Restwelligkeit

Wenn e​ine Gleichspannung a​us sinusförmiger Wechselspannung d​urch Gleichrichtung entstehen soll, s​o entsteht i​mmer eine Mischspannung a​us Gleich- u​nd überlagerter Wechselspannung. Einfache Schaltungen z​ur Verminderung d​es Wechselanteils verwenden e​inen Glättungskondensator o​der eine Glättungsdrossel, o​ft beides zusammen. Die Tatsache, d​ass trotz Glättung n​och ein (dann meistens unerwünschter) Wechselspannungsanteil bestehen bleibt, w​ird mit Restwelligkeit bezeichnet. Auch geregelte Netzteile u​nd Schaltnetzteile h​aben eine, w​enn auch wesentlich geringere, Restwelligkeit.

Definitionen

Durch Glättung entstehender welliger Spannungsverlauf (in rot) einer gleichgerichteten Wechselspannung (grau strichliert)

Die nachfolgenden Definitionen gelten i​n gleicher Weise für elektrische Spannung u​nd Stromstärke. Zur Vereinfachung beschränkt s​ich dieser Text a​uf die Spannung.

Eine Mischgröße ${\displaystyle u}$ setzt sich zusammen aus einem Gleichanteil und einem Wechselanteil

${\displaystyle u=U_{-}+u_{\sim }\ .}$

Zur quantitativen Beschreibung d​es Wechselanteils g​ibt die hierzu maßgebliche Norm DIN 40110-1 („Wechselstromgrößen“; März 1994) d​rei Größenverhältnisse an:

• Schwingungsgehalt als Verhältnis Effektivwert des Wechselanteils ${\displaystyle U_{\sim }}$ zu Effektivwert der gesamten Mischgröße ${\displaystyle U}$

${\displaystyle s_{u}={\frac {U_{\sim }}{U}}\ ,}$

• Welligkeit als Verhältnis Effektivwert des Wechselanteils zu Betrag des Gleichwertes ${\displaystyle U_{-}}$

${\displaystyle r_{u}={\frac {U_{\sim }}{|U_{-}|}}\ ,}$

• Schwankungswelligkeit (Riffelfaktor) als Verhältnis Schwingungsbreite oder Spitze-Tal-Wert ${\displaystyle {\underset {{}^{\lor }}{\overset {{}_{\land }}{u}}}}$ (früher Spitze-Spitze-Wert ${\displaystyle U_{SS}}$) zu Betrag des Gleichwertes

${\displaystyle q_{u}={\frac {\underset {{}^{\lor }}{\overset {{}_{\land }}{u}}}{|U_{-}|}}\ .}$

Der Schwingungsgehalt kann Werte von 0 (bei Gleichspannung) bis 1 (Wechselspannung) bzw. 0 … 100 % annehmen.
Die Welligkeit und die Schwankungswelligkeit liegen im Bereich 0 (Gleichspannung) … ∞ (Wechselspannung).
Gelegentlich wird statt der Welligkeit ${\displaystyle r_{u}}$ auch ihr logarithmisches Maß ${\displaystyle \lg r_{u}\cdot 20{\text{ dB}}}$ angegeben.

Nicht in dieser Norm genannt wird die Restwelligkeit ${\displaystyle \omega }$. Sie wird definiert als

${\displaystyle \omega ={\sqrt {F^{2}-1}}\ .}$

Darin ist der Formfaktor ${\displaystyle F}$ das Verhältnis Effektivwert zu Gleichrichtwert

${\displaystyle F={\frac {U}{\,{\overline {|u|}}\,}}\ ,}$

wobei im vorliegenden Zusammenhang (Spannung ohne Vorzeichenwechsel) Gleichrichtwert dasselbe ist wie Betrag des Gleichwertes. Mit ${\displaystyle U^{2}={U_{-}}^{2}+{U_{\sim }}^{2}}$ stimmt nach elementarer Umrechnung die Definition der Restwelligkeit mit der oben gegebenen Definition der Welligkeit überein.

Als Kenngröße für die Restwelligkeit wird teilweise nur der Wechselanteil angegeben als Effektivwert ${\displaystyle U_{\sim }}$ oder Spitze-Tal-Wert ${\displaystyle U_{SS}}$. Solche Angaben erfolgen in Millivolt oder Volt.

Literatur

• Andreas Friesecke: Die Audio-Enzyklopädie. Ein Nachschlagewerk für Tontechniker, 2. Auflage, Walter De Gruyter GmbH, Berlin 2014, ISBN 978-3-11-034013-6.
• Theodor Wasserrab: Schaltungslehre der Stromrichtertechnik. Springer Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg, Berlin 1962.

Siehe auch

• Stromflusswinkel
• Rippelstrom
• Klirrfaktor

Weblinks

• Spannung glätten (abgerufen am 21. Januar 2016)