Anpassung (Elektrotechnik)

Unter Anpassung versteht man in der Elektrotechnik die Anpassung einer technischen Größe (Strom, Spannung oder Impedanz) an eine andere.

Inhaltsverzeichnis

Arten der elektrischen Anpassung

Innen- und Außenwiderstand eines elektrischen Gerätes
Ausgangsleistung einer Spannungsquelle in Abhängigkeit des Widerstandsverhältnisses Ra/Ri

Entscheidend für die Art der Anpassung ist das Verhältnis von Ausgangsimpedanz Zi (auch Innenwiderstand Ri oder Quellwiderstand genannt) der Energie-liefernden Stufe zur Eingangsimpedanz Za (auch Außenwiderstand Ra oder Eingangswiderstand genannt) der folgenden Stufe. Von Impedanz spricht man, wenn auch induktive oder kapazitive Anteile am Widerstand zu berücksichtigen sind.

  • Ist Zi wesentlich kleiner als Za, also Zi « Za, spricht man von Spannungsanpassung, weil dann eine Änderung von Za die Ausgangsspannung U am Verbindungspunkt kaum ändert. Die abgegebene Leistung ist dann P = U²/Za. Anwendungen: Stromnetz.
  • Beim umgekehrten Fall spricht man von Stromanpassung, weil eine Änderung von Za den Ausgangsstrom I in der Verbindungsleitung kaum ändert. Der Ausgang wird dann auch als kurzschlussfest bezeichnet. Die abgegebene Leistung ist dann P = Za · I². Anwendungen: 20-mA-Einheitssignal in der Messtechnik, Meldelinien bei Alarmanlagen.
  • Wenn Zi = Z*a (komplex konjugiert) ist, handelt es sich um Leistungsanpassung. Die Ausgangsimpedanz ist der Innenwiderstand Ri oder die Quellimpedanz Zi. Die Eingangsimpedanz ist der Außenwiderstand Ra, die Lastimpedanz oder die Abschlussimpedanz Za. Die abgegebene Leistung ist maximal und übertrifft die Werte von Spannungsanpassung und Stromanpassung (Maximum Power Point). Der Wirkungsgrad beträgt bei Leistungsanpassung 50 %. Genau die Hälfte der erzeugten Leistung wird an den Verbraucher abgegeben, die andere Hälfte wird in der Quelle in Wärme verwandelt. Leistungsanpassung wird immer dann verwendet, wenn es beispielsweise bei Sensoren oder Antennen gilt, extrem geringe Leistungen vollständig auszunutzen. Die Anpassung kann mit Transformatoren oder Resonanztransformatoren erfolgen. Anwendungen: Solarzellen, Punktschweißgeräte
Die Anpassung: Betrachtung von zwei elektronischen Geräten
  • Wenn Zi = Za (gleich) ist, spricht man von Reflexions- oder Leitungsanpassung. In diesem Falle ist die Übertragungsstrecke homogen, und es tritt keine Reflexion (Blindleistung) auf. Die maximal mögliche Wirkleistung wird aber im allgemeinen Falle nicht übertragen.

Verwendung

Bei jeder digitalen oder analogen Schnittstelle entsteht durch das Verhältnis zwischen Ausgangsimpedanz der Quelle und der Eingangsimpedanz der Last eine Anpassungsdämpfung. In der Hochfrequenztechnik und in der Nachrichtentechnik verwendet man immer Reflexionsanpassung mit Zi = Za, wobei Blindanteile vermieden werden und sich damit gleichzeitig eine Leistungsanpassung ergibt. Jeder andere Fall gilt als Fehlanpassung, bei der die von der Last nicht aufgenommene Leistung zur Quelle reflektiert wird und dort Störungen verursacht.

Zur Klärung der oben genannten Begriffe von Zi und Za:

Zi Za
Ausgangswiderstand Eingangswiderstand
Innenwiderstand Außenwiderstand
Quellwiderstand Lastwiderstand
Abschlusswiderstand

Siehe auch

Literatur

  • Michael Dickreiter, Volker Dittel, Wolfgang Hoeg, Martin Wöhr, "Handbuch der Tonstudiotechnik", 7. völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage, Herausgegeben von der ARD.ZDF medienakademie, Nürnberg, 2 Bände, Verlag: K G Saur, München, 2008, ISBN 3-598-11765-5 oder ISBN 978-3-598-11765-7
  • Otto Zinke, Heinrich Brunswig: Hochfrequenztechnik 1. 6. Auflage. Springer Verlag, Berlin 2000, ISBN 354066405X.

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