De gelijkrichter

Geen enkel toestel werkt zonder dat men energie op één of andere manier toelevert. Radio ontvagers /zenders ontsnappen niet aan deze regel. In ons geval gaat het om electrische energie. Meestal betrekken we dit "uit de muur" of anders gezegd uit het stroom verdeelnet onder 220 V AC (wisselspanning).
Het probleem :
Onze toestellen werken dank zij een gelijksspanning. Het "NET" zoals geweten levert wisselspanning. Naast dit essentiëel verschil moet ook de spanning van correcte grootte zijn. U merkt het, we moeten twee dingen doen. Omzetten van wissel naar gelijkspanning EN naar de correcte spanning. Voorbeeld 230 V AC naar 12 V DC. Het spreekt voor zich dat na de transformatie de gelijkspanningsbron voldoende stroom zonder dat de spanning daalt moet kunnen leveren (bepaald door de inwendige weerstand).
Het eerste deel van het probleem: omzetten naar de juiste spanning. We hebben dit reeds vroeger gezien: transformatie bij middel van een wisselspanningtransfo. Bijvoorbeeld, de wisselspanning van 230 V AC zetten we om naar 15 V AC wel te verstaan.
	Het deel primaire wordt aan het net aan gesloten. Het aantal wikkelingen is een ander verhaal. U doet er goed aan om een smelzekering in serie te plaatsen. Een schakelaar is zeker op zijn plaats.
Zover zijn we dus. Plaatsen we een wissel spanningsmeter op de secundaire en we meten 15 V AC (effectieve spanning, herlees indien nodig). Kijkt u naar wat we vroeger over de diodes en hun werking hebben gezien en het principe wordt eenvoudig. Het schema ziet U hiernaast. Uiteraard moet er een belasting zijn en dat is de rest van de ontvanger of wat ook voorgesteld door een weerstand.
Wat gaat er nu gebeuren ? Bij middel van een oscilloscoop zien we één en ander. De eerste golfvorm vertoont de primaire of secundaire spanning van de transfo. Over de belasting zien we een andere soort spanning staan. Merk toch nog dat de grootte van de vorm een vertaling van de voeiende stroom is. U zal tevens in vergelijking met de primaire (netspanning) spanning met Uw meetprobe een ander verzwakker moeten instellen. (230 v < > 15 V)
De bubbels zijn dus wat er door de weerstand aan stroom vloeit. Volgens de richting waarin we de diode geplaats hebben zullen we een negatieve of een positieve spanning op het scherm zien. Hier zien we een positieve spanning. Zoals U wel weet geleidt de diode stroom in één enkele zin. Tijdens de tweede alternantie vloeit er geen stroom en merkt U geen spanning of een spanning van NUL "0" Volt. U weet dat zeker nog maar over de diode in geleiding staat ongeveer 0,7 V volgens de technologie in gebruik (buislamp, selenium, germanium en silicium).
Opnieuw over de diode nu. In geleiding staat er 0,7 V want zij is in geleiding. De volle spanning staat over de diode als deze in sper toestand is. We merken dat de stroom maar in één richting vloeit. Dus: gelijkstroom !! Een toegepaste benaming voor dit is "halve golf gelijk richter"
Hiermee zijn we vertrokken. Volgt nu een paar praktische opmerkingen :
Er vloeit een identieke stroom door de diode en de belastnig. (in serie) Een gevolg is dat de gevraagde stroom door de belasting niet groter mag zijn dan de maximun door de diode verdragen. Een correcte keuze van diode dwingt zich op.
De gemiddelde spanning door deze schakeling geleverd is :           Upiek U =   ______ (zie vroeger)              P In ons voorbeeld betekend dit:met 15 V AC, staat aan 15 X 1,41 = 21,15 V piek spanning gelijk.De gemiddelde spanning wordt dan 21,15/3,14 = 6,7 V. We kennen de belasting en kunnen bij gevolg de stroom bepalen.
Op het moment dat er geen stroom vloeit door de diode komt er een tegenspanning gelijk aan de piek waarde te staan. Bij de keuze van de diode moeten we hier rekening mee houden.
De frequentie van de "bubbels" is gelijk aan de netfrequentie of 50 Hz.
Opmerkzaam als U bent zal U opmerken dat er toch wat minder ideaal aan deze schakeling zit. We gebruiken hier maar één alternantie van de voedings wisselspanning daar waar we duidelijk twee alternanties hebben en zien. Ander gezegd, we gebruiken maar 180 ° in plaats van de volle 360°. Dit is niet renderend, vooral als er wat grotere stroom moet geleverd worden. Tevens merk je dat flinke bubbels (ondulaties) blijven bestaan. Zoals de zaken nu staan is deze werkwijze maar beperkt bruikbaar (van het moment dat stroom moet geleverd worden wordt de zaak echt ziek).
