Gleichrichter

Diagramme zum Vergleich von Einweg- und VollweggleichrichtungDie meisten elektronischen Geräte werden über eine Netzsteckdose mit Strom versorgt. Diese liefern Strom in Form von Wechselstrom, aber was, wenn eine Maschine Gleichstrom braucht? Tatsächlich arbeiten fast alle elektronischen Maschinen und Haushaltsgeräte mit Gleichstrom, obwohl Wechselstrom am leichtesten verfügbar ist. Gibt es eine einfache Möglichkeit, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln? Nun ja, das gibt es.

Gleichrichter sind elektrische Geräte, die Wechselstrom durch einen als Gleichrichtung bezeichneten Prozess in Gleichstrom umwandeln. Wie funktioniert die Berichtigung? Die Gleichrichtung funktioniert, indem der zugeführte Wechselstrom durch eine Diode oder eine Reihe von Dioden geleitet wird, die nur einen unidirektionalen Stromfluss zulassen. Wenn Wechselstrom durch die Dioden fließt, wird eine neue Stromwellenform erzeugt, die keinen negativen Stromfluss mehr hat und als Gleichstrom wirkt. Da Gleichstromquellen begrenzt und selten sind, werden Gleichrichter in fast jedem elektronischen Gerät verwendet und sind bei weitem die am häufigsten verwendete Schaltung.

Konstruktion

Gleichrichter verwenden eine Reihe von Halbleiterdioden, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Diese Gleichrichterdioden können im Vergleich zu normalen Dioden hohe Ströme verarbeiten. Dioden sind wie Einbahnstraßen, sie lassen den Strom nur in eine Richtung fließen.

Wie viele Dioden werden in einem Gleichrichter verwendet? Ein Gleichrichter kann bis zu 4 Dioden enthalten. Die Anzahl der Dioden hängt von der gewünschten DC-Wellenform ab. Die zwei Grundtypen von Gleichrichtern sind Vollwellen- und Halbwellengleichrichter, ein Vollwellengleichrichter benötigt 4 Dioden, während ein Halbwellengleichrichter nur eine benötigt.

Diagramm eines EinweggleichrichtersEinweggleichrichter

Der einfachste Gleichrichtertyp ist ein Einweggleichrichter. Diese Gleichrichter arbeiten, indem sie den negativen Teil der Wechselstromquelle eliminieren und nur einen positiven pulsierenden Strom durchlassen. Wie in der Abbildung gezeigt, erhalten Sie bei Verwendung eines einzelnen Diodengleichrichters eine Wellenform, die wie die Hälfte der ursprünglichen Wechselstromwellenform aussieht, daher der Name Halbwellengleichrichter. Diese Form der Gleichrichtung ist einfach und kostengünstig, da sie nur eine Diode benötigt, jedoch bewirkt diese Umwandlung eine erhebliche Verringerung der Ausgangsleistung, da die Hälfte der Wechselstromwelle geopfert wird. Die Halbwellengleichrichtung erzeugt beabstandete Gleichstromstöße, die viele Nachteile haben, aber in bestimmten Anwendungen mit geringer Leistung verwendet werden können

Vollwellengleichrichter

Diagramm eines Vollwellengleichrichters

Vollwellengleichrichter, auch bekannt als Brückengleichrichter, verwenden vier Dioden im Gegensatz zu einer, um die gesamte AC-Wellenform positiv zu machen, anstatt einfach die negative zu eliminieren. Wenn 4 Dioden verwendet und wie in diesem Bild gezeigt eingerichtet werden, sieht die resultierende Wellenform wie der Absolutwert der ursprünglichen Wechselstromwellenform aus. Anders als beim Einweggleichrichter hört der Stromfluss nicht für die halbe Zeit auf und ändert sich ständig, daher der Name Vollweggleichrichter. Aber wie verändert das Hinzufügen weiterer Dioden zur Gleichrichterkonfiguration die Wellenform so erheblich? Durch das Hinzufügen weiterer Dioden können sie so eingerichtet werden, dass der negative Stromfluss von der Wechselstromquelle umgeleitet wird, anstatt ihn zu eliminieren. Die Dioden sind in einer geschlossenen Schleife verbunden, die Strom nur durch zwei Dioden gleichzeitig fließen lässt, je nachdem, ob sich der Wechselstrom in einer positiven oder negativen Phase befindet. Die Diodensätze leiten den Strom so, dass sowohl negative als auch positive Halbwellen ein DC-Ausgangssignal mit derselben Polarität erzeugen. Der Gleichstrom oszilliert immer noch von Null bis zum Spitzenwert wie bei einem Einweggleichrichter, aber wie im Bild gezeigt, wird er nicht für die Hälfte der Zeit abgeschaltet und erzeugt doppelt so viel Ausgangsleistung wie ein Einweggleichrichter .

Filtern

Obwohl Gleichrichter Wechselstrom effektiv in Gleichstrom umwandeln, ist der resultierende Gleichstrom nicht stabil genug, um effektiv als Gleichstrom zu wirken. Der resultierende Strom hat eine Welligkeit, die synchron mit der in den Gleichrichter eingespeisten Wechselspannung ansteigt und abfällt. Eine zusätzliche Filterung ist erforderlich, um den gleichgerichteten Gleichstrom zu glätten und einen gleichmäßigen Gleichstrom zu erzeugen, der selbst für die empfindlichsten Schaltungen geeignet ist. Kondensatoren filtern den gleichgerichteten Gleichstrom effektiv, da sie Spannungsänderungen widerstehen und bewirken, dass die Stromwelligkeit weniger extrem ist.

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