Auswirkung der Kondensatorgröße auf die Ausgangsspannung einer Gleichrichterschaltung

Ich habe eine Einweggleichrichterschaltung analysiert, in der ein Glättungskondensator verwendet wird, um die vorhandenen Wellen zu filtern. Ich habe auf Multisim mit verschiedenen Kondensatorgrößen experimentiert.

Ich dachte, was ich gefunden habe, war seltsam. Ich habe im Internet gesucht und versucht, Erklärungen zu finden, aber irgendwie kann ich es nicht und wäre für Hilfe sehr dankbar.

Beobachtungen (unter Verwendung eines 5-V-Spitzen-AC-Signaleingangs):

  1. Wenn ich den Widerstand fest auf 1 kΩ belasse und einen 1-uF-Kondensator verwende, erhalte ich ein sägezahnförmiges Diagramm (erwartet) mit einer anständigen Welligkeit, und die Spitzenspannung der Welligkeit beträgt 4,4 V.

  2. Wenn ich die Kondensatorgröße auf 100 uF erhöhe und den Widerstand fest lasse, erhalte ich eine gleichmäßigere (gleichstromähnlichere) Spannung. Allerdings beträgt der Wert dieses glatteren Gleichstroms jetzt 4,1 V, was ich seltsam finde. Sollte diese Gleichspannung nicht genau der 4,4-V-Spitze entsprechen, die mit dem 1-uF-Kondensator erhalten wurde?

  3. Was mir auch aufgefallen ist, ist, dass je größer die Kondensatorgröße ist, desto länger dauert es, bis sich die Spannung stabilisiert hat. Das bedeutet, dass es bei der 100-uF-Kappe ungefähr 40 ms dauerte, bis die Spannung angestiegen und konstant bei 4,1 V geblieben war, im Gegensatz zur 1-uF-Kappe, die beim Einschalten sofort eine konstante Wellenform erzeugte.

Ich frage mich, ob die Kondensatorgröße einen Einfluss auf die Reaktion der Schaltung hat.

Ich finde keine Erklärung für dieses Phänomen.

Ich denke, Sie sollten Schaltpläne hinzufügen, um klar zu machen, was Ihre Schaltung, Last und Messpunkte sind. Es gibt eine Schaltplan-Schaltfläche in der Editor-Symbolleiste. Doppelklicken Sie auf eine Komponente, um ihre Eigenschaften zu bearbeiten. Verwenden Sie Speichern und Einfügen, um den Schaltplan in Ihrer Frage zu speichern. Sie benötigen kein Konto, Screengrab oder Upload.

Antworten (1)

Das einzige Zeitfenster, in dem der Kondensator geladen werden kann, ist, wenn die Wechselspannung positiv und in der Amplitude etwas höher als die Kondensatorspannung ist. Nur dann kann Strom durch die Diode fließen.

Wenn Sie einen Kondensator mit kleinem Wert haben (z. B. 1 uF), wird er leichter von der Last entladen, und wenn dieser Kondensator wieder aufgeladen wird, beginnt dieses Zeitfenster früher in der positiven Wechselstromwellenform, daher hat der Kondensator mit kleinerem Wert den Luxus von im Vergleich zu einem Kondensator mit größerem Wert länger aufgeladen werden. Sobald die Wechselspannung einen positiven Spitzenwert erreicht hat, wird das Laden eingeschränkt, da die Diode schnell in Sperrrichtung vorgespannt wird: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

  • Rot ist die AC-Wellenform mit einem Spitzenwert von 5 Volt
  • Blau ist der gleichgerichtete Ausgang, leicht geglättet durch einen 1-uF-Kondensator (4,384 Volt)
  • Grün ist der Strom durch die Diode mit einem Spitzenwert von 4,623 mA

Bei gleichem Lastwiderstand wird der Kondensator mit größerem Wert (100 uF) (wie erwartet) kaum entladen, und daher beginnt das Zeitfenster, in dem er Ladung empfangen kann, viel später in der Wechselstromwellenform und muss daher viel kürzer sein Dauer: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

  • Der Strom (grün) hat einen Spitzenwert von 69,5 mA und natürlich bewirkt dieser Strompegel, dass die Diode mehr Spannung abfällt. Beachten Sie auch, wie das Zeitfenster zum Aufladen des Kondensators viel kleiner geworden ist.
  • Blau (aufgrund des Diodenabfalls) hat einen Spitzenwert von 4,347 Volt (vorher 4,384 Volt), dh 30 mV weniger.

Meine Simulation verwendet eine 1N4003-Diode und andere Dioden können unter stärkerer Last größere Spannungsabfälle erzeugen (das OP spricht von einem Abfall von 4,4 Volt auf 4,1 Volt).

Wie gesagt, während dieser verringerten Ladezeit ist der Strombedarf zum Wiederaufladen des größeren Kondensators erheblich größer, was zu einem größeren Spannungsabfall an der Diode führt und Spannung verloren geht. Mit anderen Worten, es kann aufgrund von Diodenverlusten niemals den gleichen DC-Spitzenwert erreichen.

Dieses verkürzte Zeitfenster, in dem der größere Kondensator geladen wird, erklärt auch die längere Zeit, die er benötigt, um die volle Ladung zu erreichen (abgesehen von der Tatsache, dass größere Kondensatoren ohnehin länger brauchen, um von einer begrenzten oder eingeschränkten Energiequelle aufgeladen zu werden).

Vielen Dank ! Das half mir zu verstehen, was los war
Das ist gut. Viel Spaß beim Stack-Tausch und willkommen.
Hallo, ich wollte nur etwas mehr Klarstellung zu einem Punkt, den Sie in dem Beitrag angesprochen haben. Sie sagten, dass die verkürzte Zeit, in der der größere Kondensator zum Aufladen benötigte, die längere Zeit berücksichtigt, die zum Erreichen der vollen Aufladung benötigt wurde. Vielleicht verstehe ich etwas falsch, aber sollte die Spannung am Kondensator nicht der Versorgungsspannung folgen, wenn sie sich ändert, und obwohl der Zeitrahmen geringer ist, sollte die Spannung am Kondensator ähnlich der der Versorgung sein (unter Berücksichtigung der Diodenverluste).
Sie sagten in Ihrer Frage Folgendes: Was mir auch aufgefallen ist, ist, dass je größer die Kondensatorgröße ist, desto länger dauerte es, bis sich die Spannung stabilisierte, und ich gab den Grund an, dass mehr Strom über ein kürzeres Fenster benötigt wird, um diesen Strom und damit aufzunehmen Aufgrund des übermäßigen Spannungsabfalls der Diode wird die Spannungsspitze nicht so schnell erreicht. In meiner Simulation scheint es jedoch innerhalb eines Zyklus dorthin zu gelangen, sodass Sie vielleicht die Schaltung zeigen können, die Sie verwendet haben und die länger gedauert hat.
Auswirkung der Kondensatorgröße auf die Ausgangsspannung einer Gleichrichterschaltung
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