Vollwellen-Mittenabgriff-Gleichrichter: Design, Messung und Simulation

Bauteile & Materialien

Bauteile & Materialien

• Niederspannungs-AC-Netzteil (6-V-Ausgang)
• Zwei 1N4001-Gleichrichterdioden (Radio Shack #276-1101)
• Kleiner „Hobby“-Motor, Permanentmagnet-Typ (Radio Shack #273-223 oder gleichwertig)
• Audio-Detektor mit Kopfhörern
• 0,1-µF-Kondensator
• Ein Kippschalter, SPST („Single-Pole, Single-Throw“)

Für dieses Experiment ist es essenziell, dass das Niederspannungs-AC-Netzteil mit einem Mittenabgriff ausgestattet ist. Ein Transformator ohne abgegriffene Sekundärwicklung funktioniert für diese Schaltung schlicht nicht.

Die Dioden müssen nicht exakt Typ 1N4001 sein. Jede „1N400X“-Serie von Gleichrichterdioden eignet sich und ist leicht erhältlich.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 3: „Diodes and Rectifiers“.

Lernziele

• Einen Mittenabgriff-Gleichrichter entwerfen
• „Rippel“-Spannung mit Voltmeter messen

Schaltplan

 

 

Aufbauillustration

 

 

Anleitung

Dieser Gleichrichter heißt vollwellig, weil er die gesamte Wellenform nutzt – sowohl positive als auch negative Halbwellen – zur Versorgung der DC-Last. Dadurch entsteht weniger „Rippel“-Spannung an der Last.

Der Effektivwert (RMS) des Gleichrichterausgangs ist bei dieser Schaltung auch größer als beim Halbwellengleichrichter. Nutzen Sie ein Voltmeter, um sowohl die DC- als auch die AC-Spannung am Motor zu messen.

Sie sollten die Vorteile des Vollwellengleichrichters sofort an den höheren DC- und niedrigeren AC-Anzeigen im Vergleich zum letzten Experiment erkennen. Ein experimenteller Vorteil dieses Kreises ist die Leichtigkeit, ihn in einen Halbwellengleichrichter „umzuwandeln“: Entfernen Sie einfach den kurzen Brückenleiter, der die beiden Kathoden der Dioden auf der Klemmleiste verbindet.

Noch besser: Für einen schnellen Vergleich zwischen Halb- und Vollwellengleichrichtung können Sie einen Schalter in den Kreis einbauen, der diese Verbindung willkürlich öffnet und schließt:

 

Mit der Möglichkeit, schnell zwischen Halb- und Vollwellengleichrichtung zu wechseln, lassen sich qualitative Vergleiche zwischen den beiden Betriebsarten einfach durchführen. Nutzen Sie den Audio-Signaldetektor, um die zwischen den Motoranschlüssen anliegende Rippelspannung bei Halb- und Vollwellengleichrichtung „zu hören“, und beachten Sie sowohl Intensität als auch Klangqualität des Tons.

Denken Sie daran, einen Kopplungskondensator in Reihe mit dem Detektor zu verwenden, damit dieser nur die AC-„Rippel“-Spannung und keine DC-Spannung empfängt:

 

 

Computersimulation

Schaltplan mit SPICE-Knotennummern:

 

 

Netlist (Textdatei mit folgendem Text exakt erstellen):

Fullwave center-tap rectifier
v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0)
v2 0 3 sin(0 8.485 60 0 0)
rload 2 0 10k
d1 1 2 mod1
d2 3 2 mod1
.model mod1 d
.tran .5m 25m
.plot tran v(1,0) v(2,0)
.end

Zugehöriges Arbeitsblatt

• Rectifier Circuits Worksheet