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Gleichspannung glätten

Gleichspannung glätten

Veröffentlicht am 15.10.2022

Einsteiger schätzen die Funktion des Gleichrichters häufig falsch ein, deshalb hier zur Erläuterung: Der Gleichrichter sorgt lediglich dafür, dass die Eingangsspannungen nach Plus und Minus sortiert werden – also eine rein qualitative Gleichrichtung, die Spannung pulsiert weiter mit 50 Hz. 

Bild Glättung
Bild Glättung Auf die Höhe der Spannung hat der Gleichrichter keinen Einfluss (mal abgesehen von je 0,6 V Verlust auf beiden Seiten wegen des Spannungsabfalls in den Dioden). Die ständig auf- und abschwellende Spannungshöhe gibt der Gleichrichter unverändert an seine Ausgänge weiter.

Die so gleichgerichtete Spannung gilt als ungeglättete Gleichspannung, die ständig zwischen dem höchsten Spannungswert und Null schwankt.

Da Wechselspannung mit einer Frequenz von gemeinhin 50 Hertz schwingt, erfolgen die Wechsel so schnell, dass anspruchslosere Bauteile diese Schwankungen hinnehmen – und wir Menschen mit unseren trägen Sinnen ohnehin.

So stellt sich die subjektive Spannung als ein Mittelwert aus den Einzelwerten innerhalb eines Durchlaufs dar. Dieser Wert wird als Effektivspannung  bezeichnet und auf Wechselstromquellen (Trafos) auch so angegeben, abgekürzt mit Ueff

Doch nicht alle Bauteile und Schaltungen sind mit pulsierender Gleichspannung zufrieden. Gerade in der Elektronik gibt es genügend Bauteile, die mit schwankender Versorgung unzuverlässig arbeiten.

Ein erster Schritt zur Minderung der Schwankungen ist die Benutzung eines Kondensators, der einfach zwischen die Ausgänge des Gleichrichters geschaltet wird. Bei hohen Pegeln kann er sich aufladen, bei niedrigen Pegeln gibt er seine Ladespannung an den Ausgang ab und verhindert damit das Durchsacken der Versorgungsspannung bis ganz auf Null. Die Versorgungsspannung ist damit nicht mehr ganz so stark schwankend, aber ganz »glatt« ist sie noch nicht, obwohl der Kondensator in dieser Funktion als Glättungskondensator bezeichnet wird.

Eine häufig gestellte Frage ist die nach der Dimensionierung des Glättungs-Elkos, in der Fachliteratur auch unter der Bezeichnung Lade-Elko zu finden. Die Erklärung ist etwas komplizierter:

Wichtig ist zunächst die Spitzenspannung, die hinter dem Gleichrichter anzutreffen und ca. 1,4 mal so hoch ist wie die Effektivspannung des Trafos. Liefert der Trafo also laut Typenschild 14 Veff, dann beträgt die Spitzenspannung Umax=19,6 V. Soll für eine Schaltung, die einen Strombedarf I von 500 mA hat, die Spannung (Umin) nicht unter 12 V sinken, können wir die benötigte Kapazität nach nebenstehender Formel berechnen.

Dabei ist m die Anzahl der Spannungsmaxima pro Sekunde, die den Gleichrichter verlassen. Bei der ortsüblichen Wechselspannung von 50 Hz ist ein Wert von 100 einzusetzen, weil der Brückengleichrichter ja die Maxima beider Pole erfasst.

Formel GlättungFormel Glättung

Als nächster E-Wert bietet sich 68 µF an.

Um auch die verbliebenen Schwankungen zu reduzieren, gibt es Spannungsregler.

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