Ladungspumpe?

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Autor
Ladungspumpe?

    







BID = 588491

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt
 

  


Guten Abend,

Also ich habe vor ein Netzgerät(0-30V, Strombegrenzung bis 3A) zu bauen. Es gibt da eine Seite namens electronic-lab.com, wo diverse Projekte recht gut dokumentiert sind.
Den größten Teil der Schaltung (was im Wesentlichen das Zusammenspiel aus 3 op-amps und einer Darlington-Schaltung ist) verstehe ich.
Nun wollte ich mich aber nicht nur mit der groben Funktionsweise beschäftigen, sondern schon "tiefer" graben und hoffnungsvollerweise alles im Detail begreifen.
Das angehängte Bild zeigt einen Teil von der besagten Schaltung, wobei neben der Brückengleichrichtung R1 und C1 als Glättung dienen.
Die restlichen sichtbaren Bauteile sollen die negative Spannungsversorgung der Op-Amps erzeugen. Die Zener Diode D7 zeigt mir also, dass die Operationsverstärker mit -5,6 V betrieben werden. Die Z-Diode sorgt für einen konstante Spannung, R3 beansprucht dann den Rest, der über C3 anliegt.
Mir geht es um die Kondensatoren C2 und C3 und die Dioden D6 und D5. Mein erster Gedanke war eine Art Villard-Schaltung oder wie es auf der Seite lautet: voltage pump circuit.
Ich habe schon im Internet nach Ladungspumpen gesucht, was mir auch in den Kopf kam, aber leider verstehe ich das nicht so richtig.

Ich wäre euch sehr verbunden, wenn ihr auf verständliche Weise mir das Verständnis dafür näher bringen könntet.

Wünsch noch einen schönen Abend,
Christian



BID = 588502

Otiffany

Urgestein



Beiträge: 13763
Wohnort: 37081 Göttingen

 

  

Es handelt sich hier um eine Art der Spannungserhöhung (Verdopplung), wie man sowas auch zur Erzeugung einer negativen zusätzlichen Spannung verwenden kann.
Gruß
Peter

BID = 588514

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt

Danke Ottifany für deine schnelle Antwort.
Ja das dachte ich mir auch schon, ob es sich hierbei um eine Greinacher-Schaltung handelt.
Aber wie schon erwähnt, würde ich gerne auch die Funktionsweise der Schaltung verstehen.
Wahrscheinlich muss man da über 2 getrennte Ansätze gehen, einmal für die positive, einmal für die negative Halbwelle.
Könnte du mir das Schritt für Schritt erklären?

Liebe Grüße
Christian

BID = 588555

Otiffany

Urgestein



Beiträge: 13763
Wohnort: 37081 Göttingen

http://fmsg.bildung-rp.de/infoschul......html

Besser könnte ich es auch nicht erklären!

Gruß
Peter

BID = 588743

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt

Aber diese Schaltung und die Spannungsverdopplung deines Linkes sind nicht die selben

Liebe Grüße
Christian

BID = 588750

Otiffany

Urgestein



Beiträge: 13763
Wohnort: 37081 Göttingen

Im Prinzip schon!

BID = 588913

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt

ok, generell erstmal: Warum pumpe ich die Spannung auf das doppelte also 2*Uspitze auf (ungefähr 65V), wenn ich dann von dieser nur die Zener Spannung von 5,6 V abgreife?

BID = 588946

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Hallo,
- da du nirgends die Trafospannung angegeben hast,
ist Umax nur zu raten.
- R1 trägt nichts zur Glättung bei, im Gegentum.
Möglicherwise soll R1 die Last symbolisieren?
- R2 ist möglicherweise überflüssig, aber das kann man
ohne vollständige Maßangaben nicht entscheiden.
- Die Schaltung verdoppelt, aber eben von + Umax
auf - Umax . Ohne Kenntnis der Kapazitäten und
Widerstände und Belastungen ist genauers nur Raterei.

