Wechselspannung gleichrichten mit Dioden

Wenn als Spannungsquelle eine Wechselspannung zur Verfügung steht, man jedoch eine Gleichspannung benötigt (z.B. wenn ein Bauteil nicht mit Wechselspannung betrieben werden darf), so gibt es eine Möglichkeit, die Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. Dieser Vorgang wird auch Gleichrichten von Wechselspannung genannt.

Bei einer gewöhnlichen Wechselspannung verläuft die Spannungskurve sinusförmig. Der Stromfluss ändert sich dabei ständig. Das Ziel bei der Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung ist, dass der Strom nur in eine Richtung fließt. Hierfür bietet sich der Einsatz von Dioden an. Denn, eine Diode kann in Durchlasspolung oder Sperrpolung betrieben werden. In die eine Richtung lässt die Diode den Strom durch, in die andere Richtung sperrt sie. Setzt man in einer elektrische Schaltung eine Diode ein, würde der Strom nur noch in eine Richtung durchgelassen werden und man hätte eine wichtige Voraussetzung für einen Gleichstrom erfüllt.

Setz man in eine elektrische Schaltung eine Diode, so wird diese Schaltungsart Einweg-Gleichrichterschaltung oder Einpuls-Mittelpunktschaltung genannt. Die Diode sorgt dafür, dass die Flussrichtung des Stroms nur in eine Richtung geht, in dem der Strom in die eine Richtung gesperrt und in die andere Richtung durchgeleitet wird. Somit entfällt eine Halbwelle der Wechselspannung. Genau genommen hat man es hierbei nicht mit einer klassischen Gleichspannung zu tun, sondern mit einer Mischspannung aus Gleich- und Wechselspannung, da der Strom zwar in eine Richtung fließt, zeitlich jedoch nicht konstant ist. Man nennt das auch pulsierende Gleichspannung.

Das Einweggleichrichten hat den Nachteil, dass die zweite Halbwelle quasi verloren geht. Wenn man auch die zweite Halbwelle nutzen möchte, kann man mehrere Dioden zu einer Brückenschaltung zusammenfassen. Hierbei benötigt man vier Dioden, die wie nachfolgend abgebildet geschaltet werden.

Bei dieser Schaltung sind vier Dioden so angeordnet, dass der elektrische Strom in beide Richtungen des Stromflusses durch zwei Dioden verläuft und die Richtung des Stromflusses durch den Lastwiderstand (R_L) identisch bleibt. Somit wird jeweils eine positive Halbwelle erzeugt. Dadurch, dass der Stromfluss durch zwei Dioden erfolgt, ist die Maximalspannung (U2_max) um die doppelte Schwellspannung (U_F) reduziert. Nachfolgend ist der Stromfluss in beide Richtungen abgebildet.

Damit man die Wellen möglichst glättet, kann man in die Brückenschaltung einen Siebkondensator einbauen. Ein Siebkondensator lädt sich auf, wenn die Spannungskurve nach oben geht. Dadurch flacht die Spannungskurve etwas ab. Wenn die Spannungskurve nach unten geht, entlädt sich der Kondensator und die Spannungskurve sinkt nicht bis auf 0 ab. Auf dem nachfolgenden Bild zeigt die rote Spannungskurve den Verlauf bei einer Brücken-Gleichrichterschaltung ohne Kondensator und die blaue Spannungskurve den Verlauf mit einem Kondensator.