1 Vorausgesetztes Wissen

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1 1 Vorausgesetztes Wissen Zweiweg-Gleichrichter Bei der Zweiweg-Gleichrichtung wird meist ein Brückengleichrichter als gleichrichtendes Bauelement verwendet. Dieser besteht allerdings einfach nur aus 4 Dioden. Wie sie beschalten sind ist aus der folgenden Schaltung zu erkennen. Diese Konfiguration "klappt" die negative Halbwelle nach oben in den positiven Bereich. Dies ist natürlich deutlich effizienter als die im letzten Protokoll beschriebene Einweg-Gleichrichtung, da jetzt nicht die Haelfte der der verwendbaren Leistung einfach "weggeschnitten" wird. Der Sieb- oder Filter-Kondensator wird verwendet um, den Zeitraum während die Spannung kleiner ist als die gewünschte Ausgangsspannung, zu überbrücken und eine Stabile Ausgangsspannung zu gewährleisten. Linear Spannungsregler Ein Linearspannungsregler wie es der LM 7805 ist, ist ein IC welches mithilfe eines 'Series Pass Transistors' und einer intelligenten Innenbeschaltung welche die Ausgangsspannung auf einem konstanten potential hält. Die LM 78XX IC Serie ist eine Reihe an Fixspannungsreglern, wo sich die Ausgangsspannung nicht einstellen lässt. Im gegensatz gibt es auch Einstellbare Linearspannungsregler wie zum Beispiel den LM317. Bei diesem muss ein Bestimmter Anteil der Ausgangsspannung zurückgeführt werden um die Ausgangsspannung einzustellen. Das vorher erwähnte Series Pass Element, hat einen mindest Spannungsabfall welches es nicht unterbieten kann. Diese Spannung wird Drop- Out-Voltage bezeichnet. Sie liegt zirka bei 1-2 V. Wenn die Eingangsspannung kleiner ist als die gewünschte Ausgangsspannung + Drop-Out-Voltage kann das Ausgangspotenzial nicht mehr garantiert werden. Stell-/Spar-transformator Ein Stelltransformator ermöglichte es einem die Ausgangsspannung frei einzustellen. Die wird meist verwendet um die Netzspannung von 230V auf eine Variable Wechselspannung von 0 - ~250 V zu transformieren. In den folgenden Aufbauten wird er verwendet um den Transformator mit einer Eingangsspannung zu versorgen, welche schon herunter transformiert wurde um die endgültige Ausgangsspannung zu verkleinern. Ein Variabler- Transformator, also Stell-Trafo, wird meist als Spar-Trafo ausgeführt. Dies Erlaubt einen deutlich kostenkuensigeren Aufbau. Die Preisdifferenz kommt dadurch zustande, dass der Spar-Trafo nur eine Wicklung besitzt. Ein sehr wichtiger und keinesfalls zu ignorierender Nachteil bei Spar-Trafo designs ist, dass es keine Netz-/galvanische -Trennung gibt. Diese hätte den Vorteil, dass wenn man nur an einem Punkt in der Schaltung kommt keinen Stromschlag bekommen kann.

2 2.1 Zeitverläufe Messung der Eingangs- und der geglätteten Spannung mit verschiedenen Lastwiderständen. In dem ersten Schritt haben wir die Spannung an dem ausgang des Transformators U0 mit verschiedenen Lastwiderständen gemessen. Weiters wurde die geglättete spannung U2 an dem Glättungskondensator gemessen, ebenfalls mit verschiedenen Lastwiderständen und mit 3 verschiedenen Kondensatoren. Schaltung: Messschaltung: Last -R Eingangsspannung (U0) [V] Ausgangsspannung (U2) [V] k ohm 470u 47u 10u

3 Wenn diese zwei Messungen gleichzeitig durchgeführt werden, würde ein Kurzschluss produziert werden. Daher wurden die Messungen separat durchgeführt Messung der brummspannung UBrSS an U2,U3 In diesem Punkt wurde die Brummspannung (UBrSS) an U2,U3 gemessen, ebenfalls mit verschieden Lastwiderständen. In dieser messung ist gut zu erkennen, dass die Brummspannung vor und nach dem Spannungsregler (LM7805) deutliche unterschiede aufweisen. Je höher die Brummspannung vor dem Spannungsregler ist desto niedriger ist die Brummspannung nach dem spannungs. Dies ist gewünscht, da der Lineare Spannungsregler diese Brummspannungen verringern sollte. Durch diesen Spannungsregler wird diese Spannung um den faktor ~10 verbessert. Ebenfalls kann am aus der Messtabelle erkennen, dass die brummspannung steigt sobald die Schaltung stärker belastet wird. Last -R Brummspannung (U2) [mv] Brummspannung (U3) [mv] kω 470u 47u 10u 470u 47u 10u