Diese Art Verdopplerschaltung ist sozusagen die
erste Ausbaustufe einer Vervielfacherschaltung.
Insofern mit der klassischen Verdopplerschaltung
nicht identisch.
Gruß
Georg



_________________
Dimmen ist für die Dummen

BID = 588951

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt

Hey GeorgS,

ja tut mir Leid, ich dachte es funktioniert auch so allgemein.
Also:
Hier die vollständige Schaltung
Bild eingefügt

R1 ist nicht die Last, warum neben dem Glättungskondensator dennoch ein Widerstand parallel hängt, nahm ich erstmal so hin. (Für Aufklärung wäre ich auch hier dankbar).
Die Seite zu dem Projekt findet man hier:Netzgerät. (Weiter unten steht eine Part List)
Der Trafo sorgt sekundär für 24 Volt effektiv. Der Glättungstrafo C1 hat 4700 uF bei mir. C2 und C3 47 uF.
Bei R2 dachte ich an eine Art Strombegrenzung, allerdings hat der bei 82 Ohm grad ma 1/4 Watt Leistungsaufnahme.

Ich komme mit der Spannungsverdopplung einfach nicht klar, von daher auch an dir meine Bitte, mir möglicherweise diese Schritt für Schritt (positive/negative Halbwelle?) näher zu bringen.

Danke schon mal
Christian

BID = 588961

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Hallo Christian,
Sinn und Zweck von R1 sind mir etwas schleierhaft.
Man könnte an Entladung von C1 bei Nichtgebrauch denken?
Im übrigen wird es mit den 30 Volt am Ausgang
etwas knapp (24 x wurzel2 - 1,4 Volt - U am Längstr)
und dann noch die ca 150 ma über R1, seltsam.
Um die Schaltung zu verstehen, mache dir zuerst mal
klar, wie der Spannungsverlauf am Punkt "2"
ist im Verlauf der Wechselspannungsperioden.
(für das Verständnis finde ich es etwas einfacher,
wenn man Rechteckspannung annimmt)
Mal dir diesen Verlauf mal auf in ein Koordinatensystem.
Der Spannungsverlauf am Punkt 2 ist dann die
Speisung der Vervielfacherschaltung.
Als Nächstes überlegst du dir, wie diese Speisung über
die Dioden D5 und D6 fliest nacheinander, usw.
Gruß
Georg



_________________
Dimmen ist für die Dummen

BID = 588986

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt

Also ich weiß nicht, ob das jetzt Eingebung war oder du mir irgendeinen unterbewussten Anreiz gegeben hast, ich denke ich hab den Teil jetzt begriffen.
Also ich geh von Punkt 2 aus. Sagen wir beginnend mit einer positiven Halbwelle. Dementsprechend fließt der Strom über R2, C2, D5 und D3 und C2 lädt sich fast auf Uspitze - 2*0,7 Volt auf.
Dann kommt die neg. Halbwelle. D5 sperrt und neben der neg. Halbwelle fließt auch die Ladung von C2 (was einfachhalber auch als Uspitze angenommen werden kann)über D6 und C3 ==> C3 lädt sich auf 2*Uspitze auf. Entsprechend der 2. Halbwelle negativ.
Wenn du nichts dagegen zu äußern hast, habe ich das schon mal verstanden.

Ich frage mich nur, worüber die Spannung von C3 (=-2Uspitze) dann abfließt. Über den auf Uspitze aufgeladenen C1 oder den Widerstand R1 oder über as anderes? Irgendwie muss der Strom ja über die Diode D1 an Klemme 1 kommen.
Hast du vll. auch eine Antwort auf die Frage, warum ich für die Stabilisierung der -5,6 V Z-Spannung, 2*Uspitze brauche? Das C3 schwankt durch Auf- und Entladung ist mir klar, aber ist das so extrem?

Dank dir schon mal für deine hilfreichen Antworten

BID = 588988

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Hallo Christian,
Du hast es richtig begriffen. Noch ein Hinweis:
wenn man versucht, derlei Schaltungen zu verstehen,
hält man sich nicht mit Kleinigkeiten wie 0,7 Volt
Flußspannung auf. Man nimmt die Dioden als ideale
Ventile.
Was das Problem mit dem "Verbleib" betrifft,
der Strom geht über die Zenerdiode bzw die
Opamps auf Masse, und Masse hat in jeder
zweiten Halbwelle Verbindung mit Punkt "1".
In der Zwischenzeit müssen die Elkos speichern.
Gruß
Georg



_________________
Dimmen ist für die Dummen

[ Diese Nachricht wurde geändert von: GeorgS am 17 Feb 2009 15:07 ]

BID = 589093

Bartholomew

Inventar



Beiträge: 4681


Zitat :
Georg schrieb:
Sinn und Zweck von R1 sind mir etwas schleierhaft.
Man könnte an Entladung von C1 bei Nichtgebrauch denken?


