Abbildung 1. Ein Netzteil zum Laden eines Laptop-Akkus.

Wechselstromadapter wandeln einen Wechselstrom höherer Spannung in einen Gleichstrom niedrigerer Spannung um, um mit Geräten verwendet zu werden, die eine relativ konstante Spannung (innerhalb einer Toleranz) erfordern. Gleichstrom wird auch benötigt, um Batterien aufzuladen, so dass Netzteile für elektronische Geräte wie Laptops (siehe Abbildung 1) und Mobiltelefone unerlässlich sind. Ältere Wechselstromadapter verschwenden ziemlich viel Strom in Form von Standby-Strom, Aber die jüngsten Vorschriften und nachfolgenden Innovationen haben die Menge an verschwendetem Strom erheblich reduziert. Weitere Informationen finden Sie unter Standby-Stromversorgung.

Funktionsweise

Ein einfaches Netzteil besteht aus einem Transformator, einem Gleichrichter und einem elektronischen Filter. Der Transformator wandelt zunächst einen relativ Hochspannungs-Wechselstrom, der von einer Steckdose geliefert wird, in eine niedrigere Spannung um, die für das zu versorgende Gerät geeignet ist. Ein Gleichrichter wandelt dann Wechselstrom in Gleichstrom um. Es gibt zwei verschiedene Arten von Gleichrichtern: den Halbwellengleichrichter und den Vollwellengleichrichter.

Halbwellengleichrichter

Der Halbwellengleichrichter blockiert effektiv den Stromfluss in eine Richtung durch die Verwendung einer Diode (siehe Abbildung 2). Dadurch entsteht ein pulsierender Gleichstrom. Aufgrund der Blockierung der Hälfte des Stroms geht ein Großteil der zugeführten Energie verloren, und die mittlere Spannung der halbwellengleichgerichteten Leistung ist niedriger als die der vollwellengleichgerichteten Leistung.

Abbildung 2. Ein Halbwellengleichrichter. Das pfeilförmige Symbol oben im Stromkreis ist eine Diode, die nur einen Elektronenfluss von rechts nach links über die Diode zulässt. Der Graph auf der linken Seite ist die Eingangsspannung und der Graph auf der rechten Seite ist die Ausgangsspannung.

Vollwellengleichrichter

Es gibt verschiedene Arten von Vollwellengleichrichtern. Anstatt den elektrischen Strom in einer Richtung zu blockieren, drehen diese Gleichrichter seine Richtung um, so dass ein konstanter pulsierender Gleichstrom der Ausgang ist. Eine übliche Art von Vollwellengleichrichter ist der Vollwellen-Brückengleichrichter (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Ein Vollwellen-Brückengleichrichter. Der Graph auf der linken Seite ist die Eingangsspannung und der Graph auf der rechten Seite ist die Ausgangsspannung.

Weitere Informationen zu Gleichrichtern finden Sie unter ElectronsTutorials oder All About Circuits.

Glättung

Abbildung 4. Die Ausgangsspannung (grün) eines Halbwellengleichrichters und Glättungskondensators von der Eingangswechselspannung (gelb). Beachten Sie die Wellen in der Ausgangsspannung.

Wie in den Abbildungen 2 und 3 zu sehen ist, variiert die Ausgangsspannung der beiden Gleichrichter immer noch stark. Für die meisten Geräte, die mit Gleichstrom arbeiten, ist jedoch eine konstante Spannung erforderlich. Um dies zu erreichen, wird eine Glättungsschaltung oder ein Kondensator verwendet. Am Ausgang des Gleichrichters ist im einfachsten Fall ein Schaltungsbauteil angeordnet, das als Reservoirkondensator oder Glättungskondensator bekannt ist. Im Wesentlichen gibt es gespeicherte Energie frei, wenn keine Spannung vom Gleichrichter ausgegeben wird. Dies erzeugt eine ziemlich konstante Spannung. Einige Welligkeiten der Wechselspannung bleiben jedoch bestehen (siehe Abbildung 4).

Moderne Wechselstromadapter

Im modernen Gebrauch ist der gebräuchlichste Adapter das Schaltnetzteil (SMPS). Diese sind wesentlich komplexer als linear geregelte Netzteile und haben klare Vorteile. Der Hauptvorteil für SMPS besteht darin, dass es Gleichstromversorgungen gibt, die mehr Leistung für eine bestimmte Größe, Kosten und Gewicht des Adapters liefern können.

SMPS wird in vielen Anwendungen wie Batterieladegeräten, Laptops, Fahrzeugen, LED-Beleuchtung und anderer Unterhaltungselektronik eingesetzt. Um mehr über die Funktionsweise von SMPS-Einheiten zu erfahren, besuchen Sie Learn about Electronics.

Weitere Informationen

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