannung>> mit hoher Restwelligkeit. Diese Ausgangsspannung eignet sich in der>> Regel nicht für die Stromversorgung.">> Das ist ziemlicher Unsinn.
Dito. Das hängt von der Frequenz und den Lade-C ab. Ich habe so ein
Dings gerade mit 74HC14 mit 10kHz und 10µF bei 3 Stufen aufgebaut und
benutze das für einen UKW VCO als Abstimmspannung ('aus 5V mache 18V').
Da kommt nix von den 10kHz durch. Wer möchte, kann mit einer
zusätzlichen Diode von Vcc zur Kathode der ersten Diode Vcc auf die
Kaskade aufstapeln und spart sich damit eine Villard Stufe.
