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Glelchrichterschaltun2en mit Zenerdioden Zur Gewinnung von
Gleichstrom aus Wechselstrom kennt die Elektrotechnik eine Reihe verschiedenartiger
Bauelemente, die ihre Aufgäbe in mehreren bekannten Grundschaltungen erfüllen.
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Ebenso sind in der Elektrotechnik mehrere Bauelemente üblich, deren
AÜffgabe darin b estehtl eine vorhandene Gleichspannung auf eine konstante Höhe
zu regeln.
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So ist beispielsweise eine hauptsächlich in der Hochfrequenztechnik
verwendete Gleichrichterschaltung nach Bild 1 bekannt, wo der Kon densa''tor zugleich
mehrere A»fgaben erfüllt, u.a. auch die eines _ kapazitiven Vorwiderstandes. In
dieser Schaltung werden gemäß der gezeichneten Polung des Gleichrichters alle über
den Kondensator gelangende negative Halbwechsel kurzgeschlossen, während die positiven
Halbwechsel der Schaltung von einem Verbraucher entnommen werden können. Je nach
Größe des Stromes schwankt diese Ausgangsspannung zwischen U.Y-2 bei Leerlauf und
hTull bei Kurzschluß.
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Für die Konstanthaltung einer Gleichspannung ist u.a. eine Schaltung
nach -Bild 2 bekannt) die eine Zenerdiode mit Vorwiderstand verwendet. Die darf
als bekannt vorausgesetzt werden.
Bekannt ist ferner eine Gleichrichterschaltung nach Bild 3, wie sie beispielsg=reise
zum Laden eines Kleihakkus verciendet w@-rd. denn auch die Leerlaufspannung durch
den kapazitiven Spannungsteiler herabgesetzt ist, so ist die Ausgangsspannung dieser
Schaltung doch so unkonstant wie nach Schaltung Bild 1.
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Es fehlt somit in der Elektrotechnik noch ein Gleichrichters der es
ermöglicht, aus der Netz-Wechselspannung von üblicherweise 22o Volt eine möglichst
konstante Gleichspannung von z.B: nur 12 Volt
wert) herzustelleng ohne Zwischenschaltung eines Netztrafos, der sich in vielen
kleinen Geräten aus Raum- und Preisgründen oft verbietet. Nachdem auch in den letzten
Jahren in verstärktem Maße Geräte mit Transistoren verwendet werden, die einen besonders
kleinen und billigen Gleichrichter mit einer definierten Niederspannung erfordern$
so trägt erfinden s emäß eine Schaltun nach Bild 4 diesem Bedarf Rechnung. Diese
Schaltung vereinigt die ezc ic terwirkung nach Bild 1 mit der Stabilisierungswirkung
nach Bild 2, Die Wirkungsweise ist wie folgt: Wie in Bild 1 hat hier der Kondensator
u.a. ebenfalls die Funktion eines kapazitiven,Vorwiderstandes für verlustfreie Strom-
bzW. Spannungsverringerung. Unterhalb der Durchbruchspannung arbeitet die Zenerdiode
genau wie eine einfaches normale Diode, d.h, gemäß der gezeichneten Poleng werden
sämtliche negative Halbwechsel der Eingangsspannung kurzgeschlossen, wobei der Kondensator
den Kurzschlußatrom begrenzt. Die positiven Halbwechsel werden im Gegensatz zu einer
Normaldiode nicht in voller Höhe gesperrt sondern nur bis zur Höhe der Durchbruchspannung
der Zenerdio de.
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Wenn die Gleichrichterschaltung von ,außen unbelastet bleibt= muB
die Zenerdio de imstande sein, die negativen Halbwechsel ganz und die positiven
oberhalb der Durchbruchspannung abführen zu können. Ein etwaiger Verbraucher an
+ und 0 entlastet dagegen die Zenerdiode.
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Mit Ausnahme der Verluste in der Zenerdiode ist die Schaltung praktisch
verlustfrei, da nur die Blindströme des Kondensators kurzgeschlossen werden.
