Dampfradioforum

Hallo,

meine Tochter schreibt gerade Ihre Facharbeit im LK Physik.
Komisch .... sie baut einen Röhrenverstärker .... woher sie das blos hat?

Wir sind gerade am Netzteil und wollen ein paar Berechnungen machen.
Ich habe im Netz irgendwann und -wo mal gelesen, wie man die Siebung des Netzteils berechnet, ich finde das aber nicht mehr.
Zusammengefasst hat man bei einer C - R - C Schaltung einen Siebfaktor berechnet, und bei mehreren Stufen wurden die Faktoren multipliziert.
Dann hat man anhand der Stromaufnahme und der Siebfaktoren irgendwie den Restbrumm berechnet und konnte so Schlüsse ziehen.
Ich hoffe ich habe das irgendwie verständlich formuliert.

Kann mir, bzw. meiner Tochter da jemand helfen?

Viele Grüße
Frank

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Viele Grüße aus der Pfalz!

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Hallo Frank,
schau mal hier nach
https://www.elektroniktutor.de/analogtechnik/siebung.html

Die Brummspannung wird wie folgt berechnet

Upss = (0,75*Ia) / (fp*C1)

wobei Upss = Amplitude der Brummspannung , Ia = max. Stromentnahme, fp=Frequenz der Brummspannung (bei Einweggleichrichtung 50Hz, bei Zweiweggleichrichtung 100Hz) - Wichtig: Alle Angaben in der Grundeinheit (also Farad und Ampere) vornehmen!)

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Grüße

Andy

Hallo,

Danke für die Rückmeldung!

Nach dem ersten Elko würde die Brummspannung folgenden Wert annehmen:

Elko: 470µ
Brückengleichrichtung
Stromentnahme: 60mA (2 x EL95 + 1 X ECC83)

(0,75*0,06) / (100*0,00047)

= 0,957 V

Das kann ich nachvollziehen.

Jetzt folgt jedoch noch ein R - C Glied zur weiteren Siebung.
Das wären 270 Ohm und nochmal 470 µ

Die Rechnung in dem o.a. Link übersteigt leider mein mathematisches Verständnis.
Könnte man mit den Werten des R - C Gliedes (270 Ohm und 470 µ) und der Brummspannung nach dem ersten Elko (s.o. 0,957 V) irgendwie weiter rechnen?

Viele Grüße
Frank

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Den (zweiten) Siebelko würde man wohl als RC Tiefpassfilter berechnen müssen, wie etwa hier:
https://www.digikey.de/de/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-low-pass-and-high-pass-filter

Mit 270 Ohm und 470 µF wirft dieser Rechner eine -3dB Grenzfrequenz von 1,25 Hz aus.
Der ca. 1 Volt 100 Hz Restbrumm nach dem Ladeelko würde also um weitaus mehr als 3 dB abgeschwächt. Aber um wieviel?
Jedenfalls zeigt sich dass der zweite Elko sehr wichtig ist.

Hallo Frank,

für deine Tochter und besonders für ihren Lehrer wird vielleicht die Herleitung interessant sein.

Für einen (idealen) Kondensator gilt:
dU/dt = 1 / C · I(t) <- [Gleichung 1]

mit
C = Kapazität
I(t) = zeitabhängiger elektrischer Strom durch den Kondensator
U = elektrische Spannung am Kondensator
t = Zeit
dU/dt = erste Ableitung der Spannung nach der Zeit (Änderungsgeschwindigkeit)

Ohne Differentialrechnung und konstantem Strom sieht die Gleichung ähnlich aus:
ΔU / t = 1 / C · I <- [Gleichung 2]

mit
ΔU = Änderung der Spannung während der Zeitdauer

Multipliziert man beide Seiten der Gleichung mit t erhält man
ΔU = 1 / C · I · t <- [Gleichung 3]

Eine der drei Gleichungen wird deine Tochter im Physikunterricht sicherlich schon behandelt haben.


