Art of electronics Abbildung 1.89 "Gleichstromwiederherstellung"

[Chris (Gast)]

Ich steh grade total auf dem Schlauch, was im Titel genannte Schaltung 
angeht. Ich habe die Schaltung auch nochmal als Screenshot angehangen, 
damit nicht jeder das Buch rauskramen muss. Ich habe den R1 als 
Belastung hinzugefügt, weil ich sehen wollte, wie sich die Belastung auf 
die Schaltung auswirkt.

Laut den Autoren würde die Schaltung "Gleichstrom wiederherstellen", 
also einen Gleichanteil zu einem Wechselspannungssignal hinzufügen.

Als ich die Schaltung gesehen habe, dachte ich zuerst, dass einfach 
alles unter -0,6V abgeschnitten wird und alles positive so bleibt wie es 
ist. Wenn ich den Kondensator durch einen Widerstand ersetze bestätigt 
das LTSpice auch.

Allerdings in der Schaltung so wie sie im Buch (und auch hier im Anhang) 
steht, also mit Kondensator, sagt LTSpice wirklich, dass das Signal 
unverändert ist und nur ein Gleichanteil hinzukommt. Wie groß der 
Gleichanteil ist, hängt von C, R1 und Diodentyp leicht ab, aber in 
meinem Beispiel ca 1,2V.

Kann mir jemand erklären wie das hinzufügen des Gleichanteils 
funktioniert?

[tabasco (Gast)]

Der Wechselstrom fließt über C1, D1 und R1. Da D1 in eine Richtung 
sperrt, lädt sich C1 auf etwa 2 * 0.707 Volt auf und entlädt seinen 
Gleichstromanteil auch über R1. Da er sich über R1 langsamer entlädt als 
er über D1 aufgeladen wird -> Gleichstromanteil.

[4toTakoe (Gast)]

Die Schwellspannung der Diode bleibt dann als Rest-AC-Anteil. Je kleiner 
die Schwellspannung, desto weniger AC Anteil.

(siehe Anhang)

[M.N. (Gast)]

Typisches Übersetzungsartefakt, wie es zu Hauf in der deutschen Version 
vorkommt, wie z.B. "zweigleisige Versorgung".

Es geht um die 
http://de.wikipedia.org/wiki/Villard-Schaltung#Villard-Schaltung

[Chris (Gast)]

Also ich verstehs nicht :-( Ich hab jetzt bestimmt 10 Seiten im Internet 
dazu angeguckt, aber mein Verständnis will nicht wachsen.

Sobald die Eingangsspannung negativer als 0,3V wird, fließt langsam 
Strom durch die Diode. Irgendwann (in meinem Beispiel kurz nachdem der 
Sinus wieder ansteigt) hört die Diode auf zu leiten, obwohl die 
Eingangsspannung noch weit unter der Schwellspannung der Diode liegt.

D.h. der Kondensator wurde aufgeladen und jetzt einen bestimmten 
Spannungsabfall, so dass die Diode nicht mehr leitet. Danach fließt laut 
LTSpice nie mehr Strom (außer noch ein paar winzigen Peaks beim 
Einschwingen). Und jetzt?

Im Endeffekt haben wir doch hier einen Spannungsteiler, der zumindest in 
der positiven Halbwelle einigermaßen linear ist. Nachdem die Diode in 
der positiven Halbwelle immer gesperrt ist, müsste doch - unabhängig von 
der Impedanz des Kondensators - die ganze Eingangsspannung an der Diode 
abfallen. Dann habe ich aber keinen zusätzlichen Gleichanteil. Wo ist 
denn mein Denkfehler?

Irgendwie scheine ich das Verhalten des Kondensators nicht zu verstehen. 
Ich habe auch nicht viel gefunden zu Kondensatoren im Wechselstromkreis, 
wenn kein ohmscher Widerstand dabei ist.

[Achim S. (Gast)]

der Kondensator lädt oder entlädt sich, wenn Strom durch ihn fließt. Das 
ist im Wesentlichen nur in der ersten, negativen Halbwelle des Sinus der 
Fall (weil da die Diode Strom fließen lässt). Wenn du in deiner 
Simulation V(n002,n001) aufträgst siehst du die Aufladekurve des 
Kondensators.

Diese Aufladung würde sich nur verändern, wenn wieder Strom duch den 
Kondensator fließen würde. Das ist später aber praktisch nicht mehr der 
Fall, weil du rechts keinen Verbraucher angeschlossen hast und weil die 
Diode danach praktisch nie mehr in Durchlassrichtung geplot ist.

Der Kondensator ist nach der ersten Halbwelle auf ca. 2,5V aufgeladen, 
d.h. an seinem linken Ende ist das Potential 2,5V niedriger als am 
rechten. Vielleicht hilft es dir, wenn du dir anstelle des Kondensators 
eine 2,5V Batterie vorstellst.

Wenn jetzt die Quellenspannung wieder ansteigt, steigt die Spannung am 
rechten Ende um den selben Wert an. Die Diode sperrt (sie sieht die 
Quellenspannung +2,5V), daher fließt kein Strom durch den Kondensator, 
damit bleibt der Kondensator immer im selben Ladezustand (auf 2,5V 
aufgeladen).

Chris schrieb:
> Im Endeffekt haben wir doch hier einen Spannungsteiler, der zumindest in
> der positiven Halbwelle einigermaßen linear ist.

Das ist eine wenig hilfreiche Betrachtung. Die Diode ist ein 
nichtlineares Bauelement. Wenn sie sperrt, dann kannst du sie 
bestenfalls mit einem extrem hohen Widerstand vergleichen, der keinen 
Strom fließen lässt

[MZ (Gast)]

Betrachten wir die Diode einfach mal als ideales Ventil (Ud = 0V):

Nach der negativen Halbwelle befinden sich 2V am Kondensator. Die rechte 
Platte hat ein Potential von +2V, die Linke 0V. Nun kommt die positive 
Halbwelle, die Diode verhindert jedoch den Stromfluss, was passiert mit 
der Spannung am Kondensator? Garnichts! ABER(!!) das Potential der 
rechten Platte verändert sich, da sich auch das Potential der linken 
Platte (sinusförmig) ändert und die Spannung am Kondensator ja erhalten 
bleiben muss, da kein Strom fließt.

Definierst du nun deinen Bezugspunkt so wie du es in deiner Simulation 
getan hast, dann erhältst du die Spannung die sich aus der 
Potentialdifferenz aus rechter Platte und "unterem" Pol der 
Spannungsquelle ergibt: ein pulsierendes Gleichsignal.

[Jobst M. (jobstens-de)]

Dreh die Schaltung einfach um!

Dann hast Du eine ganz normale Einweggleichrichtung.
Nach ein paar Perioden ist der Kondensator dann ganz mit einer 
Gleichspannung geladen.

Maschenregel dazu: Die Spannungen der Reihenschaltung Diode und 
Kondensator sind zu jedem Zeitpunkt genau so groß, wie die 
Wechselspannung. Und nun kannst Du nachrechnen, wie groß die Spannung 
über der Diode ist. ;-)


Gruß

Jobst