15. Netzgeräte. 1. Transformator 2. Gleichrichter 3. Spannungsglättung 4. Spannungsstabilisierung. Blockschaltbild:

Transkript

1 Ein Nezgerä, auch Nezeil genann, is eine elekronische Schalungen die die Wechselspannung aus dem Sromnez (230V~) in eine Gleichspannung umwandeln kann. Ein Nezgerä sez sich meisens aus folgenden Komponenen zusammen: 1. Transformaor 2. Gleichricher 3. Spannungsgläung 4. Spannungssabilisierung Blockschalbild: u E u B u A Träg ein Nezeil zum Beispiel den Aufdruck 5V/3A so heiß dies, dass das Nezeil eine konsane Ausgangsspannung von 5V ha und maximal einen Srom von 3A abgegeben kann ohne kapu zu gehen. Der asächlich abgegebene Srom häng naürlich von dem Widersandswer des angeschlossenen Verbrauchers ab. Wähl man den Widersandswer zu klein, so fließ ein zu großer Srom und das Nezeil kann beschädig werden. Träg ein Nezeil zum Beispiel den Aufdruck 0-30V/2A, so kann die Ausgangsspannung sufenlos von 0V bis 30V eingesell werden. Der maximale Srom beräg unabhängig von der eingesellen Spannung 2A. Claude Loullingen 1

2 15.1 Transformaor Der Transformaor wandel die Nezspannung (230V~) in eine meis kleinere Wechselspannung um. Die Ausgangsspannung des Transformaors muss an die gewünsche Ausgangsspannung des Nezeils angepass sein. Wähl man sie zu klein, funkionier die Spannungssabilisierung nich richig. Is die Spannung zu groß ensehen unnöig hohe Wärmeverluse im Fesspannungsregler. Der genaue Wer der Ausgangsspannung U D des Transformaors läss sich durch Rückwärsrechnung aus der Gleichspannung U A berechnen. Die Berechnung ergib sich aus dem Versändnis der folgenden Komponenen. Die in den Kaalogen angegebene Ausgangsspannung U D von Transformaoren is zudem ein Effekivwer. Der Scheielwer berechne sich also wie folg: û D = U D 2 Claude Loullingen 2

3 15.2 Gleichricher Einpuls-Gleichricherschalung (auch M1-Gleichricher genann) Schalung: Spannungsverläufe: ~0,7V Wirkungsweise: Während der posiiven Halbwelle der Eingangsspannung wird die Diode in Durchlassrichung berieben und es fließ ein Srom zum Verbraucher. An der Diode gehen aber ungefähr 0,7V verloren. Dadurch is û C 0,7V kleiner als û D. Während der negaiven Halbwelle der Eingangsspannung wird die Diode in Sperrrichung berieben, es kann also kein Srom fließen (i=0). Die Spannung am Ausgang is Null, da =R L *i. Claude Loullingen 3

4 Nacheil des M1-Gleichrichers: Während der negaiven Halbwelle fließ kein Srom, also wird auch keine Energie zum Verbraucher ransporier. Der Srom durch eine am Ausgang angeschlossene Glühbirne würde zwar nur noch in eine Richung fließen, aber sie würde nur noch halb so hell leuchen wie an Wechselspannung. Abhilfe schaff hier der B2-Gleichricher Zweipuls-Gleichricherschalung (auch B2-Gleichricher genann) Schalung: D 1 D 2 D 3 D 4 Spannungsverläufe: Bei der Spannung sprich man auch von einer gepulsen Gleichspannung. Claude Loullingen 4

5 Aufgabe 1: Trage in den folgenden Schalungen den geschlossenen Verlauf des Sroms während der posiiven und der negaiven Halbwelle ein. posiive Halbwelle der Eingangsspannung u E D 1 D 2 G ~ R L D 3 D 4 Während der posiiven Halbwelle leien die Dioden und die Dioden sperren. negaive Halbwelle der Eingangsspannung u E D 1 D 2 G ~ R L D 3 D 4 Während der posiiven Halbwelle leien die Dioden und die Dioden sperren. Claude Loullingen 5

