Dr. Sound klärt auf: Netzteiltechnologie, Teil 2
Das konventionelle Netzteil im Prinzip
Das konventionelle Netzteil im Prinzip
Alles, was am Transformator passiert, findet im Bereich der Wechselspannung und -ströme statt. Eine Übertragung von Gleichspannungspotenzialen bzw. Gleichströmen ist durch das Trafoprinzip bedingt nicht möglich, weil sein physikalisch-induktives Verhalten hier eine Sperrwirkung aufbaut. Die Schaltungen der Audiotechnik arbeiten mit Betriebsspannungen, die Gleichspannungen bezogen auf ein Potenzial von 0 V benötigen. Sie erhalten ein negatives Vorzeichen bei Elektronenüberschuss und ein positives Vorzeichen bei Elektronenmangel. Auch die hier fließenden Gleichströme verhalten sich so zum Potenzial 0 V.
Erreicht werden diese gleichgerichteten Spannungen und Ströme durch eine Gleichrichterschaltung. Dazu nutzt man in der Elektrotechnik das elektronische Bauteil mit dem Namen Diode. Die einfachste Schaltung besitzt nur eine Diode. Ein typischer Brückengleichrichter, auch Grätz-Brücke genannt, besteht aus vier Dioden. Die Diode lässt nur eine Halbwelle einer Wechselspannung passieren, eine antiparallel geschaltete Diode lässt die andere Halbwelle passieren. Dies ist möglich, weil die Diode nur eine Flussrichtung für Elektronen ermöglicht.
Die beiden Halbwellen befinden sich nun auf einer Ebene hintereinander, damit bilden sie ein Spannungsniveau, das nicht mehr wie eine Wechselspannung zwischen positiver und negativer Polarität wechselt. Damit dieses Spannungsniveau aus den beiden Halbwellen aber überhaupt nutzbar wird, werden Kondensatoren damit aufgeladen. Diese geben mit zeitlicher Verzögerung an einem Lastwiderstand ihre Ladung wieder ab.
Aus der Wechselwirkung von Aufladung und zeitlich verzögerter Entladung ist nun das Spannungsniveau nach dem Kondensator viel weniger von den beiden Halbwellen geprägt. Eine sogenannte gesiebte Gleichspannung ist messbar. Diese weist eine gewisse Restwelligkeit aufgrund der Ladezyklen des Kondensators auf. An diesem Punkt setzen zusätzliche Schaltungen zur Spannungsregulierung ein, um den Betrag der Restwelligkeit noch mehr zu reduzieren.
Der nun folgende Aufwand richtet sich ganz danach, welchen Stromfluss man dem Netzteil bei einer konstanten Spannung entnehmen möchte. Ein Audioverstärker z. B. benötigt kurzeitig sehr hohe Ströme, um besonders tieffrequente Bassimpulse an die Lautsprecher zu liefern. Dabei darf die Spannung nicht im Takt des Impulses absinken, sonst entstehen Verzerrungen in der Endstufenschaltung, die hörbar sind. Auch Lautsprecher, deren Scheinimpedanzen frequenzabhängig stark schwanken, können die Signalkette Endstufe–Netzteil stark belasten.
