Präzisionsgleichrichter

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Einen Präzisionsgleichrichter als einzelnes Bauelement gibt es nicht. Es gibt aber elektronische Schaltungen, welche die Funktion eines Präzisionsgleichrichters übernehmen.

In der elektrischen Messtechnik sind präzise Gleichrichter für kleine Spannungen und kleine Stromstärken notwendig. Für die in der Messelektronik üblicherweise eingesetzten Siliziumdioden sind die zwei wichtigsten Abweichungen vom idealen Verhalten (in Klammern Richtwerte für 25 °C[1])

* Sperrstrom I_R (< 25 nA)
* Durchlassspannung U_F   (≈ 0,7 V, abhängig von der Stromstärke)

wobei der Sperrstrom in aller Regel als Ursache für Messabweichungen unbeachtet bleiben kann, die Durchlassspannung aber sehr verfälschend wirkt. Mit Hilfe von rückgekoppelten Operationsverstärkern können reale Dioden aber funktionell als ideale Dioden angesehen werden. Diese übernehmen weiterhin die Gleichrichtung. Der Operationsverstärker kompensiert dabei die Durchlassspannung der Diode durch eine erhöhte Spannung an seinem Ausgang.[2]

Präzisions-Einweggleichrichter
Präzisions-Brückengleichrichter

Mit den fast immer zulässigen Näherungen des nicht übersteuerten idealen Operationsverstärkers

u_d=0\quad ; \qquad i_n=0

erzeugt die obere Messschaltung ein Spannungs-Signal

u_a=\begin{cases}
|u_e| & \text{wenn }u_e <0\\
\ 0   & \text{wenn }u_e >0
\end{cases}

unabhängig von U_F, selbst wenn |u_e| < U_F ist.

Die mittlere Messschaltung erzeugt ein Strom-Signal

i_a =|u_e|/R\

unabhängig von U_F und vom Innenwiderstand des Strommessgerätes.

Präzisions- Einweggleichrichter zur Messung von Wechselgrößen mit linearer Skalenteilung trotz nicht linearer Dioden-Kennlinie

Die untere Messchaltung zeigt ein Beispiel eines Einweg-Gleichrichters aus einem Analogmultimeter. Bei nicht übersteuertem Operationsverstärker gilt mit guter Näherung

u_d =0 \quad ;\quad i_e =0 ,

so dass der Verstärker einen Ausgangsstrom i_a einstellt, der im Messwiderstand R_m eine Spannung erzeugt, die genauso groß ist wie die zu messende Spannung u_m\,,

i_a =i_m= \frac{u_m}{R_m}\ .

Diese Gleichung gilt unabhängig von der Durchlassspannung der Dioden. Während der positiven Halbschwingung von i_a fließt der Strom durch das Messwerk; während der negativen Halbschwingung fließt i_a ebenfalls, aber am Messwerk vorbei. Bei sinusförmiger Eingangsspannung mit der Amplitude \hat u_m entsteht durch das den Gleichwert bildende Messwerk eine Anzeige (1/\pi) \cdot \hat \imath_a. Durch die Dimensionierung von R_m wird der Strom so eingestellt, dass auf der Skale der Effektivwert der Eingangsgröße abzulesen ist (aber nur bei Sinusform! Zur sonst möglichen erheblichen Messabweichung siehe unter Gleichrichtwert).

Die gezeigten Schaltungen verhalten sich in gewissen Grenzen belastungsunabhängig wie eine gesteuerte ideale Spannungsquelle oder Stromquelle.

Eingesetzt werden diese Gleichrichter beispielsweise in Schaltungen zur Betragsbildung von Wechselspannungen in Multimetern für die Messung des Gleichrichtwertes. Während bei batterielosen Strom- und Spannungsmessgeräten die Verzerrung durch die Diode durch eine im unteren Bereich nichtlinearen Skalenteilung in den Wechselgrößen-Messbereichen aufgefangen wird, reicht bei Verwendung eines Präzisionsgleichrichters die lineare Teilung durchgängig bis zum Nullpunkt.

Einzelnachweis[Bearbeiten]

  1. Beispielsweise schnelle Universaldiode 1N914 für die Elektronik, Datenblatt [1]
  2. Klaus Bystron / Johannes Bergmeyer, Grundlagen der Technischen Elektronik, Hanser, 1988, S. 343 f