Gelijkrichten Gelijkrichten met één diode We kunnen de typisch diode-eigenschap (doorlaten in één richting) gebruiken om van een wisselspanning een gelijkspanning te maken. We noemen dat gelijkrichten. Stel we nemen onderstaande schakeling: I U P U R U AC De wisselspanning UAC is 24 V. Deze spanning is netjes sinusvormig. Maar wat betekent nu die sinusvorm? Zolang de lijn van de sinus boven de nullijn zit, is de spanning positief. Zit de lijn van de sinus onder de nullijn, dan is de spanning negatief. Hoe hoog de spanning op dat moment is, kun je meten door de afstand tussen de nullijn en de sinuslijn op te meten. 1
Stel dat de spanning in het schema begint bij nul volt. De diode is dan niet in geleiding, want er moet minimaal 0,7 V over de diode staan voordat deze in doorlaat komt. Bij een spanning van 10 V (punt A) is de diode in geleiding. De spanning op de weerstand is nu 10-0,7 = 9,3 V. Bij een spanning van 32 V (punt B) is de diode in geleiding. De spanning op de weerstand is nu 32-0,7 = 31,3 V. Bij een spanning van -10V (punt C) staat de diode in sperrichting. De spanning op de weerstand is nu 0 V. We kunnen nu de curve van de netspanning en de spanning over de weerstand uittekenen. 0 0 0 0 Er ontstaat nu een vreemde gelijkspanning. Er is steeds 10 ms lang een bobbelvormige spanning en dan 10 ms lang geen spanning. We vinden dit geen fraaie gelijkspanning. Kan het beter? 2
Diodebrug Met een diodebrug kunnen we de beide sinushelften gebruiken. Een diodebrug (of gelijkrichterbrug) bestaat uit 4 diodes. Hieronder staat het schema. De diodebrug wordt ook wel Graetz-schakeling genoemd 3
Bij de positieve helft van de sinus geleiden twee van de vier diodes. Bij de negatieve helft van de sinus geleiden de andere twee dioden. De spanning aan de gelijkspanningszijde ziet eruit als een sinusvorm waarbij alle bobbels boven de nullijn liggen. Het is alsof de negatieve bobbels omgeklapt zijn naar boven. De effectieve waarde van de wisselspanning is in dit voorbeeld 24 V AC. De effectieve waarde van de gelijkspanning is 24 V DC. De topwaarde is ongeveer 34 V. 4
B A 0 0 C 0 0 5
Gelijkrichten en afvlakken De spanning die uit de diodebrug komt is al veel mooier dan de gelijkspanning die we met een enkele diode maken, maar toch willen we het graag nog mooier hebben. Dat doen we door de gelijkspanning te gaan afvlakken met een condensator. We plaatsen achter de diodebrug een grote condensator. Meestal is dit een elektrolytische condensator (ELCO). We kiezen voor dit type condensator omdat deze een veel hogere capaciteit heeft dan gewone condensatoren. 6
Vanaf punt A op de sinuslijncurve gaat de condensator zich opladen. Het net levert nu energie aan de en aan de condensator. Op punt B gaat de netspanning omlaag. De condensator is geladen en neemt nu het leveren van energie over van het net. De krijgt nu energie vanuit de condensator. Omdat er energie uit de condensator gehaald wordt, loopt de spanning hiervan langzaam omlaag. Op punt C wordt de netspanning weer hoger dan de condensatorspanning. Vanaf punt C levert het net weer energie aan de en wordt tegelijk de condensator weer volgeladen. A B C 7
Hoe hoger de condensatorwaarde, hoe kleiner de rimpelspanning. Het lijkt dus ideaal om een erg grote condensator te gebruiken, maar dat levert weer een nieuw probleem op. Als de rimpelspanning kleiner wordt, zal het net steeds minder tijd hebben om stroom te leveren. Toch moet het net in die korte tijd alle energie leveren voor de. De piekstroom kan daardoor wel erg hoog worden. Bij een stroom naar de van 1 A, kan de piekstroom best meer dan 20 A worden! Een nog grotere condensator is dus niet de oplossing. gemiddelde waarde van de gelijkspanning rimpelspanning netstroom 8
Als alternatief wordt gekozen voor een forse rimpelspanning en stabilisatie-elektronica. De forse rimpelspanning zorgt ervoor dat de netstroom niet al te hoge pieken krijgt. De stabilisatie-elektronica zorgt ervoor dat de uitgangsspanning van de voeding vrijwel geen rimpelspanning meer heeft. De stabilisatie-elektronica kan werken op twee principes: Dissipatie van overbodige energie. In dat geval is het een lineaire voeding. Snel schakelen met thyristoren. In dat geval is het een schakelende voeding. stabilisatie elektronica 9