De dubbele alternantie gelijkrichter :
	Hiernaast zo een montage : In vergelijking met voorgaande schema toch wat anders. Wel moet U de gelijkenis zien. Er is een tweede diode gebruikt (ziet U de link naar dubbele alternantie?). De belasting staan nu tussen de midden aftakking en het gemeenschappelijk punt (diodes en weerstand als belasting). De middenaftakking van de transfo is zeer belangrijk voor de werking.
Even Uw aandacht voor het functioneren van deze schakeling : De tekening rechts vertoont een moment opname van de wisselspanning over de transfo en de verdeling over de twee identieke wikkelingen. Merk de polariteit tussen de aftakking op de transfo en D1. Vergelijk dit met wat gebeurt met de andere aftakking en de diode D2 (zwart). De eerste kring ziet stroom vloeien door D1 (rood) en de kring is gesloten door de belasting (er zou anders GEEN stroom aanwezig zijn). Via D2 kan geen stroom vloeien daar de diode D2 tegengesteld gepolariseerd is. Voor de alternantie in ons geval zal geleidelijk aan meer stroom vloeien volgens de vorm van de wisselspanning en identiek in vorm over de belasting komen te staan. We kunnen stellen dat bij de NUL doorgang de stroom ook nul wordt (op 0,7 V na).
Het onderste gedeelte van de transfo is identiek aan het bovenste maar de polariteit is tegengesteld. Gezien in het eerste geval hierboven er enkel stroom kon vloeien doorheen D1 is het logisch dat bij de volgende alternantie de rollen omgekeerd zijn. Zie hiervoor het schema hiernaast. Conclusie: DI spert en D2 is in geleiding. Volgen we verder de conventionele stroom dan zien we dat de spanningsval over de belasting echter identiek verloopt als bij de eerste alternantie. Wat kunnen we anders zeggen dan dat de stroom doorheen de belasting een gelijkstroom is (zie definitie). Mooi, zo simpel is de dubbele alternantie gelijkrichter. Er wordt van beide wissel alternantie gebruik gemaakt vandaar...
Hoe zien we een en ander op een oscilloscoop ? :
	Wat U hiernaast links ziet is de stroom (spanning ) over de belasting. Dit is hierboven mooi aangetoond. Over de belasting merken we een ondulatie van stroom en spanning. Dit is het werk van de diode, en meer doet die niet. Doen we verder niks dan is er geen reden dat de ondulatie zou verdwijnen of weg gewerkt worden. De energie gedisipeerd door de belasting gebeurt op deze manier. We kunnen nu een en ander gaan uitrekenen zoals hierboven. Nu kan men reeds opmerken dat de gemiddelde spanning groter dan bij de enkel faze gelijkrichter zal zijn.
De gemiddelde waarde van de spanning over de belasting (dubbel):           2 piek U =   ______              P Dit soort gelijkrichter is dubbel zo eficient dan de enkel faze schakeling (reken maar eens na).
Wat voordien gezegd over de tegenspanning blijft actueel. Enkel is de stroom doorheen de diodes voor een welbepaalde belasting maar de helft van de enkel faze schakeling.
U moet geen genie zijn om te merken dat de frequentie van die ondulatie eveneens het dubbele is en dus vanuit het net 100 Hz bedraagt.
Een variante, de brug gelijkrichter :
U zal veruit dit type schakeling het meest tegen komen. Het is eenvoudiger om twee diodes toe te voegen dan het gebruik van een voedings transfo met gepaste middenaftakking en spanning. Het koper in deze transfo wordt beter gebruikt dan in het model met middenaftakking. Elke wikkeling is steeds stroom voerend. (Met middenaftakking maar voor 50 % van de tijd). De vier diodes zullen we meestal in een soort geïntegreerde uitvoering tegen komen (een module waarin de diodes ingegoten zijn en de vier draden naar buiten geleiden).
Sommige zullen zeggen een eigenaardige voorstelling. Het blijft toch maar een brugschakeling (oefen maar een beetje hoe dit schema werkt)
Het valt U zeker op dat de transfo van een gewoon type is (geen aftakking bedoeld voor de voeding of gelijrichter). De secundaire spanning wordt niet verdeeld en zal dan ook maximaal in tijd doorheen de transfo vloeien.	Probeer voor elke alternantie van de aangelegde wisselspanning de weg langswaar de stromen kunnen vloeien (hou rekening met de eigenschap van de diode).
