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Spannungsquellen sollen einen möglichst geringen Innenwiderstand $R_i$ haben.
Die Abbildung 87 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Spannungsquelle.
Abbildung 87: Ersatzschaltbild Spannungsquelle
Wird eine reale Spannungsquelle mit $R_L$ belastet, so sinkt die Klemmenspannung $U_k$. Grund dafür ist der vorhandene Innenwiderstand $R_i$ dieser Spannungsquelle. Da die Quellenspannung $U_q$ im Leerlauf, also ohne Belastung $U_q$=$U_L$ ist, nennt man diese auch Leerlaufspannung.
In der Abbildung 88 kannst Du erkennen wie sich $U_k$ zu $I$ in Abhängigkeit vom Innenwiderstand $R_i$ verhält. Dabei ist $I_k$ ein Kurzschluss am Lastausgang. Also $R_L$=0 Ω.
Abbildung 88: Kennlinie einer Konstandspannungsquelle
Wir stellen fest das unsere Spannungsquelle einen niedrigen Innenwiderstand hat.
Eine Stromquelle, ist eine Quelle mit einem Quellenstrom $I_q$ und einem dazu paralell liegendem Innenwiderstand $R_i$. In der Abbildung 89 ist das Ersatzschaltbild dargestellt.
Abbildung 89: Ersatzschaltbild Stromquelle
Bei einem Kurzschluss am Lastausgang ist $I$=$I_q$ und die Spannung annähernd $U_L$=0 V. Der Stom im Innenwiderstand ist ebenfalls annähernd $I_i$=0 A. Dies liegt daran, dass der $R_i$ bei einer Stromquelle sehr hochohmig sein soll.
Daher gilt auch im Leerlauf $I_i$=$I_q$ und der Strom $I$ ist ohne Last 0 A.
Wir merken uns also:
Spannungsquellen haben einen geringen Innenwiderstand $R_L$$\gg$$R_i$
Stromquellen haben einen hohen Innenwiderstand $R_L$$\ll$$R_i$
AB201: Welche Eigenschaften sollten Strom- und Spannungsquellen nach Möglichkeit aufweisen?
Soll in einer Quelle die gleiche Leistung wie an der Last umgesetzt werden, muss Innen- und Lastwiderstand gleich sein. Wir sprechhen bei $R_L$$\gg$$R_i$ von einer Lastanpassung. Dies wird uns bei der Hochfrequenztechnik nochmal beschäftigen.
AG401: Welche Lastimpedanz ist für eine Leistungsanpassung erforderlich, wenn die Signalquelle eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω hat?
AB202: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_\textrm{i}$ einer Strom- oder Spannungsquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_\textrm{L}$ stehen, damit Leistungsanpassung vorliegt?
AB203: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_{\textrm{i}}$ einer Spannungsquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_{\textrm{L}}$ stehen, damit Spannungsanpassung vorliegt?
AB204: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_\textrm{i}$ einer Stromquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_\textrm{L}$ stehen, damit Stromanpassung vorliegt?
Nun wollen wir einmal anhand eines Beispieles den Innenwiderstand an einer Gleisspannungsquelle berechnen. Die Leerlaufspannung unseres Netzteils beträgt 13,8 V. Bei dem Senden mit unserem Funkgerät wird ein Strom vom 20 A abgegeben und die Ausgangsspannung sindkt auf 13 V ab.
$R_i=\frac{\delta U}{\delta I}=\frac{13,8 V – 13 V}{20 A – 0 A}=\frac{0,8 V}{20 A}=0,04\Omega$
$R=\frac{U}{I}$ bzw. $I=\frac{U}{R}$
AB205: Die Leerlaufspannung einer Spannungsquelle beträgt 5,0 V. Schließt man einen Belastungswiderstand mit 1,2 Ω an, so geht die Klemmenspannung der Spannungsquelle auf 4,8 V zurück. Wie hoch ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?
AB206: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,5 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 0,9 A abgibt, sinkt die Klemmenspannung auf 12,4 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?
AB207: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,5 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 2 A abgibt, sinkt die Klemmenspannung auf 13 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?
AB208: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,8 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 20 A abgibt, bleibt die Klemmenspannung auf 13,6 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?
