Anpassung
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Immer wenn elektrische Geräte miteinander verbunden werden, müssen die Ausgänge den einen an die Eingänge des anderen angepasst werden. Dafür gibt es unterschiedliche Konzepte.
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Spannungsanpassung
Bei der Spannungsanpassung wird eine bestimmte Spannung definiert, die dem Gerät geliefert werden muss, damit es ordnungsgemäß arbeiten kann. Teilweise werden dabei Nebenbedingungen definiert, die erfüllt werden müssen:
- Stromversorgung: Ein Gerät benötigt z.B. 13,8 V Gleichspannung oder 230 V Wechselspannung. Zu den Nebenbedingungen gehört z.B. die Leistungsaufnahme, die gedeckt werden muss.
- Spannungspegel auf Leitungen: Ein Mikrofon muss z.B. 1 mV liefern. Oder die typischen Signalpegel an Soundkarten oder Stereoanlagen sind 0,7 V. Typische Nebenbedingung: Ein definierter Quell- oder Abschlusswiderstand.
- 100-V-Technik in großen Beschallungsanlagen: Für Durchsagesysteme in Industriebbetrieben usw. benutzt man gerne die 100-V-Technik. Hier liefert der Leistungsverstärker, unabhängig von seiner maximalen Ausgangsleistung, bei Vollaussteuerung 100 V am Ausgang. Ein leistungsstarker Verstärker kann also mehr Strom liefern als ein leistungsschwächerer. Jeder Lautsprecher wird über einen Transformator angeschlossen, dessen Übersetzungsverhältnis die Lautstärke bestimmt. Soll ein 4-Ω-Lautsprecher eine Maximalleistung von 4 W aufnehmen (4 V, 1 A), so muss der Transformator ein Übersetzungsverhältnis von 25:1 haben.
Stromanpassung
Weniger geläufig ist der Einsatz definierter Strompegel. In der Regel- und Datentechnik gibt es z.B. 20-mA-Schnittstellen. Stromschnittstellen werden gerne benutzt, wenn Spannungspegel, etwa durch induktive Einstrahlungen, zu stark beeinflusst werden. Auch spielen hier Spannungsabfälle auf den Leitungen keine wesentliche Rolle. Es gibt beispielsweise Thermometer, die einen spannungs-proportionalen Strom mit einem typischen Maximalwert von 20 mA liefern. Mechanische Fernschreiber nutzen einen Strom von 20 mA zur Datenübertragung.
Leistungsanpassung
Bei der Leistungsanpassung wird der Verbraucher (die Last) am Ausgang einer Quelle so dimensioniert, dass die Quelle die höchstmögliche Leistung (genauer Wirkleistung) abgibt. Der Verbraucher wird an die Quelle angepasst.
Bei linearen Quellen ist Leistungsanpassung erreicht, wenn der Widerstand des Verbrauchers gleich dem Innenwiderstand der Quelle ist.
Im Wechselspannungsbereich und bei komplexen Widerständen (Impedanzen) müssen die Wirkanteile der inneren Impedanz der Quelle und der Verbraucherimpedanz gleich groß sein. Die Blindanteile (kapazitiv/ induktiv) müssen im Betrag gleich sein, aber ein gegensätzliches Vorzeichen haben. Ein kapazitiver Anteil in der Quelle muss durch einen passenden induktiven Anteil im Verbraucher kompensiert werden und umgekehrt.
Bei Lasten an HF-Leitungen (HF-Kabeln) muss der Widerstand des Verbrauchers gleich dem Wellenwiderstand der Leitung sein.
Achtung: Das Bedeutet nicht, dass der Wellenwiderstand einer Leitung (eines HF-Kabels) ein Innenwiderstand ist!!! Am Innenwiderstand einer Quelle wird elektrische Leistung in Wärme umgewandelt. Der Wellenwiderstand wandelt keine Leistung um.
Anpassungsfaktor
Der Kehrwert des Stehwellenverhältnisses auf einer Hf-Leitung
m = 1/SWV
wird Anpassungsfaktor oder auch kurz Anpassung genannt. Er beschreibt das Reflexionsverhalten einer (nicht-idealen) Last an einer Leitung. Gemessen wird der Anpassungsfaktor mit einem Stehwellenmessgerät.
