Gleichrichter-Schaltung

Viele Geräte benötigen als Spannungsversorgung eine Gleichspannung. Ob Laptop, Smartphone, FritzBox oder Digicam, wenn ihr diese Geräte statt mit dem Akku mit Netzspannung betreibt, dann muss die Wechselspannung, die das Hausnetz liefert (230 V, 50 Hz) in eine kleinere Gleichspannung umgewandelt werden. Die Reduzierung der Spannung (z.B. von 230 V auf 3,6 V kann über Transformatoren erfolgen). Basis der Gleichrichterschaltungen sind Dioden.

Netzteil Gleichrichtung
Netzteil Fritz-Box Ausgang 12 V Gleichspannung
Ladegerät Gleichrichtung
Netzteil schnurloses Telefons; Output 1: 7,5 V Gleichspannung

Je nach Bedarf kann die Gleichrichtung der Wechselspannung unterschiedlich aufwendig erfolgen. Auf dieser Seite werden zwei Arten der Gleichrichtung vorgestellt.

  1. Ein-Weg-Gleichrichtung
  2. Zwei-Weg-Gleichrichtung bzw. Brückengleichrichtung bzw. Graetz

1. Ein-Weg-Gleichrichtung

Du kennst bereits die Kennlinie einer Diode. Eine Diode lässt den Strom nur in eine Richtung passieren. Für die andere Stromrichtung wirkt die Diode wie eine Leitungsunterbrechung. Über der Diode wird der Spannungsverlauf parallel mit dem Oszillographen gemessen. 

Der Widerstand in der Schaltung dient zur Begrenzung des Stromes. Da die Diode in Durchlassrichtung wie ein geschlossener Schalter wirkt, würde ein Kurzschluss entstehen. Der hohe Strom würde die Diode zerstören.

Gleichrichter Schaltung

Die Ausrichtung der Diode in der Schaltung ist entscheidend dafür, ob die positive oder die negative Halbwelle des Eingangssignals die Diode passieren kann.

Das Oszillographenbild zeigt zwei Kurven. Die obere Kurve stellt das Eingangssignal, die Wechselspannung dar. Die untere Kurve zeigt das Ausgangssignal. Hier ist zu erkennen, dass je nach Ausrichtung nur die obere- oder die untere Halbwelle des Eingangssignals die Diode “passieren” konnte.

Am Ausgang liegt jetzt wahlweise ein Signal an, welches ausschließlich positive oder negative Spannungswerte annimmt. Für einige Anwendungen und Geräte ist das ausreichend. Es ist aber auch zu erkennen, dass die Spannung periodisch Werte zwischen Null und ihrem Maximum annimmt. Außerdem ist die Spannung während der halbe Zeit Null. Mit der Zwei-Weg-Gleichrichtung kann das Ausgangssignal weiter optimiert werden.

2. Zwei-Weg-Gleichrichtung bzw. Brücken-Gleichrichtung bzw. Greatz

Die hier betrachtete Schaltung wird als „Zwei-Weg-Gleichrichtung“, „Brückengleichrichtung“ oder „Graetz“ bezeichnet. Du kannst die verschiedenen Bezeichnungen synonym verwenden. Die Zwei-Weg-Gleichrichtung besteht aus zwei Paaren parallel geschalteter Dioden. Das Eingangssignal, eine Wechselspannung, liegt über dem oberen und unteren Anschluss der Schaltung (~) an. Je nach Polung des Eingangssignals, fließt der Strom durch das eine oder das andere Diodenpaar.

Das Ausgangssignal kann über den Anschlüssen (+, -) abgenommen werden.

In der folgenden Animation wurden die vier Dioden durch LEDs ersetzt. Das Eingangssignal hat eine kleine Frequenz. Am Leuchten der Dioden ist zu erkennen, in welchem Zweig der Schaltung gerade ein Strom fließt.

Greatz Schaltung
Greatz Zweiweggleichrichtung

Am Ausgang liegt jetzt ein Signal an, welches ausschließlich Spannungswerte einer Richtung annimmt. Weiter liefert der Ausgang im Unterschied zur Ein-Weg-Gleichrichtung, ein permanentes Signal. Wie schon bei der Ein-Weg-Gleichrichtung nimmt die Ausgangsspannung periodisch Werte zwischen Null und ihrem Maximum an.

Für einige Anwendungen und Geräte ist das ausreichend. Viele Geräte benötigen aber eine Versorgungsspannung die weitgehend konstant ist. Für solche Anwendungen muss das Ausgangssignal geglättet werden. Das passiert mit Hilfe von Kondensatoren.