Anpassung (Elektrotechnik)

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

Arten der elektrischen Anpassung

Innen- und Außenwiderstand eines elektrischen Gerätes

Ausgangsleistung einer Spannungsquelle in Abhängigkeit vom Widerstandsverhältnis R_a/R_i

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

• Ist Z_i wesentlich kleiner als Z_a, also Z_i < Z_a, spricht man von Spannungsanpassung, weil dann eine Änderung von Z_a die Ausgangsspannung U am Verbindungspunkt kaum ändert. Die abgegebene Leistung ist dann P = U²/Z_a. Anwendungen: Das Stromnetz und die Mehrzahl aller Elektronikgeräte wie beispielsweise Computer. Gegen zerstörerischen Überstrom müssen Sicherungen eingebaut werden.
• Beim umgekehrten Fall spricht man von Stromanpassung, weil eine Änderung von Z_a den Ausgangsstrom I in der Verbindungsleitung kaum ändert. Der Ausgang wird dann auch als kurzschlussfest bezeichnet. Die abgegebene Leistung ist dann P = Z_a · I². Anwendungen: 20-mA-Einheitssignal in der Messtechnik, Meldelinien bei Alarmanlagen.
• Wenn Z_i = Z^*_a (komplex konjugiert) ist, handelt es sich um Leistungsanpassung. Die Ausgangsimpedanz ist der Innenwiderstand R_i oder die Quellimpedanz Z_i. Die Eingangsimpedanz ist der Außenwiderstand R_a, die Lastimpedanz oder die Abschlussimpedanz Z_a. 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 Z_i = Z_a (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 Z_i = Z_a, 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 $ Z_{i} $ und $ Z_{a} $:

Siehe auch

• Rauschanpassung
• Wellenimpedanz
• 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.
• Otto Zinke, Heinrich Brunswig: Hochfrequenztechnik. 6. Auflage. Band 1. Springer Verlag, Berlin 2000, ISBN 3-540-66405-X. 

Weblinks

• Alle drei Anpassungsarten als Abbildung und als Formeln (PDF; 257 kB)
• Berechnung der Anpassungsdämpfung bei einer Schnittstelle beim Aufeinandertreffen von Ri und Ra
• Diverse Anpassungen – „Spannungsanpassung“ wird hier mit „Überanpassung“ bezeichnet