Die Periodendauer t_P der Wechselspannung ist
t_P = 1 / f <- [Gleichung 4]

Bei f = 50 Hz wird
t_P = 1 / 50 Hz = 20 ms

Bei üblicher Gleichrichtung mit Brückenschaltung (Betragsbildung) wird der Kondensator sowohl im Bereich des positiven, als auch des negativen Scheitelwerts der Wechselspannung nachgeladen, also zwei Mal je Periodendauer.

Somit beträgt der Abstand zwischen zwei Ladezyklen t_L = ½ t_P = ½ · 20 ms = 10 ms.


Das Nachladen geht aber nicht unendlich schnell (mit unendlich hohem Strom), denn der Ladestrom wird begrenzt zum Beispiel durch die Widerstände der Trafowicklung.

Je nach Widerstand im Ladestromkreis und Welligkeit der Spannung dauert das Laden in der Praxis ca. 20...30 % der Zeit eines Lade- und Entladezyklus. Während der anderen Zeit, also 70...80 % eines Lade- und Entladezyklus, wird der Kondensator entladen. Diesem Anteil gebe ich einfach mal das Symbol k.

Während der Entladezeit t_E = k · t_P sinkt die Spannung am Kondensator,
während der Ladezeit t_L = (1 - k) · t_P steigt die Spannung am Kondensator.

Mit Gleichung 3 erhält man für die Spannungsänderung am Kondensator während dem Entladen mit konstantem Strom
ΔU = 1 / C · I · t_E = 1 / C · I · k · t_P
ΔU = k · I · t_P / C <- [Gleichung 5]
ΔU ist hier der Spannungshub zwischen Maximum und Minimum, der wird oft als U_SS bezeichnet.
Beim Laden ist der Spannungshub selbstverständlich genauso groß, nur mit umgekehrtem Vorzeichen.


Ein Beispiel:
k = 75 % = 0,75 (das nehme ich oft an, passt auch zur Gleichung von Andy)
I = -100 mA (negativ, weil Entladestrom)
t_P = 10 ms (50 Hz mit Vollwellengleichrichter)
C = 50 µF (häufige Kapazität in Röhrenradios)

ΔU = 0,75 · I · t_P / C
ΔU = 0,75 · (-100 mA) · 10 ms / 50 µF
ΔU = -15 As/F = -15 V



So würde ich das auch machen.


Das sind idealisierte Rechnungen unter vielen Voraussetzungen, zum Beispiel, dass der Entladestrom völlig konstant ist, dass sich die beiden Filter gegenseitig nicht beeinflussen und dass der Kondensator ideale Eigenschaften (nur Kapazität) besitzt.
Heute würde man die Schaltung zusätzlich simulieren, um genauere Ergebnisse zu erhalten und Toleranzen der Komponenten einbeziehen zu können.

Bernhard

Das ist aber eine große Kapazität.
Beim Einschalten fließt relativ lang sehr hoher Strom, den man vielleicht kaum noch sinnvoll absichern kann.

Bernhard

Hallo,

vielen Dank für die Rückmeldungen und die ausführlichen Herleitungen!
Meine Tochter lässt auch Grüßen und vielen Dank!

Für uns besteht aber immer noch die Frage nach der Berechnung des Restbrumms nach den R-C Glied.
Countryman hat ja schon die Grenzfrequenz berechnet, aber kann ich mit dem Wert weiter rechnen?

Ich habe die Schaltung mal mit PSU-Designer simuliert. Man sieht gut den Restbrumm nach dem ersten (rot) und zweiten Elko (grün). Durch Zoomen kann man das wirklich sehr schön darstellen.
Der Trafo stammt aus einem Schlachtradio (Nordmende). Die Sekundärwicklung hat einen verhältnismäßig hohen ohmschen Widerstand, die den Anfangsstrom so gut begrenzt (siehe auch Simulation).
Meine Tochter wird in Ihrer Arbeit natürlich auch die Simulationen anbringen, nur wäre eine kurze Rechnung natürlich nicht schlecht.

Viele Grüße
Frank

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Hallo Frank,

Sges = S1*S2......

Hierüber könnntest du evtl. die Brummspannung nach der RC Kombi berechnen

s = ω x Cs X Rs

s = UBr1 / UBr 2

hier ist es etwas erläutert
https://www.mikrocontroller.net/topic/465365

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Grüße

Andy