Gegentaktverdoppler

Ein Spannungsverdoppler ist eine elektronische Schaltung, die an einem Ausgang (ungefähr) das Doppelte ihrer Betriebsspannung zur Verfügung stellt.

Spannungsverdoppler nutzen den Umstand, dass sich die Spannungen von in Reihe geschalteten Spannungsquellen zur Gesamtspannung addieren. Es werden daher Kondensatoren zunächst aufgeladen und dann in Reihe geschaltet.

Ein Beispiel für einen Spannungsverdoppler nach dem Prinzip der Ladungspumpe ist nachstehend dargestellt:

Er wird mit einer Spannung U betrieben und liefert am Ausgang 2U. Hierzu wird der Schalter S fortwährend zwischen geschlossenem und offenem Zustand umgeschaltet. In der Praxis wird man S und auch R durch Transistoren ersetzen, die z. B. durch einen Multivibrator ständig gegenphasig zwischen leitendem und sperrendem Zustand hin und her geschaltet werden. Für diesen Zweck gibt es auch Integrierte Schaltungen, die außer den Kondensatoren alle erforderlichen Bauteile enthalten.

Die Schaltung funktioniert wie folgt:

Bei geschlossenem Schalter S wird der Kondensator C₁ über die Diode D₁ auf die Betriebsspannung U geladen (linkes Bild, die Farben stehen für die Polung: rot=plus, blau=minus). Bei geöffnetem Schalter S (rechtes Bild) gelangt die Betriebsspannung mit dem Pluspol über den Widerstand R ans obere Ende des Schalters, d. h. über dem Schalter liegt die Spannung U. Zugleich liegt hier aber jetzt der Minuspol des zuvor auf U geladenen Kondensators C₁. Somit addieren sich die Betriebsspannung und die Kondensatorspannung von C₁ zu U+U=2U und laden über die Diode D₂ den Kondensator C₂ auf 2U auf. Die Dioden verhindern, dass sich die Kondensatoren in der jeweils anderen Schalterstellung, in der sie nicht geladen werden, entladen können. (In Wirklichkeit ist die Ausgangsspannung etwas kleiner als 2U, da über den Dioden jeweils ein Spannungsverlust auftritt).

Während man Wechselspannung mittels eines Transformators auf jede andere Spannung umformen kann, stellt der obige Spannungsverdoppler eine Möglichkeit dar, aus einer gegebenen Gleichspannung eine höhere Spannung zu gewinnen. Eine andere Möglichkeit besteht natürlich darin, sie mittels eines Wechselrichters zunächst in eine Wechselspannung zu verwandeln, die dann mit einem Transformator auf den gewünschten Wert umgeformt und anschließend wieder gleichgerichtet wird.

Gegentaktverdoppler

Bei der Gewinnung von Gleichspannung aus Wechselspannung durch Gleichrichtung gibt es verschiedene Schaltungen, die im Zuge der Gleichrichtung noch eine Spannungsvervielfachung bewirken, z. B. die Delon-Schaltung. Nachfolgend ist der Gegentaktverdoppler dargestellt:

Er funktioniert so, dass jede Halbwelle der vom Transformator Tr gelieferten Wechselspannung über eine der Dioden einen der Kondensatoren auflädt. Bei der positiven Halbwelle (Pluspol oben) wird C₁ über D₁ auf die Scheitelspannung U_s aufgeladen, bei der negativen Halbwelle (Pluspol unten) wird C₂ über D₂ aufgeladen. Am Ausgang erscheint die Summe der beiden Kondensatorspannungen, also 2U_s. Das folgende Bild verdeutlicht dies.

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Siehe auch: Wechselrichter, Schaltnetzteil, Hochspannungskaskade, Greinacher-Schaltung