imported>Acky69: Redundanz raus / Gliederung, zus. Links

2024-04-14T20:23:02Z

Redundanz raus / Gliederung, zus. Links

Neue Seite

== Impedanzwandler in der Elektrotechnik ==
In der [[Elektrotechnik]] ist der '''Impedanzwandler''' eine elektrische [[Baugruppe]], ein [[Vierpol]], der die [[elektrische Impedanz]] (den [[Wechselstromwiderstand]]) einer Quelle an die eines [[Elektrischer Verbraucher|Verbrauchers]] [[Anpassung (Elektrotechnik)|anpasst]].

=== Passive Wandler ===
[[Datei:wid4pol.png|mini|Passives Zweitor als Impedanzwandler]]
Ein passiver Impedanzwandler ist in seiner [[Ersatzschaltbild|Ersatzschaltung]] ein [[Zweitor]] mit entsprechend dimensionierten Impedanzen. Die Ein- und Ausgangs-, wie auch die inneren Impedanzen können beliebig sein. Ein [[Transformator]] ist ebenfalls ein passiver Impedanzwandler, da er wegen der Strom- und Spannungstransformation zugleich eine Impedanztransformation bewirkt. Dabei wird von einem [[Transformator#Idealer Transformator|idealen Transformator]] in Näherung ausgegangen, also einer verlustloser Leistungsübertragung von der Primärseite ''1'' auf die Sekundärseite ''2'', und die beiden Leistungen ''P'' sind dann ident:

:<math>P_1 = P_2</math>

Über den Bezug, dass die Leistung <math>P</math> am Betrag einer Impedanz <math>Z</math> gleich

:<math>P = \frac{U^2}Z</math>

ist und mit der [[Transformator#Netzwerkmodellierung|Transformationsgleichung]] an einem idealen Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis <math>\gamma</math> und den beiden Windungszahlen ''N'' von der Primär- und Sekundärseite:

:<math>\gamma = \frac{N_1}{N_2} = \frac{U_1}{U_2}</math>

ergibt sich das Übersetzungsverhältnis als Funktion der Impedanzen zu

:<math>\gamma = \sqrt{\frac{Z_1}{Z_2}}</math>

womit die Impedanzen zwischen Primärseite und Sekundärseite am Transformator quadratisch transformiert werden:

:<math>\gamma^2 = \frac{Z_1}{Z_2}</math>

In der [[Hochfrequenztechnik|Hochfrequenz-]] und [[Antennentechnik]] ist dieser Transformator häufig ein [[Balun]], daneben sind unter anderem [[Resonanztransformator]]en, Leitungsstücke bestimmter [[Wellenwiderstand|Kabelimpedanz]] und Länge als Impedanztransformator in Verwendung.

=== Aktive Wandler ===
[[Datei:Voltage follwer 4clamp II.svg|mini|Verringerung der Impedanz mit Operationsverstärker]]

Aktive Impedanzwandler sind immer [[Analogsignal|analoge]] [[Verstärker (Elektrotechnik)|Verstärkerschaltungen]]. Da bei aktiven Impedanzwandlern durch eine [[Spannungsquelle]] [[elektrische Leistung]] in die Schaltung geliefert wird, ist nahezu jede beliebige Art der Impedanzwandlung möglich.

Als Beispiel dafür sind die [[Transistorgrundschaltungen]] sowie Schaltungen mit [[Operationsverstärker]]n wie der [[Spannungsfolger]] genannt.

=== Hochfrequenzschaltungen ===
In Geräten der [[Hochfrequenztechnik]] müssen unterschiedliche Impedanzen von aktiven Bauelementen einander [[Leistungsanpassung|angepasst]] werden. Bei Wellenlängen, die die Abmessungen der Geräte deutlich überschreiten, verwendet man dazu auch Resonanztransformatoren, bei kürzeren Wellenlängen im Rahmen der [[Leitungstheorie#Leitungstransformation|Leitungstheorie]] Leitungen geeigneter Länge zur Impedanzanpassung, beispielsweise [[Streifenleitung]]en. Mit beiden Anordnungen lassen sich auch komplexe Widerstände anpassen.

== Nichtelektrische Wandler ==
=== Schall ===
Die Impedanzwandlung bei Schall ist zu dessen effektiver Übertragung und Abstrahlung erforderlich. Ziel eines [[Horn (Lautsprecher)|Hornlautsprechers]] ist, die Wellenimpedanz des eigentlichen Lautsprechers an die [[Schallkennimpedanz]] der umgebenden Luft [[Wellenimpedanz#Akustische Wellen bei variablem Querschnitt|anzupassen]]. Hier weitere Beispiele:

==== Mittelohr ====
Da das [[Außenohr]] mit Luft und das [[Innenohr]] mit Flüssigkeit gefüllt ist, kommt es im [[Mittelohr]], also dem Übergang, zu einer Erhöhung der [[Akustische Impedanz|akustischen Impedanz]]. Dieses wirkt wie eine [[Schallausbreitung|schallharte Wand]]. Um diesem Anstieg entgegenzuwirken, gibt es im Mittelohr zwei Mechanismen: die Hebelwirkung der [[Mittelohr#Gehörknöchelchen|Gehörknöchelchen]] und die Druckverstärkung, die durch den Flächenunterschied zwischen ovalem Fenster und dem [[Trommelfell]] entsteht.

==== Bassreflexprinzip ====
Bei Lautsprecherboxen wird oft das resonante [[Bassreflexbox|Bassreflexprinzip]] angewendet, um bei begrenztem Boxenvolumen dennoch eine gute Abstrahlung tiefer Frequenzen zu erreichen. Dabei wird die Impedanz, gegen die der Lautsprecher arbeitet, verringert, indem er einen akustischen Resonator erregt, der aus dem elastischen Luftvolumen in der Box und der im Bassreflexrohr bewegten Luftmasse besteht.

==== Sonotrode ====
[[Sonotrode]]n dienen der Anpassung der Impedanz eines Ultraschallwandlers an das Werkstück beim [[Ultraschallschweißen]] und -[[bonden]]. Dazu sind sie schmal zulaufend, d. h. umgekehrt als ein Exponentialhorn, geformt.

==== Exponentialhorn ====
[[Exponentialhorn|Exponentialhörner]] finden sich an manchen Hochton[[lautsprecher]]n und als Trichter an [[Grammophon]]en und dem [[Phonograf|Edison-Apparat]]. Früher verwendete man zur Beschallung in Kinos metergroße Exponentialhörner hinter der Leinwand. In allen diesen Fällen dienen sie der Impedanzanpassung des Schallwandlers an die Freiraumimpedanz des Luftschalles. Heute sind Exponentialhörner noch für LKW-Hupen und Drucklufttröten in Gebrauch. Siehe auch [[Horn (Lautsprecher)]] und [[Makrofon]].

== Literatur ==
*{{BibISBN|3540428496}}

[[Kategorie:Elektrische Schaltung]]
[[Kategorie:Messtechnik]]

Impedanzwandler - Versionsgeschichte

imported>Acky69: Redundanz raus / Gliederung, zus. Links