Quelltext der Seite Anpassung (Elektrotechnik)

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Unter '''Anpassung''' zwischen einer [[Elektrischer Verbraucher|elektrischen Last]] und einer direkt verbundenen [[Elektrische Energiequelle|elektrischen Quelle]] wird die Bedingung verstanden, unter der ein Ziel in Blick auf [[Stromstärke]], [[Elektrische Spannung|Spannung]], [[Elektrische Leistung|Leistung]] oder [[Reflexion (Physik)#Reflexion bei elektrischen Leitungen|Reflexion]] erreicht wird. Ferner wird darunter eine Handlung verstanden, mit der das Ziel durch Einfügung eines [[Zweitor]]s oder durch Dimensionierung erreicht wird.<ref name="IEV">IEC 60050, siehe DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE: [https://www2.dke.de/de/Online-Service/DKE-IEV/Seiten/IEV-Woerterbuch.aspx?search=702-07-14 ''Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch – IEV.''] IEV-Nummer 702-07-14.</ref> Beispielsweise in der [[Messtechnik]] kann es sich um die Anpassung eines [[Elektrisches Signal|elektrischen Signals]] an den [[Messbereich]] eines [[Messgerät]]es handeln.<ref>Wilfried Plaßmann, Detlef Schulz: ''Handbuch Elektrotechnik: Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker''. Springer Vieweg, 6. Aufl., 2013, S. 793.</ref>
[[Datei:Quelle_Ri.png|mini|Innen- und Außenwiderstand eines elektrischen Gerätes mit [[Spannungsquelle]]]]

== Arten der elektrischen Anpassung ==
[[Datei:Leistung reale Spannungquelle.svg|mini|Ausgangsleistung einer Spannungsquelle in Abhängigkeit vom Widerstandsverhältnis <math>R_\text{a}/R_\text{i}</math>]]

Entscheidend für die Art der Anpassung ist das Verhältnis von [[Linearer Widerstand|linearer]] [[Ausgangsimpedanz]] <math>Z_\text{i}</math> (auch [[Innenwiderstand]] <math>R_\text{i}</math> oder Quellwiderstand genannt) der energieliefernden Stufe zur linearen [[Eingangsimpedanz]] <math>Z_\text{a}</math> (auch [[Außenwiderstand]] <math>R_\text{a}</math> oder [[Eingangswiderstand]] genannt) der folgenden Stufe. Von Impedanz wird gesprochen, wenn an einem Widerstand auch induktive oder kapazitive Anteile beteiligt sind.

=== Spannungsanpassung ===
Ist <math>|Z_\text{i}|</math> wesentlich kleiner als <math>|Z_\text{a}|</math>, also <math>|Z_\text{i}| \ll |Z_\text{a}|</math>, wird von [[Spannungsanpassung]] gesprochen, weil dann eine Änderung von <math>Z_\text{i}</math> die Ausgangsspannung <math>U</math> an den Verbindungspunkten kaum ändert. Die beim Verbraucher ankommende Spannung soll maximal sein in Bezug auf die von der Quelle erzeugte Spannung. Der Ausgang wird dann auch als ''leerlauffest'' bezeichnet.

Anwendungen: Das [[Stromnetz]] und die Mehrzahl aller [[Elektrogerät]]e wie beispielsweise Computer, Motoren. Gegen zerstörerischen Überstrom ''müssen'' [[Überstromschutzeinrichtung|Sicherungen]] eingebaut werden.

=== Stromanpassung ===
Beim umgekehrten Fall, also <math>|Z_\text{i}| \gg |Z_\text{a}|</math>, wird von [[Stromanpassung]] gesprochen, weil eine Änderung von <math>Z_\text{a}</math> die Ausgangsstromstärke <math>I</math> in der Verbindungsleitung kaum ändert. Die beim Verbraucher ankommende Stromstärke soll maximal sein in Bezug auf die von der Quelle abgegebene Stromstärke. Der Ausgang wird dann auch als ''kurzschlussfest'' bezeichnet.

Anwendungen: 20-mA-[[Einheitssignal]] in der [[Automatisierungstechnik]], Meldelinien bei [[Alarmanlage]]n.

=== Leistungsanpassung (Wirkleistungsanpassung) ===
Wenn <math>Z_\text{i}=Z^*_\text{a}</math> ([[Konjugation (Mathematik)|konjugiert komplex]]) ist, handelt es sich um [[Leistungsanpassung]], genau gesagt um [[Wirkleistung]]<nowiki />sanpassung.<ref name="Paul">Reinhold Paul: ''Elektrotechnik: Grundlagenlehrbuch. Band II: Netzwerke''. Springer, 1985, S. 191 ff.</ref> Die Blindanteile von <math>Z_\text{i}</math> und <math>Z_\text{a}</math> [[Kompensation (Technik)|kompensieren]] sich. Die beim Verbraucher an <math>R_\text{a}</math> ankommende Leistung soll maximal sein in Bezug auf die von der Quelle abgebbare Leistung. Dieses wird unter der Einschränkung erzielt, dass der [[Wirkungsgrad]] bei Leistungsanpassung nur 50 % beträgt. Die Hälfte der erzeugten Leistung wird an den Verbraucher abgegeben, die andere Hälfte wird in der Quelle an <math>R_\text{i}</math> in Wärme verwandelt.

Leistungsanpassung wird immer dann verwendet, wenn es beispielsweise bei [[Sensor]]en oder [[Antennentechnik|Antennen]] gilt, geringe Leistung vollständig auszunutzen. Die Anpassung kann mit [[Transformator]]en oder [[Resonanztransformator]]en erfolgen.

=== Leitungsanpassung (Scheinleistungsanpassung) ===
Wenn <math>Z_\text{i}=Z_\text{a}</math> ist, wird von Reflexions- oder [[Leitungsanpassung]] gesprochen und zugleich von [[Scheinleistung]]<nowiki />sanpassung.<ref name="Paul" /> In diesem Falle ist die Übertragungsstrecke homogen, und die reflektierte Leistung wird minimal. Im allgemeinen Falle wird gleichwohl nicht die maximal mögliche Wirkleistung übertragen.
[[Datei:EingangswiderstandAusgangswiderstandA.svg|mini|hochkant=1.5|Bezeichnungen zur Anpassung: ''zwischen zwei'' Geräten, alternativ ''an einem'' Gerät]]

== Fehlanpassung ==
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]] wird ''immer'' Reflexionsanpassung mit <math>Z_\text{i}=Z_\text{a}</math> verwendet, 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.

== Siehe auch ==
* [[Rauschanpassung]]
* [[Wellenwiderstand]]
* [[Reflexionsfaktor]]

== 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. K G Saur, München 2008, ISBN 978-3-598-11765-7.
* {{Literatur
   |Autor=Otto Zinke, Heinrich Brunswig
   |Titel=Hochfrequenztechnik
   |Band=1
   |Auflage=6.
   |Verlag=Springer Verlag
   |Ort=Berlin
   |Datum=2000
   |ISBN=3-540-66405-X}}

== Weblinks ==
* [http://www.sengpielaudio.com/AnpassungInDerTonstudiotechnik.pdf Alle drei Anpassungsarten als Abbildung und als Formeln] (PDF; 257&nbsp;kB)
* [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-anpassungsdaempfung.htm Berechnung der Anpassungsdämpfung bei einer Schnittstelle beim Aufeinandertreffen von ''R''<sub>i</sub> und ''R''<sub>a</sub>]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Anpassung (Elektrotechnik)| ]]
[[Kategorie:Wellen]]
[[Kategorie:Elektrodynamik]]
[[Kategorie:Elektrischer Strom]]
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