Stel het ogenblik dat de secunndaire spanning maximaal positief bovenaan de transfo is. Volg nu met het vingertje de mogelijke weg van de stroom. De enige weg die U zal vinden is: via D1, belasting, D2 (doorheen het gemeenscappelijk niveau "massa") om zo naar de andere aansluiting van de secundaire wikkelingen de kring volledig te sluiten. (stroom vloeit als de kring VOLLEDIG gesloten is) De diodes D2 en D4 blokkeren de stroom daar deze in sper gepolariseerd zijn. (geheuge steun: de stroom doorheen een diode vloeit volgens de zin van het pijltje dat U in het symbool kan zien)	Een zelfde verhaal speelt zich af voor de negatieve alternantie maar dan wel met behulp van de andere diode D2 en D4. Spreekt voor zich dat dan D1 en D2 dan gesperd zijn. Probeer maar... Indien U NIET merkte dat de stroom doorheen de weerstand (belasting) vloeit dan moet U deze redenering herhalen. Besluit, de stroom wordt gelijk gericht, en dat was de bedoeling.
Weet toch dat de brug gelijkrichter wel twee maal de tegenspanning invoegt (2 X 0,7 = 1,4 V ). U kan misschien denken "so wath". Zeker als het gaat om een voeding van bv: 200 V DC , ja dan... Maar soms is er nood aan een voeding voor maar pak weg 1,5 V DC, wat dan? Ja dan moeten andere technieken gebruikt worden.
Samenvatting van de eigenschappen van de gelijkrichters :
Eigenschap Mono faze gelijkrichter Dubbel fazig met middenaftakking op transfo Bruggelijkrichter Diodes 1 2 4 Stroom doorheen 1 diode I lading I/2 lading I/2 lading Inverse tegen spanning Piekspanning van de secondaire Piekspanning van de secondaire Piekspanning van de secondaire Frequentie van ondulatie (brom) F net 2 X F net 2 X F net
Zeker, niet alles is gezegd aangaande gelijkrichters. Wat met die brom maar dat zien we elders, als voorbeeld. Elk onderdeel moet aan haar taak aangepast zijn. Dit zijn de transfo (secundair volgens de gewenste spanning), diodes (max stroom en tegenspanning). U merkt het, heel wat paswerk.
Voeding voor hogespanning :
Wat kan voor laag kan ook voor hoge spanning. De principes blijven. Maar...	Het kan voorkomen dat om een zeer hoge spanning te bekomen de transfo in ons bezit , of diodes... niet aan de eigenschappen die er moeten zijn beantwoorden. Ander materiaal kopen dan ,of zelf de transfo wikkelen? Dat kan, maar het kan ook anders (in beperkte maten)
Dan zijn er op te lossen problemen :
Stel, het probleem van de transfo is opgelost (U hebt centen en kocht de geschikte of hebt er een zelf gewikkeld maar dan met de nodige kennis van zaken). Het probleem DIODES voor een voeding van bv: 2500 V DC en 500 mA stroom. Wat de tegenspanning betreft kan men meer dan één diode in serie plaatsen (al aan gedacht? )	Toch is het niet zo eenvoudig. Meerder kleine problemen kondigen zich aan. We moeten in elk deel van een brug een vorm zoals we verder zien gebruiken.
Hiernaast ziet U een deel van zo een brug voor hoge spanning. We gaan ervan uit dat de tegenspanning P invers 1000 V bedraagt. De condensator in parallel verhindert schaden bij aanwezigheid van overgangs of schakkel verschijnsels. De weerstanden verdelen de tegenspanning. De ééne diode is niet een andere, verschillen worden hierdoor weggewerkt.
Doorheen de weerstanden vloeit er stroom en bijgevolg ontstaat er warmte door dissipatie. Ook hier moet men bij de dimentionering rekening houden.	U ziet het. Al bij al toch niet zo eenvoudig, maar de bedoeling is om enig inzicht over de problematies van gelijkrichters mee te geven.
Met betrekking tot de studie van electronika ben ik persoonlijk van mening dat de studie (grondig) van voedingen een goede manier is om basis kennis electronica te verwerven. Daarom is dit een belangrijk hoofdstuk en de moeite waard om wat meer aandacht aan te wijden. Natuurlijk is hier niet alles verteld. Filtering, stabilisatie zijn andere belangrijke elementen van de voeding. Onvoldoende kennis zal zich vertalen door ongewenst resultaat bij de bouw of herstelling van voedingen. Belangrijk dus.