Unabhängige Spannungs- und Stromquellen

Eine Spannungsquelle ist ein Gerät, das eine konstante oder veränderliche elektrische Spannung zwischen ihren Anschlüssen bereitstellt. Eine Stromquelle ist ein Gerät, das einen konstanten oder veränderlichen Strom durch ihre Anschlüsse leitet. Sowohl Spannungs- als auch Stromquellen sind essentiell für die Versorgung verschiedener elektrischer Schaltungen und Geräte.

Nicht alle Quellen sind jedoch gleich. Je nachdem, wie sie sich verhalten und mit anderen Schaltungselementen interagieren, können Quellen in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: unabhängig und abhängig.

Was ist eine unabhängige Spannungs- oder Stromquelle?

Eine unabhängige Quelle ist eine Quelle, die nicht von einer anderen Größe im Schaltkreis abhängt. Ihre Ausgangsspannung oder -strom wird durch ihre eigenen Eigenschaften bestimmt und ändert sich nicht mit der Last oder anderen Schaltkreisbedingungen.

Eine unabhängige Spannungsquelle hält eine bestimmte Spannung an ihren Anschlüssen aufrecht, unabhängig vom durchfließenden Strom. Eine unabhängige Stromquelle hält einen bestimmten Strom durch ihre Anschlüsse aufrecht, unabhängig von der Spannung an den Anschlüssen.

Unabhängige Quellen können entweder konstant oder zeitabhängig sein. Eine konstante Quelle liefert während ihres Betriebs einen festen Wert von Spannung oder Strom. Eine zeitabhängige Quelle liefert einen sich ändernden Wert von Spannung oder Strom gemäß einer Funktion der Zeit, wie z.B. eine Sinuswelle, ein Impuls oder eine Rampenfunktion.

Die Symbole, die zur Darstellung unabhängiger Quellen verwendet werden, sind unten gezeigt. Der Pfeil innerhalb des Kreises zeigt die Richtung des Stromes bei Stromquellen und die Polarität der Spannung bei Spannungsquellen an.

Einige Beispiele für unabhängige Quellen sind Batterien, Solarzellen, Generatoren, Wechselrichter usw.

Was ist eine abhängige Spannungs- oder Stromquelle?

Eine abhängige Quelle ist eine Quelle, die von einer anderen Größe im Schaltkreis abhängt. Ihre Ausgangsspannung oder -strom ist eine Funktion der Spannung oder des Stromes eines anderen Teils des Schaltkreises. Eine abhängige Quelle wird auch als kontrollierte Quelle bezeichnet.

Eine abhängige Quelle kann entweder spannungsgesteuert oder stromgesteuert sein. Eine spannungsgesteuerte Quelle hat ihre Ausgabe durch die Spannung über einem anderen Element im Schaltkreis bestimmt. Eine stromgesteuerte Quelle hat ihre Ausgabe durch den Strom durch ein anderes Element im Schaltkreis bestimmt.

Eine abhängige Quelle kann auch entweder spannungsabhängig oder stromabhängig sein. Eine spannungsabhängige Quelle liefert eine Spannungsausgabe, die proportional zur steuernden Spannung oder dem Steuerstrom ist. Eine stromabhängige Quelle liefert eine Stromausgabe, die proportional zur steuernden Spannung oder dem Steuerstrom ist.

Die Symbole, die zur Darstellung abhängiger Quellen verwendet werden, sind unten gezeigt. Die Diamantenform zeigt an, dass die Quelle abhängig ist. Der Pfeil innerhalb des Diamanten zeigt die Richtung des Ausgangsstromes bei Stromquellen und die Polarität der Ausgangsspannung bei Spannungsquellen an. Der Pfeil außerhalb des Diamanten zeigt die Richtung des steuernden Stromes bei stromgesteuerten Quellen und die Polarität der steuernden Spannung bei spannungsgesteuerten Quellen an.

Einige Beispiele für abhängige Quellen sind Verstärker, Transistoren, Operationsverstärker usw.

Abhängige Quellen können auch konstant oder zeitabhängig sein, je nachdem, ob die steuernde Größe konstant oder zeitabhängig ist.

Was ist eine ideale Spannungs- oder Stromquelle?

Eine ideale Quelle ist ein theoretisches Konzept, das ein idealisiertes Verhalten einer Quelle darstellt. Eine ideale Quelle hat keinen internen Widerstand oder Impedanz und kann dem Schaltkreis unendlich viel Leistung liefern.

Eine ideale Spannungsquelle hält eine konstante Spannung an ihren Anschlüssen aufrecht, unabhängig von der Lastimpedanz oder dem Strom. Eine ideale Stromquelle hält einen konstanten Strom durch ihre Anschlüsse aufrecht, unabhängig von der Lastimpedanz oder der Spannung.

Die Symbole, die zur Darstellung idealer Quellen verwendet werden, sind die gleichen wie die für unabhängige Quellen, mit dem Unterschied, dass es keine Angabe über den internen Widerstand oder die Impedanz gibt.

Es gibt kein praktisches Beispiel für eine ideale Quelle, aber einige reale Quellen können unter bestimmten Bedingungen als ideale Quellen angenähert werden. Zum Beispiel kann eine Batterie als ideale Spannungsquelle betrachtet werden, wenn ihr interner Widerstand im Vergleich zum Lastwiderstand vernachlässigbar ist. Ähnlich kann eine Photovoltaikzelle als ideale Stromquelle betrachtet werden, wenn ihr interner Widerstand im Vergleich zum Lastwiderstand vernachlässigbar ist.

Wie wandelt man zwischen Spannungs- und Stromquellen um?

Jede reale Quelle kann als Spannungsquelle oder als Stromquelle mit einer äquivalenten internen Impedanz dargestellt werden. Dies bedeutet, dass jede Spannungsquelle in eine äquivalente Stromquelle und umgekehrt umgewandelt werden kann.

Um eine Spannungsquelle in eine äquivalente Stromquelle umzuwandeln, müssen wir zwei Parameter finden: den Ausgangsstrom und den internen Widerstand der Stromquelle.

Der Ausgangsstrom der äquivalenten Stromquelle entspricht dem Kurzschlussstrom der ursprünglichen Spannungsquelle. Das bedeutet, dass wir den Strom ermitteln müssen, der durch die Anschlüsse der ursprünglichen Spannungsquelle fließt, wenn sie durch einen Draht mit Nullwiderstand verbunden sind.

Der interne Widerstand der äquivalenten Stromquelle entspricht dem Offenkreiswiderstand der ursprünglichen Spannungsquelle. Das bedeutet, dass wir den Widerstand zwischen den Anschlüssen der ursprünglichen Spannungsquelle er