Hobby-Elektronik: Gleichrichter-Grundschaltungen

Bild 1: Einweg-Gleichrichter. Diese einfachste Gleichrichterschaltung sollte nur für kleine Ströme verwendet werden, da nur die positive Halbwelle der Wechselspannung zur Gleichrichtung verwendet wird.
Bild 2: Zweiweg-Gleichrichter. Mit dieser Schaltung werden beide Halbwellen der Wechselspannung gleichgerichtet. Die Schaltung benötigt, um eine Gleichspannung + Ub gleicher Größe wie in Bild 1 zu erzielen, zwei Transformator-Sekundärwicklungen mit jeweils der Wechselspannung der Größe U~.
Bild 3a, b: Vollweg-Gleichrichter (Brücken-Gleichrichter). Man beachte: Die Bilder 3a und 3b sind nur zwei verschiedene, gebräuchliche Darstellungsweisen ein und derselben Schaltung. Auch diese Schaltung nutzt beide Halbwellen der Wechselspannung zur Gleichrichtung. Sie benötigt nur eine Trafo-Sekundärwicklung.
Ein Nachteil gegenüber der Schaltung Bild 2 liegt unter Umständen darin, daß hier kein Anschluß der Sekundärwicklung mit dem Bezugspotential (Ground = GND) verbunden ist, dieselbe Sekundärwicklung also nicht gleichzeitig zusätzlich für weitere Schaltungen (z.B. bei der Modellbahn: Beleuchtung, Magnetartikel) verwendet werden kann, falls diese Schaltungen aus sonstigen schaltungstechnischen Gründen mit GND verbunden sein müssen.

Auf die Berechnungen zur Dimensionierung dieser Schaltungen einzugehen, möchte ich mir und Ihnen an dieser Stelle ersparen und mich daher auf einige grobe, überschlägige Angaben zur Dimensionierung beschränken. Im Übrigen gilt hier: Probieren geht über Studieren.
Die erzielte Gleichspannung + Ub beträgt im Leerlauf den 1,4-fachen Wert der effektiven Wechselspannung U~ der Trafo-Sekundärwicklung. Bei Stromentnahme sollte man in der Praxis für + Ub nur mit etwa dem 1,2-fachen Wert von U~ rechnen. Es ist auch zu berücksichtigen, daß die Trafospannung U~ (insbesondere bei kleineren Trafos) im Leerlauf meist deutlich über dem aufgedruckten Nennwert liegt und bei Belastung (Stromentnahme) zufolge des Innenwiderstandes "ganz schön in die Kniee geht".
Die Größe des Glättungskondensators C hängt von dem Strom, den die Schaltung liefern soll, ab. Für Ströme von 0,1 bis 1 Ampere sind Elektrolyt-Kondensatoren von etwa 470 bis 4700 Mikrofarad zu verwenden. Zur Unterdrückung von Schwingneigung und HF-Störungen kann man evtl. einen 0,1 uF-Keramik-Kondensator Ck parallel schalten. Für Ströme bis 1 A eignet sich als Gleichrichter die Standard-Diode 1N400x (x = 1 bis 7, siehe unten) oder ein entsprechender Brückengleichrichter.
Selbstverständlich muß der Trafo den gewünschten Strom liefern können, die Kondensatoren und Gleichrichterdioden müssen die benötigte Spannungsfestigkeit haben. Die Standard-Gleichrichterdioden 1N4001, 1N4002 ... 1N4007 haben in dieser Reihenfolge folgende maximalen Sperrspannungswerte: 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000 Volt.
Wird eine positive Gleichspannung + Ub und eine negative Gleichspannung - Ub bezogen auf GND benötigt, so können die Schaltungen nach Bild 4 und Bild 5 verwendet werden. Bild 4 und Bild 5 entsprechen Bild 1 bzw. Bild 2 in doppelter, spiegelbildlicher Ausführung. Für die Dimensionierung gilt das oben Gesagte. Die Schaltung nach Bild 4 ist wiederum nur für kleinere Ströme gedacht, sie ist z.B.für Experimente mit Operationsverstärkern geeignet; zu diesem Zweck ist hier zusätzlich ein Spannungsteiler mit Poti-Abgriff vorgesehen, mit dem eine variable Spannung auf den Opamp-Eingang gegeben werden kann.
Die Brückengleichrichter-Schaltung kann zur Erzeugung einer positiven und negativen Spannung in doppelter, zu Bild 3 spiegelbildlicher Ausführung nicht verwendet werden, da die Trafo-Wicklung (wie oben bereits ausgeführt) nicht mit GND verbunden ist . Hierfür sind ggf. zwei gleiche, getrennte (!) Sekundärwicklungen erforderlich.
Die Bilder 6 und 7 zeigen zwei Gleichrichter-Schaltungen mit gleichzeitiger Spannungsverdopplung, d.h. man erhält für + Ub die zweifache Größe der Gleichspannung wie bei den Schaltungen nach Bild 1 bis Bild 3. Die Schaltungen sind jedoch eher nur für kleine Ströme geeignet. Die Kondensatoren sind gleich groß zu wählen. Bild 8 zeigt eine dimensionierte Schaltung (spiegelbildlich verdoppelte VILLARD-Schaltung nach Bild 7), mit der aus einem 8-Volt-Klingeltrafo eine positive und eine negative Spannung von etwa 18 Volt bei einer Stromentnahme bis etwa 100 mA gewonnen werden können.