Gleichrichter werden verwendet, um aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung zu machen. Bei ungesteuerten Gleichrichten geschieht dies über Dioden. Gleichrichter befinden sich zum Beispiel in Netzteilen, bei Generatoren oder auch Frequenzreglern. Neben einphasigen Gleichrichtern gibt es auch Gleichrichter für Drehstromnetze. In diesem Artikel zeigen wir, wie ein einfacher Gleichrichter gebaut wird, der für die meisten einfachen Anwendungen verwendet werden kann.

Einpuls Einwegschaltung

Diese Schaltung besteht aus einer Diode, die die positive Halbwelle der Wechselspannung ausnützt. Bei der positiven Halbwelle lässt die Diode diese Spannung durch. Wechselt die Spannung in den negativen Bereich, so sperrt die Diode. Die positive Netzhalbwelle erzeugt an der Anode ein positiveres Potential als an der Kathode, was den Durchlass vom Strom ermöglicht. Die genaue Fachbezeichnung dieser Schaltung lautet E1U. Diese Schaltung hat folgende Eigenschaften:

- Hoher Brummspannungsanteil
- nur für kleine Ströme geeignet
- 50/60-Hz-Brummfrequenz
- große Restwelligkeit am Verbraucher
- unsymmetrische Belastung der Wechselstromquelle

Zweipuls Brückenschaltung

Die Zweipuls Brückenschaltung (B2U) nutzt im Gegensatz zur Einpuls-Schaltung beide Wechselstromhalbwellen aus. Diese Schaltung besteht aus vier Dioden die zu einer Brücke geschaltet sind. Diese Schaltung ist die meist verwendete Gleichrichterschaltung und kann je nach Dioden-Typ bis zu einigen Kilowatt an Leistung gleichrichten. Da bei dieser Schaltung beide Halbwellen der Wechselspannung genutzt werden beträgt der arithmetische Mittelwert der Leerlaufspannung auf der DC-Seite doppelt so viel wie bei der Einpuls-Schaltung. Die Spannung beträgt dann etwa 90% der Effektivspannung auf der AC-Seite. Diese Schaltung hat folgende Eigenschaften:

- Niedriger Brummspannungsanteil
- Für höhere Ströme geeignet
- Niedriger Glättungsaufwand

Brückenschaltung glätten

Obwohl bei der Zweipuls-Schaltung sehr wenig Restwelligkeit am Verbraucher anliegt, kann diese Schaltung noch weiter optimiert werden. Dazu kommen sogenannte Glättungskondensator zum Einsatz. Der gepolte Kondensator wird parallel zum Verbraucher im Gleichstromkreis geschaltet und hält die Spannung beim Nulldurchlauf auf AC-Seite weiterhin aufrecht. Je nach Last muss die Kapazität vom Kondensator entsprechend groß dimensioniert sein. Um Spannungseinbrüche noch weiter zu optimieren, kann z.B. die AC-Frequenz erhöht werden. Dies geschieht u. a. in Schaltnetzeilen. Eine weitere Möglichkeit besteht, wenn man einen zweiten Kondensator mit einem RC-Glied als Tiefpass einsetzt und dadurch die Restwellen filtert.

Glättungskondensator berechnen

Wichtig ist, dass der Glättungskondensator für die entspreche Spannung ausgelegt ist. Liefert der Gleichrichter 12 V, so kann der Elektrolytkondensator für 18 V ausgelegt sein. Liefert der Gleichrichter 24 Volt, so wäre ein Kondensator mit 35 V sehr gut geeignet. Um die Restwelligkeit besser zu senken, sollte die Kapazität immer etwas größer sein, als der errechnet wert. Errechnet man z.B. eine Kapazität von 830 µF, so kann ein Kondensator mit 1000 µF eingesetzt werden.

Die Formel besteht aus folgenden Parametern:

C = Die zu errechnende Kapazität vom Kondensator
I = Der Betriebsstrom
Δt = Die Periodendauer in ms (10 ms bei 50 Hz)
ΔU = Spannung

Hat der Gleichrichter 12 Volt, der Verbraucher 1000 mA und die Frequenz 50 Hertz, so ergäbe sich folgende Formel: C=1000*(10/12). Das Ergebnis wäre gerundet 833, was bedeutet das der Kondensator über 833 µF sein müsste.