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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zu Schaltnetzteilen und herkömmlichen Labor-Netzteile


Autor: Rainer (Gast)
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Hallo,

ich habe ein kleines Labornetzteil, so ein billiges von Pollin, wie sie 
auch massenhaft bei Ebay verkauft werden (0-15 Volt, 0-2 Ampere). Ich 
habe aber auch schon öfter sehr teure Labornetzteile auf Basis von 
Schaltnetzteilen gesehen, die dann meist über 1000 Euro kosten 
(HP/Agilent), aber von den technischen Daten (Restwelligkeit, Regelung 
bei Laständerung) her auch nicht viel besser zu sein scheinen als ein 
sehr gutes herkömmliches Labornetzteil mit 2 Kanälen, 0-30 Volt und 0-2 
Ampere, was deutlich unter € 300,- zu bekommen ist.

Also wozu braucht man konkret solche Schaltnetzteile? Welche Vorteile 
haben sie gegenüber den herkömmlichen Netzteilen?

Und dann noch eine Frage allgemein zu Netzteilen: Viele Netzteile haben 
2 Kanäle mit 0-30 Volt. Kann man da dann eigentlich OP-Amps dran 
betreiben, die eine negative Versorgungsspannung benötigen? Was ist 
eigentlich negative Spannung? Ich kenne nur den Begriff 
Potentialunterschied und wenn ich zwei Spannungen habe, einmal 15 Volt 
gegen GND und einmal 30 Volt gegen GND, dann kann ich doch nicht einfach 
die 15 Volt zur Masse erklären und da den Strom von 30 Volt abfließen 
lassen, oder? Die 15 Volt sind doch ein Ausgang! Irgendwie alles sehr 
verwirrend...

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Schalte einfach zwei Netzteile in Reihe - wie zwei Batterien - und lege 
GND Deiner Verbraucher an den Verbindungspunkt der Netzteile, dann hast 
Du eine positive und eine negative Versorgungsspannung relativ zu GND.

Schaltnetzteile verbraten weit weniger Energie, als 'herkömmliche' 
Netzteile mit Längsregler:

Angenommen, es werden 30 V in den Regler eingespeist und 5 V 10 A am 
Ausgang entnommen. Dann werden im Längsregler 25 [V] * 10 [A] = 250 W 
verbraten, während nur 5 * 10 = 50 W genutzt werden.

Das Schaltnetzteil transportiert grob gesprochen nur so viel Energie zum 
Ausgang, daß dort die 5 V gehalten werden. Dadurch sind die Verluste 
wesentlich geringer.

Autor: Hannes Lux (hannes)
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> Irgendwie alles sehr
> verwirrend...

Das musst Du erstmal (in Deinem Kopf) entwirren...

Wo steht festgeschrieben, dass GND (Masse, Erde) der negativste Pol des 
Systems sein muss??

Eine (gleichspannungsfreie) Wechselspannung schwingt um GND, die 
Augenblickswerte variieren also zwischen -Max und +Max. Um diese zu 
verstärken, braucht man eine symmetrische Spannungsversorgung *), z.B. 
die bei Operationsverstärkern üblichen 2 x 15 V, also 30 V mit 
Mittelabgriff, der zu GND erklärt wird und mit Masse, Erde oder wie auch 
immer genannt verbunden wird.

Es ist also sehr wohl üblich, den Mittelabgriff einer (ansonsten 
potentialfreien) Spannungsversorgung zum GND zu erklären.

...


*) ja, es gibt auch andere Wege, z.B. das Mischen der Wechselspannung 
mit einer Gleichspannung...

Autor: Obelix (Gast)
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GND ist eine reine Definitionssache. Um bei deinem Beispiel mit 
0V-15V-30V zu bleiben, wenn du jetzt für dich sagst die virtuelle Masse 
(sich mal danach im internet) liegt bei 15V, dann liegt gegenüber der 
virtuellen Masse an deiner "0V"-Leitung -15V an und an der "30V"-Leitung 
+15V.

Autor: Obelix (Gast)
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ups Tippfehler ... such doch mal nach virtueller Masse im Internet.