Die
Schaltung zeichnet sich aus durch größte Einfachue:ru einen guten Wirkungsgrad auch
bei beliebig großem Unterschied zwischen Eingangs- und kusgangs-Spannung, durch
geringe Wärmeentwicklun;, durch billige Bauteile, durch geringe Abmessungen und
durch weitgehende Konstanz der Ausgangsspannung. Sie ermöglicht die Eigenversorgung
elektrischer oder elektronischer Geräte auch kleinster Abmessungen mit eigenem Netzgleichrichter.
Weitere gute Eigenschaften der Schaltung sind: Spannungs -Störspitzen aus dem Netz
werden mit Sicherheit auf die Höhe der Zenerspannung reduziert, sie können also
z.B. keinen Transistoren gefährlich werden, und
ist sie unempfindlich gegen evtl. äußere Kurzschlüsse, wodurch gleichzeitig Verbraucher
bei evtl. inneren Defekten gegen Überlastun geschützt sind.
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Die vorstehenden Beschreibungen waren grundsätzlich auf die EinweggleichrichtunE
ä us"gerichtet. Es lugt nahe, die Gleichrichtungsart mittels Zenerdiode und kapazitivem
Vorwiderstand auf die Vollwegschaltungen, auf die Mittelpunkt- und Brückenschaltung,
auszudehnen. Wie der Name sagt, benötigt die Mittelpunktschaltung ein Mittenpotential
der WechselspannunÜ, das üblicherweise gemäß Bild 5 durch Mittelanzapf am Netztrafo
geschaffen wird. Wenn jedoch der Netztrafo eingespart werden muß, wären noch Spannungsteilungen
durch 2 Kondensatoren oder durch 2 Widerstände, siehe Bild 6, denkbar. Diese Schaltung
mit gleichzeitig eingesetzten Zenerdioden ist jedoch unbrauchbar, weil letztere
die Netzspannung nach Überschreitung der Durchbruchspannung kurzschließen. Abgesehen
davon ist aber auf den ersten Blick erkennbar, daß die Schaltung weitgehend einer
Brückenschaltung gleichkommt, so daß nur eine solche behandelt zu werden braucht.
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Als bekannt gilt eine Schaltung nach Bild 7. Hierbei wäre zwar denkbar,
daß bei entsprechender Dimensionierung des Vorwiderstandes der Netztrafo entbehrlich
ist. Bei einer niedrigen gewünschten Ausgangsspannung wären dann. die Verluste und
die Wärmeentwicklung derart hoch, daß sie meist untragbar sein würden.
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Erfindungsgemäß bringt auch hier der kapazitive Vorwiderstandmit
der sonst gleichen Brückenschaltung, siehe Bild 8, die großen Verbesserungen, wie
sie bei der Einwegschaltung fes ges ellt wurden.
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Die Glättung der Ausgangsspannung von Bild 4 mittels zusätzlicher
Kondensatoren ist erst möglich, wenn diesen eine Drossel oder Widerstand vorgeschaltet
ist, weil ohne diese die Wechselspannung direkt abgeleitet werden würde. Ungeglättet
hat die Ausgangsspannung etwa die Trapezform nach Bild lo. Die Steilheit der Flanken
richtet sich nach dem Grad der Beschneidung der Sinus-Eingangsspannung.
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Bei der Schaltung nach Bild 8 liegen die Verhältnisse bedeutend günstiger:
Die ungeglättete Ausgangsspannung ist schon weitgehend eine glatte Gleichspannung,
die nur durch kleine Einschnitte unterbrochen ist, s.-Bild 11. In Bild 8 ist aber
ein Anschalten eines zusätzlichen Kondensators an + und O direkt möglich, so daß
ggf. auf eine Drossel verzichtet werden kann.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daB die in den Bildern gezeichneten
Polungen der Dioden nur als Beispiele zu werten sind. Je nach den Anschlüssen der
Dioden an ihren Gehäusen ist ggf. eine Umpolung erforderlich, um sie evtl. auf eine
gemeinsame Kühlplatte schrauben ' zu können. Die Polungen sind somit stets
-richtig wirkend -auszuführen und bilden keinen Patentanspruch.