6 Aufgabe 2: Wie groß is ungefähr die Spannungsdifferenz zwischen û D und û C? Trage den Wer in die Liniendiagramme auf Seie 4 ein. Aufgabe 3: Zeichne eine Verpolungsschuzschalung die im Fall einer verpol angeschlossenen Baerie die Spannung auomaisch umkehr. Weshalb is diese Schalung roz geringer Kosen kaum in baerieberiebenen Geräen zu finden? Aufgabe 4: Woher haben die Einpuls- und die Zweipuls-Gleichricherschalung ihren Namen? Messung der Spannungsverläufe an einem B2-Gleichricher mi einem Oszilloskop: Es is nich ohne weieres möglich gleichzeiig und mi dem Oszilloskop zu messen, da die beiden Masseanschlüsse der Kanäle 1 und 2 mieinander verbunden sind. Die Spannung und haben aber keinen gemeinsamen Punk an den man die Masse des Oszilloskops anschließen könne. Enweder muss man die beiden Spannungen nacheinander berachen oder einen Trennversärker benuzen. Claude Loullingen 6

7 15.3 Spannungsgläung Uner Spannungsgläung verseh man die Verringerung der Reswelligkei u einer pulsierenden Gleichspannung. Definiion der Reswelligkei u: u = u MAX u MIN u is die Reswelligkei in Vol [V] Schalung: Zur Spannungsgläung kann man einfach einen Kondensaor parallel zum Ausgang des Gleichrichers schalen. Da der Kondensaor parallelgeschale is veränder sich dadurch nich nur die Spannung u B sondern auch die Spannung. u B Spannungsverlauf: u mi Kondensaor u MAX u MIN ohne Kondensaor 1 2 Wirkungsweise: Der Kondensaor wirk als Ladungsspeicher. Während der Zei 1 wird der Kondensaor schnell über den Gleichricher geladen, wodurch die Spannung am Kondensaor seig. In der Zei 2 wird der Kondensaor durch den Lassrom enladen, dadurch fäll die Spannung wieder langsam ab. Claude Loullingen 7

8 Für die Reswelligkei gil allgemein: Je größer die Kapaziä C G des Gläungskondensaors und je kleiner der Lasrom I, umso geringer is die Reswelligkei u der Spannung. Fausformel für die Dimensionierung des Gläungskondensaors C G : C G µ F V = A I u C G is die Kapaziä des Gläungskondensaors in Mikrofarad [µf] I is der Lassrom in Ampere [A] u is Reswelligkei in Vol [V] (siehe auch Kapiel 15.4) 15.4 Spannungssabilisierung Die Reswelligkei gegläeer Gleichspannungen is für viele Anwendungen noch zu hoch. So muss zum Beispiel die Beriebsspannung von TTL-IC s 5V±0,25V beragen. Daher benuz man zusäzlich Fesspannungsregler. Dies sind inegriere Schalungen (IC s) die am Ausgang eine konsane Spannung abgeben, wenn am Eingang ein Spannungsüberschuss beseh. Der Überschuss wird im Regler verheiz. Schalung: u B u A Für eine korreke Funkion des Reglers muss die kleinse Eingangsspannung u Emin immer noch 3V über der Ausgangsspannung u A liegen, d.h.: ue min ua + 3V Außerdem solle die Reswelligkei von u E nich mehr als 20% der Ausgangsspannung U A beragen: u 0,2 E u A Claude Loullingen 8

9 Zur Unerdrückung von hochfrequenen Sörungen muss dem Fesspannungsregler außerdem jeweils ein Kondensaor vor- und nachgeschale werden. u B u A C B = 100nF C A = 1µF Aufgaben: 5. Zeichne und beschrife die Schalung eines kompleen Nezeils inklusive Schuzmaßnahmen. 6. Dimensioniere alle Baueile für ein 12V/2A Nezeil. Beginne mi C A und arbeie dich zum Transformaor vor. 7. Woran könne es liegen, wenn die Spannung roz opisch vorhandenem Gläungskondensaor nich gegläe is? 8. Wie wirk sich ein Defek (Unerbrechung resp. Durchgang) einer einzelnen Diode des B2- Gleichrichers auf die Spannung aus? Claude Loullingen 9