Glättung und Siebung elektrischer Signale

In vielen Anwendungen der Elektronik benötigt man Gleichspannung, die zudem möglichst konstant sein soll.
Also ohne störende Impulse, Brummspannungen bzw. Restwelligkeiten.
Das Problem ist jedoch, dass Gleichspannung in der reinen Form eher selten vorkommt. Batterien und Akkus liefern zwar Gleichspannung, sind jedoch in ihrer Kapazität beschränkt und als Energiequelle relativ teuer.
Und da Energieerzeugung und der Transport elektrischer Energie im großen Stil durch Wechselstrom erfolgt, gibt es häufig nur den Umweg über die Gleichrichtung von Wechselspannung.
Diese Gleichrichtung erfolgt aber je nach Schaltung unvollständig, so dass dem Gleichspannungssignal noch Wechselspannungsanteile überlagert sind.
Je nach Anwendungsfall können die Wechselspannungsanteile stören und müssen geglättet, bzw. ausgesiebt werden.

Glättung eines einweggleichgerichteten Signals

Die einfachste Gleichrichtung ist die Einweggleichrichtung. Bei der Einweggleichrichtung wird lediglich eine Diode verwendet um die negative Welle einer Wechselspannung auszublenden.
Was dann übrig bleibt ist kaum als Gleichspannung zu bezeichnen. Ein Glättung mit anschließender Siebung macht bei dieser Restwelligkeit also besonders viel Sinn ;-).
Die Glättung eines Signals erfolgt im allgemeinen durch einen Glättungskondensator.
Während Zeiten hoher Spannungen wird der Kondensator aufgeladen. Wenn anschließend die Spannung zurückgeht –nach der Einweggleichrichtung ist die Spannung ja während der gesamten zweiten Periodenhälfte gleich Null – gibt der Kondensator einen Teil der gespeicherten Ladung an den Lastwiderstand ab.
Die Spannung am Lastwiderstand geht also nicht auf Null zurück. Der Gleichspannungsanteil hat sich durch den Glättungskondensator erhöht, die Brummspannung ist kleiner geworden.

Siebung über einen Tiefpass

In vielen Fällen ist jedoch die Brummspannung noch zu groß.
Diese Restwelligkeit kann dann ggf. noch mit einem Tiefpass verkleinert werden.
Ein Tiefpass ist ein sogenannter Vierpol, oder auch Zweitor genannt. An den ersten beiden Polen, am Eingangstor, wird die Eingangsspannung angelegt, am Ausgangstor kann dann die gesiebte Ausgangsspannung abgegriffen werden.
Um die Spannung zu sieben, besteht der Tiefpass aus einem Spannungsteiler aus Kondensator und Widerstand. Der Kondensator hat bei niedrigen Frequenzen, also z.B. Gleichspannung einen sehr hohen Widerstand. Die Gleichspannung fällt also am Kondensator ab.
Der Wechselstromwiderstand des Kondensators ist kleiner. Wechselspannungsanteile sollen also am ohmschen Widerstand abfallen.

Das Video zur Glättung und Siebung

Im folgenden Video wird die Glättung und Siebung eines eingweggleichgerichteten Signals mit PSPICE simuliert.

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