Spannungsquelle
Eine Spannungsquelle meint umgangssprachlich ein Gerät, das elektrische Energie zur Verfügung stellt (Spannungsversorgung).einer idealen Gleichspannungsquelle mit der elektrischen_Spannung U]]
Beispiele sind Batterien, Akkumulatoren, Generatoren oder Netzteile.
Technisch handelt es sich um eine Energiequelle, die elektrische Energie bei konstanter (Konstantspannungsquelle, Gleichspannungsquelle) bzw. zeitlich definierter veränderlicher Spannung liefert; siehe Spannungsform, Wechselspannung.
Technische Spannungsquelle
einer realen Spannungsquelle]]
Die Ausgangsspannung einer idealen Spannungsquelle ist unabhängig vom Stromfluss Iout zum angeschlossenen Verbraucher RL. Eine ideale Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand von Null Ohm.
Das Schaltbild rechts zeigt das Ersatzschaltbild einer realen Spannungsquelle, bestehend aus einer idealen Spannungsquelle U0 und einem Innenwiderstand Ri.
Bei unbelastetem Ausgang, das heißt unendlich großen Ausgangswiderstand, fließt kein Strom, es fällt keine Spannung am Innenwiderstand ab, die Ausgangsspannung Uout (Klemmenspannung) entspricht der Idealspannung U0 (Leerlaufspannung).
Wird ein Verbraucher angeschlossen, fließt ein Strom Iout. Die Ausgangsspannung vermindert sich um den Spannungsabfall Iout · Ri:
:
Die Ausgangsspannung einer realen Spannungsquelle ist also umso weniger vom fließenden Strom abhängig, je geringer ihr Innenwiderstand ist.
Im Fall eines Kurzschlusses wird Uout = 0 und der Kurzschlussstrom beträgt:
:
Der maximale elektrische Strom, den eine reale Spannungsquelle abgeben kann, ist um so höher, je kleiner ihr Innenwiderstand ist.
Ein möglichst geringer Innenwiderstand für technische Spannungsquellen ist damit aus drei Gründen vorteilhaft:
*geringe Änderung der Klemmenspannung bei wechselndem Laststrom
*hoher maximal lieferbarer Strom
*hoher Wirkungsgrad (geringe Verlustleistung)
Beispiel: Während die Leerlaufspannung vieler Batterien weitgehend unabhängig vom Ladezustand ist, steigt der Innenwiderstand bei abnehmendem Ladezustand stark an.
*Schließt man einen Verbraucher an eine fast leere Batterie, sinkt die Klemmenspannung stark ab. Entsprechend dem Ersatzmodell einer Spannungsquelle fällt die Spannung U0 am im Verhältnis zu R L größeren Innenwiderstand Ri ab. Daher liegt nur eine geringe Spannung am Lastwiderstand an. Durch den größeren Gesamtwiderstand der Schaltung (R i + R L) fließt nur ein kleiner Strom.
*Eine volle Batterie ist durch einen kleinen Innenwiderstand charakterisiert. Die Klemmenspannung fällt bei Anschluss eines Verbrauchers nur wenig ab.
Die abgegebene elektrische Leistung am Verbraucher RL ist maximal, wenn der Widerstand des Verbrauchers genauso groß ist wie der Innenwiderstand der Spannungsquelle: RL = Ri ("Anpassung").
Die maximale Leistung berechnet sich dann zu
:,
also auf ein viertel der symmetrisch verfügbaren Leistung.
Dieses entspricht einem Verlust von
: (siehe Bel (Einheit)).
= Elektrotechnik
=In der Elektrotechnik wird die symmetrische Spannungsversorgung am meisten bei Verstärkern eingesetzt, um sowohl positive, als auch negative Signalhübe verstärken zu können. Somit hat jeder Operationsverstärker mindestens 5 Pins: Eingang, Ausgang, Masse, sowie positive und negative Spannungsversorgung.
Die Spannungsversorgung von Verstärkern kann aber, je nach Anwendung, auch bipolar, oder asymmetrisch erfolgen.
Auch in der Nachrichtentechnik findet die symmetrische Signalübertragung, bei Digital-Analog-Wandler (DAC), Analog-Digital-Wandler (ADC), Mischern, ..., Anwendung.
siehe auch
• Stromquelle' target='blank'>
*Norton-Theorem]
*[[Tonaderspeisung
