Spannungsanpassung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Spannungsquellen– und Stromquellenersatzschaltung

Von einer Spannungsanpassung spricht man, wenn der Innenwiderstand Ri einer Strom- oder Signalquelle wesentlich kleiner ist als der Lastwiderstand Ra eines angeschlossenen Gerätes. Dank des kleinen Innenwiderstandes bleibt der Spannungsabfall auch bei größeren Belastungen verhältnismäßig klein, woraus sich eine fast konstante Verbraucherspannung ergibt. Das Stromnetz und fast alle Elektronikgeräte werden so betrieben.

R_\mathrm{i} \ll R_\mathrm{a} \,.

Allgemeine Eigenschaften[Bearbeiten]

Üblicherweise werden elektrische Geräte wie Bügeleisen, Glühlampen oder Fernsehapparat für eine "feste" Betriebsspannung von 230 V gebaut, die um maximal ±10 % schwanken darf. Für elektronische Bauelemente z.B. im Handy oder Computer gelten vergleichbare Bedingungen bei geringeren Spannungen um 5 V. Das lässt sich nur erreichen, wenn die Stromversorgung einen sehr geringen Innenwiderstand besitzt.

Der Nachteil ist die Gefahr von zerstörerischem Überstrom bei Kurzschlüssen, weshalb der Überstrom durch Sicherungen abgeschaltet werden muss.

Beispiel: Ein 1000 MW-Kraftwerk soll 400 kV ±10 kV erzeugen, auch wenn sich der Strom zwischen Null und dem Maximalwert 2500 A ändert. Das erfordert einen Innenwiderstand kleiner als 4 Ω. Der Gesamtwiderstand aller angeschlossenen, parallel geschalteten Verbraucher darf zwischen 160 Ω und ∞ Ohm schwanken.

Tontechnik - Anpassung von Mikrofonen und Lautsprechern[Bearbeiten]

Bei der Tontechnik und der HiFi-Technik ist die allgemein übliche Verbindung von Geräten die Spannungsanpassung:

Das Verhältnis der beiden Widerstände Ra / Ri ist der Dämpfungsfaktor DF, den das Gerät durch seinen Eingangswiderstand verursacht. Bei jeder Schnittstelle bildet der Ausgangswiderstand der Quelle mit dem Eingangswiderstand der Last eine Anpassungsdämpfung. Besonders ist der Dämpfungsfaktor für die Anpassungsdämpfung bei der Schnittstelle vom Leistungsverstärker zum Lautsprecher zu beachten. Die Spannungsanpassung soll die Höhe eines Spannungssignals bei der Übertragung von der Quelle zur Last maximieren. Diese Übertragung erfolgt im Leerlauf nahezu unbelastet.

Ist der Ausgang eines Gerätes mit seinem Ausgangswiderstand Ri mit dem Eingang eines Gerätes mit seinem Eingangswiderstand Ra verbunden, so besteht immer dann Spannungsanpassung, wenn das folgende Gerät das erste Gerät nicht nennenswert belastet bzw. die Spannung nicht nennenswert einbrechen lässt.

Audioverbindungen sind außer bei dynamischen Mikrofonen und Tonabnehmern in Spannungsanpassung ausgeführt, auch die Verbindung zwischen Leistungsverstärker und Lautsprecher, was oft falsch dargestellt wird. Für die Anpassung eines Leistungsverstärkers an einen Lautsprecher wird der Begriff Dämpfungsfaktor D_{F} verwendet.


D_{F} = \frac{R_\mathrm{a}}{R_\mathrm{i}} \,

Daraus kann leicht der Ausgangswiderstand Ri des Verstärkers berechnet werden:


R_\mathrm{i} = \frac{R_\mathrm{a}}{D_{F}} \,

In der Tontechnik ist typischerweise Ra die nominale Impedanz eines 8-Ohm-Lautsprechers. Die Ausgangsimpedanz des Verstärkers liegt in der gleichen Größenordnung wie der Kabelwiderstand zwischen Verstärker und Lautsprecher (<0,1 Ω). Deshalb wird der Wert von D_{F} schnell kleiner.

Faustformel: ein Schaltkreis gilt als spannungsangepasst, wenn die Lastimpedanz mindestens zehnmal größer als die der Quelle ist.

Bei Systemen mit sehr langen Leitungen (z. B. Telefon) wird keine Spannungsanpassung, sondern Leistungsanpassung gewählt, um möglichst große Entfernungen überwinden zu können und Frequenzverzerrungen und Echos (Reflexionen) zu vermeiden.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]