Unter Spannungsstabilisierung versteht man das stabilisieren, daher das Stabil-, respektive Konstanthalten von elektrischen Spannungen und Strömen in der Elektrotechnik und Elektronik.
Einleitung
Das Stabilisieren von Spannungen und/oder Strömen wird bei dem Einsatz von elektrischen Bauelementen und elektronischen Komponenten erforderlich, welche stabile Spannungen und Ströme benötigen. So können primitive elektrische Schaltungen wie beispielsweise eine handelsübliche Glühlampe durchaus Spannungsschwankungen zulassen. Bei hochintegrierten Schaltungen (IC's), etwa Prozessoren, können Spannungsschwankungen hingegen selbst im kleinsten Bereich in Fehlfunktionen oder versagen der Komponenten resultieren.
Formen und Anwendung
Generell werden solche Maßnahmen bei den bereits erwähnten empfindlichen elektronischen Schaltkreisen eingesetzt.
Auch sind solche festigenden Mittel vonnöten, sofern kurzzeitig große Ströme entstehen, wie beim Einsatz von größeren induktiven Lasten wie Motoren oder ähnlichem (Einschaltstrom).
Sie finden Einsatz unter Zuhilfenahme von elektrischen Komponenten wie:
Bei der Anwendung von Spannungsreglern werden sie ebenfalls eingesetzt um die nachfolgende Spannung zu stabilisieren.
Auch werden solch Elemente Gleichrichtern nachgeschaltet.
Funktionsweise
Spannungsstabilisierung wird durch Verfahren wie Glättung oder Siebung erreicht.
Glätten
Als "Glätten" bezeichnet das Umwandeln einer pulsierenden Gleichspannung, wie sie beispielsweise beim Gleichrichten entsteht, in eine möglichst konstante Gleichspannung.
Das Glätten wird häufig durch Kondensatoren erreicht, die parallel zur Quelle der pulsierenden Spannung (Gleichrichter) geschaltet werden. Durch ihre kapazitive Eigenschaft bedingt, nehmen sie Ladung auf, während die pulsierende Spannung hohe Werte hat. Sobald die pulsierende Spannung auf niedrige Werte abgesunken ist, wird die gespeicherte Ladung wieder abgegeben. Somit üben sie eine puffernde und damit konsolidierende Wirkung auf die angeschlossene Spannungsquelle aus.
Zum weiteren Glätten der Spannung werden zusätzlich auch Drosseln verwendet. Sie werden in den Strompfad eingeschaltet (Reihenschaltung). Weil ihre Induktivität den Stromschwankungen entgegenwirkt, helfen sie, die Restwelligkeit weiter zu verringern und so die Ausgangsspannung zu glätten.
Z-Dioden können eingesetzt werden um Spannungen zu begrenzen, die einen bestimmten Wert überschreiten (die Zener- oder Z-Spannung). Damit können auch sie benutzt werden, um Restwelligkeit zu verringern. Zener- (Z-)Dioden müssen mit einem Vorwiderstand betrieben werden, an welchem die Spannungsschwankungen abfallen. Parallel zur Zener- (Z-)Diode kann die weiter geglättete Spannung abgenommen werden.
Wichtig: Zener- (Z-)Dioden können nur die Restwelligkeit verringern indem sie Überspannung beseitigen. Unterspannungen können sie nicht ausgleichen. Darum können sie nur für solche Spannungen eingesetzt werden, die bereits vorgeglättet wurden; beispielsweise mit einem Kondensator.
Sieben
Siebung wird oft gleichbedeutend mit Glätten gesehen. Es kann aber auch das Trennen von Wechselspannungen (-strömen) sehr unterschiedlicher Frequenz Siebschaltungen gemeint sein.
Das Beseitigen von hochfrequenten Störspannungen auf einer niederfrequenten (Netz-) Spannung wird oft als Siebung bezeichnet.
Dabei kann es das Ziel sein, das Eindringen hochfrequenter Störungen in ein Gerät (Empfänger) zu verhindern. Auch der umgekehrte Fall kommt vor. Die Anschlüsse eines Schaltnetzteil werden üblicherweise mit "Siebgliedern" versehen, die das Austreten hochfrequenter Störspannungen aus dem Gerät verhindern sollen.
oftmals schon geglätteten Spannungen. Durch den Einsatz von kann darüber hinaus auch die oftmals Interferenzen verursachende herausgefiltert werden.
Siebspulen werden unter anderem dazu verwendet, um aus einem Funksignal eine bestimmte Frequenz zu filtern. Der umgekehrte Weg ist weiterhin möglich; etwa eine benötigte Frequenz aus einem Signal zu extrahieren (Bspw. das separieren der Audiosignale aus dem Gesamtfunksignal bei einem Fernseher, zu weiteren Verarbeitung (Verstärkung).
Literatur
- Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme - Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, Springer Verlag 2006, ISBN 3-540-29664-6