Informations- und Kommunikationstechnik

Gleichrichtung mit Spannungsvervielfachung

Durch die spezielle Anordnung von Dioden und Ladekondensatoren lassen sich Gleichrichtschaltungen entwickeln, deren Ausgangsgleichspannung größer als der Spitzenwert der Eingangswechselspannung ist. Die Sonderschaltungen unterscheiden sich nach dem Prinzip der Einpuls- und Zweipulsvervielfacher. Die Einpulsschaltungen laden die Kondensatoren in jeder Sinusperiode nur einmal auf. Die Zweipulsschaltungen laden in jeder Halbperiode die in Reihe geschalteten Kondensatoren auf.

Einpulsspannungsverdoppler D1 nach Villard

Bei einer unbelasteten M1U Einweggleichrichtschaltung ist parallel zur Diode der doppelte Spitzenwert der Eingangswechselspannung messbar. Die Nulllage der Eingangswechselspannung ist um den einfachen Spitzenwert ins Positive verschoben. Wird diese Diodenspannung als Quelle für eine weitere Einweggleichrichtung verwendet, so lädt sich der folgende Ladekondensator am unbelasteten Ausgang auf die doppelte Gleichspannung auf. Die Grafik zeigt die Schaltung und die Oszillogramme an den entsprechenden Messpunkten.

Villardschaltung mit Diagrammen

Einpulsspannungsvervielfacher, die Hochspannungskaskade

Die Villardschaltung ist erweiterbar, wobei immer die Spannung parallel zur letzten Diode als Quelle für die folgende Einweggleichrichtung benutzt wird. Diese Schaltungsart wird Kaskade genannt, Kurzbezeichnung V1. Die Sperrspannung jeder Diode muss oberhalb des doppelten Spitzenspannungswerts der Sekundärspannung des Trafos liegen.

Hochspannungskaskade

Hochspannungskaskaden werden zur Erzeugung von Anodenspannungen für Kathodenstrahlröhren in alten Fernsehgeräten und Oszilloskopen sowie in Lasergeräten eingesetzt. Der Innenwiderstand einer Kaskade ist hoch. Ohne größeren Spannungsverlust kann sie nur kleine Lastströme abgeben. Das folgende Bild zeigt eine Spannungskaskade aus drei Villardelementen. Die unbelastete Ausgangsspannung errechnet sich aus der Anzahl der Elemente multipliziert mit der doppelten Spitzenspannung des Trafoausgangs.

Bei Belastung nimmt der Ladezustand der am Ende der Kette liegenden Kondensatoren stärker ab. Sie werden von den davor liegenden Kondensatoren nachgeladen. Der Innenwiderstand steigt mit der Anzahl der Villardstufen an. Die Verwendung großer Kapazitätswerte wirkt dem entgegen. Bis auf den Eingangskondensator müssen alle Bauteile für den doppelten Spitzenspannungswert der Speisespannung ausgelegt sein. Der Diodenstrom erhöht sich mit der Stufenzahl n. Der Eingangsstrom errechnet sich zu: Ie = n·Ia.

Zweipulsspannungsverdoppler, die Delonschaltung

Dieser Spannungsverdoppler ist auch unter dem Namen Greinacher-Schaltung bekannt. Er besteht aus zwei Einwegschaltungen mit je einem Ladekondensator. Jeder Kondensator lädt sich unbelastet auf den Spitzenwert der Wechselspannung auf. Die Ausgangsspanung wird parallel zur Reihenschaltung beider Kondensatoren abgenommen. Die Sperrspannung beider Dioden muss mindestens dem doppelten Scheitelwert der Wechselspannung entsprechen. Bei Belastung sinkt die Ausgangsspannung symmetrisch zur Nulllinie hin ab.

Delonverdoppler

Das Bild zeigt die D2-Schaltung der Zweipulsspannungsverdopplung und den Verlauf der Ladeströme für beide Halbwellen. Das Oszillogramm gibt die Verhältnisse an den Messpunkten A und B jeweils gegen Trafo-Masse als Nullpunkt für zwei unterschiedliche Belastungen wieder. Die Ausgangsspannung der Delonschaltung hat keinen eindeutigen Massebezug. Die Schaltung kann nicht kaskadiert werden.