Was sind Gleichrichter?
Das Stromversorgungsnetz liefert eine Wechselspannung von 230 Volt
mit der Netzfrequenz von 50 Hertz an der häuslichen Steckdose. In
einigen Ländern sind andere Spannungen (110 Volt) und Netzfrequenzen
(60 Hertz) üblich.
Damit lassen sich viele Hausgeräte direkt betreiben, sofern sie für
diese Spannung ausgelegt sind. Kommen jedoch elektronische
Regelkomponenten ins Spiel, wird Gleichspannung benötigt. Auch
der Betrieb von diversen Elektrogeräten wie
verschiedenartige Verstärker und elektronische Steuerungen
erfordern Gleichspannung.
Als Endverbraucher bekommt man davon in der Regel nicht viel mit, da
die benötigte Versorgungsspannung der Art und der Höhe nach durch
Komponenten in den betreffenden Geräten mittels Netzteilen
bereitgestellt wird. Von der sinusförmigen Netzspannung ausgehend wird
dazu mittels eines Transformators die benötigte
Spannungshöhebereitgestellt. Um diese immer noch sinusförmige
Wechselspannung in die erforderliche Gleichspannung umzuwandeln,
kommen Gleichrichter in Kombination mit weiteren elektronischen
Bauelementen zum Einsatz.
Die Entwicklung der Gleichrichter
Die ersten Gleichrichter, die von verschiedenen Wissenschaftlern
bereits im ausgehenden 19. Jahrhundert entwickelt und patentiert
wurden, taugten nur für kleine Stromstärken. Um den Anforderungen des
wachsenden Einsatzes der Elektroenergie gerecht zu werden, wurden im
Laufe der Zeit allerhand Methoden ausprobiert, um Wechselspannung in
Gleichspannung umzuwandeln. Dazu gehörten elektromechanische Lösungen
mit Wechsel- und Gleichstrommotoren auf einer Welle, Schalttechniken,
die ihre Schwächen durch Kontaktabbrand offenbarten.
Über viele, zum Teil experimentelle Wege, unter anderem unter
Verwendung von Röhren und Glimmlampen, entstanden die
Trockengleichrichter mit ihrer typischen Plattenbauweise, basierend
auf dem chemischen Element Selen.
Erst mit der Erfindung des Transistors kurz nach dem Zweiten
Weltkrieg, wurde der sogenannte p-n-Übergang (positiv-negativ)
nutzbar, indem eine angelegte Spannung nur in einer Richtung durch den
Halbleiter-Kristall fließen kann, während der Stromfluss in die
entgegengesetzte Richtung gesperrt ist. Damit wurden sehr kleine
Gleichrichter-Bauelemente auf Halbleiterbasis möglich, zuerst in
Form von Germanium- dann Silizium-Dioden. Letztere sind
temperaturbeständiger ist als ihre chemischen „Verwandten“.
Wie funktionieren Gleichrichter?
Die angelegte Wechselspannung kann – je nach Richtung der
Gleichrichterdiode – zum Beispiel mit der positiven Halbwelle den
Gleichrichter passieren, während die negative Halbwelle gesperrt wird
(Pause). Um die „Pausen“ in der Stromversorgung zu puffern, werden auf
der Gleichstromseite Kondensatoren eingesetzt, die „einspringen“, wenn
die negative Halbwelle gesperrt ist.
Um den Gleichrichter-Vorgang effektiver zu gestalten, entwickelte der
deutsche Physiker Leo Graetz den Brückengleichrichter, der nach ihm
als Graetz-Schaltung benannt und mit vier definiert
verschalteten Dioden versehen ist.
Dabei kommen nach der Gleichrichtung nur die positiven Halbwellen
ohne Pause durch negative Halbwellen an. Dadurch hat die Welligkeit
die doppelte Frequenz der ursprünglichen Wechselspannung, was
den Aufwand an Glättung verringert.
Einen ähnlichen Effekt bietet der
sogenannte Mittelpunkt-Gleichrichter, bei dem allerdings ein
Transformator mit Mittelpunktanzapfung benötigt wird. Diese Form des
Gleichrichtens hat den Vorteil, dass nur zwei Dioden benötigt werden.
Bei Dreiphasen-Wechselstrom
kommen Dreiphasengleichrichter zum Einsatz, beispielsweise in
Kfz-Lichtmaschinen, wo die Glättung durch die Autobatterie übernommen wird.
Können Gleichrichter noch mehr?
Werden die Gleichrichterdioden mit einer Steuerung versehen, die
ihnen „mitteilt“, wann sie die jeweilige Halbwelle durchlassen sollen,
lassen sich Spannungsregelungen realisieren. Die rangieren
unter dem Fachbegriff „Phasenanschnitt-Steuerung“. Die Bauelemente
dafür heißen Thyristor.
Durch gezielte Verschaltung von Dioden und Kondensatoren sind
zudem Spannungsverdopplungen und -vervielfachungen möglich.
Diese Technologie wurde zum Beispiel in TV-Geräten mit Bildröhren
genutzt, um hohe Anodenspannungen zu erzeugen.
Welche Gleichrichter finden Sie bei Conrad?
Die Gleichrichter in unserem Shop sind aufgeteilt in:
Brückengleichrichter
Brückengleichrichter vereinen in einem Gehäuse die zuvor
genannte Graetz-Schaltung. Sie sind für Spannungen von 40 bis
1.800 Volt verfügbar. Unter dem Menüpunkt „Konfiguration (Diode)“ sind
die Anzahl und die Verschaltung der Dioden aufgeführt. Es gibt diverse Gehäusebauformen.
Gleichrichter-Dioden-Arrays
Gleichrichter-Dioden-Arrays vereinen ebenso mehrere Dioden in einem
Gehäuse, allerdings sind diese nicht in Brückenschaltung aufgebaut,
sondern stehen über die Außenanschlüsse für die Nutzung nach
Erfordernissen der jeweiligen elektronischen Schaltung zur Verfügung.
Für diese Gleichrichter gibt es ebenfalls viele unterschiedliche Gehäuseformen.
Zu erwähnen ist die „Schottky-Diode“. Sie besteht aus einem
Metall-Halbleiter-Übergang, der sich vor allem bei hochfrequenten
Anwendungen bewährt – beispielsweise in Schaltnetzteilen. Benannt
wurde diese Entwicklung nach dem deutschen Physiker Walter Schottky.
Viele dieser Bauelemente sind für industrielle Verarbeitungstechniken konzipiert.
Worauf sollten Sie beim Einsatz von
Gleichrichtern achten?
Beim Einsatz von Gleichrichter-Elementen sind die
landesspezifischen Gesetze und Verordnungen einzuhalten.
Darüber hinaus sind diverse Dioden für den Einsatz in Büromaschinen,
Kommunikationseinrichtungen, Messgeräten und Haushaltsanwendungen
geeignet. Für die Verwendung in Bereichen mit besonderen
Sicherheitsanforderungen, zum Beispiel in Flugzeugen, Kraftfahrzeugen
und Lebensrettungsausrüstung, bieten viele Hersteller gesonderte
Bauelemente an.
Wichtig ist, die Gleichrichter immer mit den passenden
elektrischen Parametern einzusetzen. Beachten Sie außerdem die
Datenblätter der Hersteller,
um Einschränkungen oder Einsatzbedingungen einhalten zu
können. Die Datenblätter stehen auf der jeweiligen Produktseite
kostenlos zum Download bereit.
Nutzen Sie zum Experimentieren mit Gleichrichtern nur kleine
Spannungen aus speziellen Netzteilen und keine 230-Volt-Netzspannung.
