Gleichrichter

Lehrpläne: Sek II, electronics courses

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Ziel

Untersuchen Sie die Zweiweggleichrichtung mit einer Diodenbrücke und die Glättung der Brummspannung durch einen Kondensator.

Aufbau

Quelle: Sinus, Amplitude 10 V, 50 Hz. Eine Brücke aus vier Dioden, eine Last von 1 kΩ. Der 100-µF-Glättungskondensator ist über einen Schalter, der offen ist, mit der Last verbunden. Oszilloskop an der Last: CH1, 5 V/div, 5 ms/div.

Durchführung

1. Betrachten Sie die Kurve an der Last und bestimmen Sie die Periodendauer der Brummspannung.
2. Schließen Sie den Schalter des Kondensators. Um die Brummspannung zu sehen, schalten Sie im Menü des Oszilloskops CH1 auf AC-Kopplung um und stellen Sie mit den Drehknöpfen 0,2 V/div und einen Triggerpegel von 0 ein; schätzen Sie den Spitze-Spitze-Wert der Brummspannung ab.
3. Stellen Sie in der Parameterkarte des Kondensators 1000 µF ein und schalten Sie CH1 auf 20 mV/div um.
4. Öffnen Sie den Schalter und entfernen Sie die Diode ganz links – Sie erhalten einen Einweggleichrichter.

Erwartetes Ergebnis

An der Last liegen positive Halbwellen ohne Einbrüche unter null. Der Spitzenwert beträgt etwa 8,9 V: Etwa 1,1 V gehen an den beiden leitenden Dioden verloren (an realen Silizium-Gleichrichterdioden gehen etwa 1,3 V verloren, und der Spitzenwert ist niedriger, etwa 8,7 V). Die Brummfrequenz beträgt 100 Hz – 2 Kästchen. Mit dem 100-µF-Kondensator ist die Spannung fast konstant, etwa 8,5 V; die Brummspannung beträgt etwa 0,67 V – 3,4 Kästchen bei AC-Kopplung; mit 1000 µF – etwa 0,07 V. Mit einer entfernten Diode bleibt eine Halbwelle pro Periode übrig, 50 Hz.

Fragen

1. Warum ist die Brummfrequenz eines Zweiweggleichrichters doppelt so hoch wie die Netzfrequenz?
2. Wie hängt der Spitze-Spitze-Wert der Brummspannung vom Laststrom ab?

Antworten

1. Die Brücke klappt die negative Halbwelle um, daher erhält die Last beide Halbwellen jeder Periode in derselben Richtung. Eine Periode der Quelle, 20 ms bei 50 Hz, ergibt zwei gleiche Bögen, und die Brummspannung wiederholt sich alle 10 ms: 100 Hz.
2. Die Brummspannung ist ungefähr proportional zum Laststrom. Zwischen den Spitzen versorgt der Kondensator allein die Last und verliert die Ladung \(I \cdot \Delta t\), daher sinkt seine Spannung um \(\Delta U \approx I \cdot \Delta t / C\), wobei \(\Delta t\) höchstens die 10 ms zwischen den Spitzen beträgt. Für 8,5 V / 1 kΩ = 8,5 mA und 100 µF ergibt das höchstens 8,5 mA · 10 ms / 100 µF = 0,85 V; der Aufbau zeigt 0,67 V, weil der Kondensator schon vor der nächsten Spitze wieder nachzuladen beginnt.