Wechselstrom Gleichrichten

2020-12-27 - christian - electronics

Für ein Projekt musste eine Schaltung an eine 12 Volt Wechstelstrom­quelle angeschlossen werden. Hier dokumentiere ich, wie das funktioniert, und welche “Qualitätsstufen” es beim Gleichrichten gibt.

Auf einem Oszilloskop sieht Wechselstrom wie folgt aus:

Wechselstrom Sinuskurve

Schließt man Wechselstrom an Komponenten an welche Gleichstrom erwarten, kann das Bauteil im besten Fall nur teilweise funktionieren oder sogar kaputt gehen.

Stufe 1: Einzelne Diode

Gleichrichter mit einer Diode

In der einfachsten Variante, reicht es eine einzelne Diode (zum Beispiel 1N4001) zu verwenden. Die Diode unterdrückt den negativen Teil der Sinuswelle.

Wechselstrom mit Diode

Simple Komponenten funktionieren jetzt schon so halb. Da sich das gleichgerichtete Signal mit 50 Hertz an-/ausschaltet, werden Komponenten wie Optokoppler oder LEDs flackern.

Das kann man zum Beispiel in ESPHome mit dem debounce Filter ausgleichen. Hat man also nicht die richtigen Teile zur Hand um es “richtig” zu machen, geht es also auch so.

Stufe 2: Brückengleichrichter

Brückengleichrichter

Mit einem Brücken­gleichrichter kann auch der unterdrückte, negative Teil der Sinuskurve genutzt werden. Der negative Teil wird dabei “hochgeklappt”, positiv gemacht.

Wechselstrom mit Brückengleichrichter

Der Brücken­gleichrichter steigert durch die Nutzung der negativen Welle den Wirkungsgrad und ermöglicht es die Wechselstrom­quelle zu verkleinern.

Steuert man nur einen Optokoppler oder vergleichbare kleine Schaltungen an, kann man sich den Brücken­gleichrichter sparen und mit einer einzelnen Diode und einem Kondensator arbeiten, da es keinen Unterschied macht.

Stufe 3: Mit Kondensator

Brückengleichrichter Brückengleichrichter

Um das Flackern zu entfernen, muss jetzt noch ein Kondensator in die Schaltung eingebaut werden, welcher als Stabilisator fungiert und aus der Kurve eine gerade Linie macht.

Gleichstrom stabilisiert mit Kondensator

Nun ist die “echte” Gleichspannung erreicht.

Bei der Wahl des Kondensators muss man darauf achten, die richtige Kapazität zu wählen. Zu kleine Kondensatoren schwächen das Flackern nur ab, zu große Kondensatoren sorgen für langes “nachglühen”, was bei Optokopplern / LEDs zu verzögertem Ausschalten führen kann.

Mit 50V, 47μF:

Signal mit kleinem Kondensator

Mit 63V, 470μF:

Signal mit großem Kondensator

Die Testschaltung

Testschaltung


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