Autor: Rainer (Gast)
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Hallo,

danke für eure Antworten. Ich versuche mir das immer irgendwie mit 
Ladungsträgern vorzustellen...mit abstrakten Formeln und Erklärungen 
komme ich nicht so gut zurecht und im Internet gesucht habe ich schon. 
Das wird immer alles sehr schnell ziemlich abstrakt...bei einer 
einfachen Wechselspannung stelle ich mir das Prinzip so vor:

 0V    +5V
 |----->|
 |      |
...wechsel...
+5V     0V
 |<-----|
 |      |

Ich habe zwei Drähte und zum einen Zeitpunkt befindet sich auf dem 
linken Draht GND und auf dem rechten +5V. Die negativen Elektronen 
wandern also beim Stromfluss von links nach rechts(Pfeilrichtung). Wenn 
die Spannung wechselt, befindet sich +5V auf der linken Seite und GND 
auf der rechten. Also wandern die Elektronen genau andersherum: von 
rechts nach links. So entsteht dann Wechselspannung, die durch den 
Wechsel ihrer Polarität gekennzeichnet ist.

Jetzt schalte ich zwei Spannungsquellen von je 5 Volt in Reihe:


+5V    0V/+5V    0V
 |<-----| |<-----|
 |      | |      |

Ist die Erklärung für die negative Spannung einfach die, dass die 
Elektronen bei Stromfluss von der zusammengeschalteten Mitte aus gesehen 
in unterschiedliche Richtungen wandern? Nämlich einmal ZUR Mitte HIN 
(+5V) und einmal VON der Mitte WEG (-5V)? Ist es das?
Aber warum gleichen sich dann nicht die Ladungen aus, die in der 
zusammengeschalteten Mitte aufeinandertreffen? Spannung ist laut meinen 
Recherchen einfach die Trennung von Ladung und da ist streng genommen 
doch keine Barriere mehr zwischen den vielen beweglichen und negativ 
geladenen Elektronen und den vielen positiv geladenen Protonen, die sich 
für mein Verständnis gegenseitig anziehen müssten?!?

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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> Ist die Erklärung für die negative Spannung einfach die, dass die
> Elektronen bei Stromfluss von der zusammengeschalteten Mitte aus gesehen
> in unterschiedliche Richtungen wandern? Nämlich einmal ZUR Mitte HIN
> (+5V) und einmal VON der Mitte WEG (-5V)? Ist es das?

Genau so ist es.

> Aber warum gleichen sich dann nicht die Ladungen aus, die in der
> zusammengeschalteten Mitte aufeinandertreffen?

Das tun sie - angetrieben von den den unterschiedlichen Potentialen. 
Dann fließt ein Strom, den Du mit Deinem Amperemeter messen kannst.

Tipp:
Denke einfach mal nicht mit abstrakten Strömen, sondern mit dem guten, 
alten Wasserleitungsmodell:

Spannung entspricht dem Wasserdruck
Strom entspricht der Durchflußmenge
Widerstand entspricht einer Rohrverengung, die den Durchfluß begrenzt
Kondensator entspricht einen Windkessel 
http://de.wikipedia.org/wiki/Windkessel
Netzteil entspricht einer Wasserpumpe.
Stromleitung entspricht einem Rohr/Schauch.

Autor: Rainer (Gast)
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Hi,

ok, Wasser ist in der Tat ein sehr anschauliches Element ;)

aus dem ehemaligen Modell...

+5V    0V/+5V    0V
 |<-----| |<-----|
 |      | |      |

wird jetzt...

 +     WP1 +     WP2
 |<-----|  |<-----|
 |      |  |      |

Ich befinde mich jetzt wieder in der Mitte bei Wasserpumpe 1 und dem 
einen Pluspol und von dort aus stellt es sich so dar, dass...

- einmal das Wasser zu mir hinfließt (WP2 pumpt Wasser in meine 
Richtung), also ein Wasserdruck herrscht
- einmal das Wasser von mir wegfließt (WP1 pumpt Wasser von mir weg), 
also ein Wassersog herrscht

Das würde sehr Anschaulich den Unterschied zwischen negativer und 
positiver Spannung erklären. Aber was ich nicht verstehe ist, warum das 
Wasser von WP1 nur zum linken Pluspol gedrückt wird und nicht zum in der 
Mitte vorhandenen Pluspol, wo doch die beiden Systeme miteinander 
verbunden sind?

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Du mußt die (Wasser)kreisläufe zeichnen:


    +---WP1----    +---WP2----
    |         |    |         |
    |         |    |         |
    +---V1---------+---V2-----

V1 und V2 sind die Verbraucher, die Kreisläufe sind gekoppelt.

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