Das nehme ich auch an. C1 und R1 sitzen ja quasi "im" Brückengleichrichter (sind direkt an + und - vom Gleichrichter angeschlossen).

Nachtrag:

Zitat :
Logos schrieb:
Irgendwie muss der Strom ja über die Diode D1 an Klemme 1 kommen.

Der Strom geht nach rechts in die Schaltung und macht da genau das, wozu er vorgesehen ist

C1 puffert den Teil der Schaltung, der sich mit der "normalen" Gleichspannung vom Brückengleichrichter zufrieden gibt. Man hätte den Kondensator auch genau mittig zwischen die vier Dioden des Gleichrichters zeichnen können.

Schaltpläne sind halt manchmal wie mathematische Beweise: Sie werden nicht so geschrieben, wie man sie am einfachsten nachvollziehen könnte.

Der Spannungsverdoppler entspricht dann einem etwas verwirrt gezeichneten Villard-Verdoppler:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0604161.htm
(Weiter unten auf der Seite ist auch der von Peter verlinkte Greinacher-Verdoppler aufgeführt.)
Deine Schaltung/Elko-Schaltung:
C2,C3=C1,C2;
D5,D6=D1,D2

An C3 liegt dann die verdoppelte Spannung an.

Zum besseren Verständnis kann man einen Villard-Verdoppler auch mit einer Blasebalg-Fußluftpumpe vergleichen (kennst Du wahrscheinlich; kann man prima Luftmatratzen mit aufpumpen).
Ich gehe vom Elko-Schaltbild aus:
C1 ist der Innenraum vom Blasebalg. D1 ist das Einströmventil für negative oder positive Ladungsträger (je nachdem, wie rum man denken mag). D2 ist das Ausströmventil. Bei jeder zweiten Halbwelle werden fleißig Ladungsträger auf C2 gepumpt (die Wechselspannungsquelle und C1 bilden eine Reihenschaltung von Spannungsquellen; die Spannungen addieren sich auf).


Gruß, Bartho

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Bartholomew am 17 Feb 2009 21:26 ]

BID = 592128

logos23

Gerade angekommen


Beiträge: 11
Wohnort: Haßfurt

Guten Tag,

ich muss mich hier leider wieder melden, weil ich es scheinbar doch nicht recht verstanden habe.
Ich habe mir mal die Mühe gemacht, den Part der Schaltung der eben hier entscheidend ist zu simmulieren. Im unteren Bild könnt ihr die Spannungsverläufe über den einzelnen Bauelementen beobachten.
Das einzige was es mir gebracht hat, war die Erkenntnis dass U(C3) tatsächlich immer (gerade so) hoch genug ist um über der Z-Diode eine dauerhafte Spannung von -5,6 V anliegen zu lassen.

Fangen wir mit U(C2) an, also den Spannungsverlauf über den Kondensator C2. Er steigt mit der Wechselspannung, bis zu -Uspitze(-2*0.7V) aber läuft danach weiter, sprich, der gibt einen Teil der Ladung sofort wieder ab. Danach bleibt er rlativ konstant (18-21ms) und erst dann entlädt er sich über C3 teilweise, da in der Graphik U(C3) plötzlich anläuft. Das geschieht allerdings in der positiven Halbwelle. und auch nicht sofort sondern erst zeitverzögert.
U(C3)=U(C2) dürfte kein Ladungsaustausch mehr stattfinden, aber U(C2) nimmt in der positiven Halbwelle noch ein bisschen Ladung auf, um dann konstant zu bleiben.
Auch die Spannungsverdopplung bleibt irgendwie aus.

Das obere Bild zeigt die Spannung über der Diode D5 und dem Widerstand R2. Ich dachte das bringt mich weiter, war aber leider nicht so.

Ich hoffe jemand von euch könnte mir das hier detaliert erklären, da ich mich nicht mit dem: "Es ist halt so" (derzeitiger Stand) zufrieden geben möchte.
Einen schönen Sonntag wünsche ich noch,
Christian



BID = 592284

Bartholomew

Inventar



Beiträge: 4681

Hoi,

Ich mach' da morgen noch mal eine Zeichnung zu.


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