Einfaches Netzgerät mit Stabilisierschaltung

Inhaltsverzeichnis

Aufgabenstellung

1. Transformator & Netzgerät allgemein
1.1. Aufgabe des Transformators
1.2. Funktionsprinzip des Transformators
1.3. Das Netzgerät

2. Dimensionierung
2.1. Dimensionierung des Ladekondensators
2.2. Dimensionierung des Siebgliedes

3. Z-Diode
3.1. Erarbeitung der Leitungsvorgänge in Metallen
3.2. Darstellung der Leitungsvorgängen im reinen Halbleiter
3.3. Die Z-Diode
3.4. Praxisbeispiele einer Z-Diode
3.5. Pulstrombelastung von Gleichrichterdioden

4. Vollständige Dimensionierung eines Netzgerätes
4.1. Dimensionierung der Z-Diode
4.2. Dimensionierung vom Siebglied
4.3. Dimensionierung vom Ladekondensator
4.4. Sekundärspannung am Transformator

5. Literaturverzeichnis

Aufgabenstellung:

1. Teilaufgabe

1. Erläutern Sie die Aufgabe des Transformators und erklären Sie dessen grundlegendes Funktionsprinzip.
2. Ordnen Sie in der entsprechenden Abfolge die Liniendiagramme den Schaltungsteilen zu, an denen sie entstehen. Erläutern Sie die Funktion des entsprechenden Schaltungsteils und erklären Sie dabei das Aussehen des entsprechenden Liniendiagramms.

2. Teilaufgabe

1. Entwickeln Sie eine Berechnungsgrundlage zur Dimensionierung eines Ladekondensators.

Erläutern Sie den Ansatz und schätzen Sie den theoretisch gefundenen Berechnungszusammenhang für CL mit dem praktisch erarbeiteten Ansatz ab.
2. Erklären präzise die Funktion eines Siebglieds als frequenzabhängigen Spannungsteiler und beschreiben Sie diesen mit Hilfe der Mathematik.

3. Teilaufgabe

Funktion und Dimensionierung des Stabilisierteils

1. Erklären Sie den halbleiterphysikalischen Aufbau einer Z-Diode. Unterscheiden Sie dabei zwischen dem sogenannten Zener- und Lawineneffekt. (Erklärende Schemaskizzen sind angebracht).
2. Zeigen Sie an zwei weiteren Praxisbeispielen den technischen Einsatz von Z-Dioden.
3. Erklären Sie, was man unter Pulsstrombelastung der Gleichrichterdioden versteht und zeigen Sie an einem Beispiel aus einem Datenblatt die Angabe Stromimpulsbelastung von Dioden.
4. Vollständige Dimensionierung eines Netzgerät.

1 Transformator & Netzgerät allgemein

1.1 Aufgabe des Transformators:

Der Transformator hat die Aufgabe, eine angelegte elektrische Spannung in eine meist niedrigere oder höhere Spannung umzuwandeln. Außerdem wird er zur galvanischen Trennung eingesetzt, bei der die ausgegebene Spannung gleich der angelegten Spannung ist (Trenntrafo).

1.2 Funktionsprinzip des Transformators:

Wird an der Primärwicklung des Trafos eine sinusförmige Wechselspannung angelegt, so erzeugt diese ein magnetisches Wechselfeld im Trafokern. Dieses Wechselfeld induziert in der Sekundärwicklung eine entsprechende Spannung. Wenn nun

ausgangsseitig ein Lastwiderstand angeschlossen wird, so kann ein Ausgangsstrom fließen und die Energie abgeben.

1.3 Das Netzgerät

Schematische Darstellung des Netzgerätes und Bezeichnung der einzelnen Schaltungsteilen:

1 Transformator:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Erklärung der Funktionsweise unter Punkt 1.2.

In dem Liniendiagramm kann man erkennen, dass der Transformator aus einer an der Primärwicklung angelegten sinusförmigen Spannung wieder eine sinusförmige Spannung transformiert. Diese Spannung kann dann an der Sekundärseite abgegriffen werden.

2 Zweipuls-Brückenschaltung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im Allgemeinen haben Gleichrichterschaltungen die Aufgabe, Wechselspannungen in Gleichspannungen umzurichten.

Bei der Zweipuls-Brückenschaltung sind bedingt durch die sinusförmige Wechselspannung die der Transformator liefert abwechselnd immer zwei Dioden in Durchlassrichtung und zwei Dioden in Sperrrichtung geschaltet. In der Kennlinie wird deutlich, dass während der Gleichrichtung die negative Sinushalbwelle in den positiven Bereich geklappt wird. Auffällig hierbei ist jedoch die Lücke, die zwischen den Halbwellen entstanden ist (roter Kreis). Diese Lücke lässt sich dadurch erklären, dass die Dioden selbst eine gewisse Spannung benötigen, ehe sie durchschalten. Diese Spannung steht dann für den Rest der Schaltung nicht mehr zur Verfügung.

3 Ladekondensator:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Während der Zeit in der die Spannung nach der Zweipuls-Brückenschaltung ansteigt, lädt der Kondensator sich auf. Zwischen den Halbwellen überbrückt der Kondensator die Spannungslücken indem er sich entlädt. Die Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Spannungswert wird Brummspannung genannt.

Je größer man die Kapazität des Kondensators wählt, desto kleiner wird die Brummspannung. Hierbei ist zu beachten, dass man die Kapazität nicht beliebig hoch wählen kann, da sonst der hohe Ladestrom die Gleichrichterdioden zerstört.

4 Siebglied

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Siebglied, das aus Widerstand und Kondensator besteht, hat die Aufgabe, die durch den Ladekondensator entstandene Brummspannung möglichst stark zu glätten. Hierbei ist die Funktionsweise ähnlich der des Ladekondensators: je größer die Kapazität, desto kleiner die Brummspannung. Dies wird durch den Vergleich der Kennlinie des Ladekondensators mit der Kennlinie des Siebgliedes deutlich erkennbar.

5 Stabilisierschaltung:

Der Stabilisierteil hat die Aufgabe, Laständerungen und Eingangsspannungsschwankungen zu stabilisieren. Hierbei wirkt die Z-Diode als Filter. Sie sperrt bis zu einer gewissen Spannung; sobald diese Spannung überschritten wird, schaltet sie durch und hält die Spannung an der dahinter parallel geschalteten Last konstant. Dies lässt sich an der fast waagerechten Kennlinie erkennen.

2 Dimensionierung

2.1 Dimensionierung des Ladekondensators

Anordnung des Ladekondensators in der Schaltung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die pulsierende Gleichspannung die uns an der Ausgangsseite des Gleichrichters geliefert wird (Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten) (siehe Bild 1) soll von einem Ladekondensator (Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten) geglättet werden. Zu diesem Zweck wird der Ladekondensator zum Lastwiderstand (Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten) parallel geschaltet.

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