4 Bei dem lastwiderstand 0.22kΩ ist die spannung zusammengebrochen. Dies passiert da die eingangsspannung nicht der Dropout-spannung entspricht (<7V) Messung des Diodenstromes ID (mit Hilfe des Shunt Widerstandes) Es wurde der Diodenstrom mittels eines Shunt Widerstandes (10Ω) und einem Oszilloskop gemessen/berechnet. Mit dem Oszilloskop wurde die spannung am Shunt Widerstand gemessen. Nach dieser messung wurde der Strom berechnet (USRS=ID). Messschaltung: Masstabelle:

5 Last -R Diodenstrom [ma] peak kω 470u 47u 10u Spannung am Shunt Widerstand: In dieser Messung kann man erkennen, dass zu dem zeitpunkt an dem ein Peak gemessen wurde, ein hoher strom durch den Kondensator fließt.

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7 2.2 Messungen Dropout-Spannung Udropout das Reglers, Vergleich mit Datenblatt Die Dropout-Spannung ist abhängig von dem fließenden Strom, somit auch von der Last. Da im Übungsblatt nach der Eingangsspannung gefragt wird kann kein direkter Vergleich getroffen werden, mit den vorhandenen Unterlagen. Datenblatt: Dropout voltage I = 1 A / U-Dropout = 2 V Gemessen: U Dropout [V] mit C = 470uF U-IN U-Dropout U-OUT 12,00 7,04 4,97 10,00 5,10 4,98 8,00 3,14 5,00 7,00 2,00 5,03 6,50 1,50 5,02 6,36 1,48 4,90 6,19 1,45 4,75 6,00 1,43 4,69 5,00 1,29 3,74 4,00 1,12 2,91 3,00 2,95 0,20 Ruhestrom IQ des Reglers (Quiescent Current, Eigenverbrauch), Vergleich mit Datenblatt Laut Datenblatt des Herstellers Integral beträgt der Strom im Leerlauf (Quiescent Current) 8mA, aus Zeit-Gründen bei den Übungen konnte wir diesen Wert nicht überprüft werden.

8 2.3 Simulation Der Aufbau der Simulation ist wie folgt: Der Unterschied zwischen Messaufbau und Simulationsschaltung besteht darin, dass das Verhalten von Stell-trafo und Trafo mit Hilfe der einstellbaren Spannungsquelle in LTSpice simuliert wurde. Es gab keine Presets in den verfügbaren Librarys. Außerdem musste der Doppelgleichrichter mit vier einzelnen Dioden nachgeahmt werden. Die Funktionsweise ist genau gleich und alle Werte sind korrekt simuliert.

9 2.3.1 Vergleich der Ergebnisse Eingangsspannung U0 In der Simulation ist die Eingangsspannung immer 30Vp-p. Last -R kω Eingangsspannung (U0) [V] Gemessen Eingangsspannung (U0) [V] Simulation 10 30,40 29,981 5,6 30,40 29,972 3,3 30,40 29,962 2,2 30,20 29, ,20 29,990 0,56 30,10 29,977 0,33 30,00 29,972 0,22 29,60 29,960 Brummspannung U2 Die Werte der Simulation wirken sehr verstreut, vergleichsweise zum echten Aufbau. Die simulierten Werte scheinen deutlich unrealistischer zu sein. Last -R kω Brummspannung (U2) [mv] Messung/Simulation 470uF 47uF 10uF 470uF 47uF 10uF , , ,

10 , , , Ausgangsspannung U2 Ausgangsspannung bei 470µ: Last-R kω Ausgangsspannung (U2) [V] Gemessen Ausgangsspannung (U2) [V] Simulation 10 13,50 13,370 5,6 13,48 13,350 3,3 13,45 13,320 2,2 13,38 13, ,34 13,26 0,56 13,37 13,35 0,33 13,14 13,37 0,22 13,00 13,38 Brummspannung U3 Brummspannung bei 470µ: = konstant 0V Brummspannung Last-R kω Brummspannung (U3) [mv] Gemessen Brummspannung (U3) [mv] Simulation , , ,2 950

11 , , ,