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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wieso ist ein hoher Eingangswiderstand gut?


Autor: ämpl (Gast)
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Hallo,

kann mir bitte jemand erklären, warum ein hoher Eingangswiderstand (z.B. 
bei einem OP) gut sein soll. Ich habe gelesen, dass dadurch die 
Spannungsquelle wenig belastet wird, aber warum?

: Verschoben durch Moderator
Autor: STK5400-Besitzer (Gast)
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ämpl schrieb:
> aber warum?

Weil der Lastwiderstand sehr hoch ist, es also wenig Strom fließt.

Autor: Fpga Kuechle (fpgakuechle) Benutzerseite
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ämpl schrieb:

> kann mir bitte jemand erklären, warum ein hoher Eingangswiderstand (z.B.
> bei einem OP) gut sein soll. Ich habe gelesen, dass dadurch die
> Spannungsquelle wenig belastet wird, aber warum?

I = U/R

: Bearbeitet durch User
Autor: ämpl (Gast)
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Ich habe mir dazu noch folgendes Video angeschaut.
Youtube-Video "Elektronik - OPV 5 - Operationsverstärker als Impedanzwandler"

Dort wird ab 5:00 erklärt, dass ein hoher Strom fließt weil der 
Eingangswiderstand der Elektronik gering ist.

Genauso könnte ich bei diesem Beispiel doch sagen, dass ein kleiner 
Strom fließt, weil der Ausgangswiderstand vom Sensor hoch ist. Oder 
nicht???

Man muss doch den Gesamtwiderstand Ausgangswiderstand Sensor + 
Eingangswiderstand Elektronik betrachten, um den Strom zu ermitteln? 
Oder liege ich falsch?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ja das siehst du richtig.

Wenn der Ausgangswiderstand der Quelle sehr viel geringer ist, als der 
Eingangswiderstan der Senke, kann man die Verluste am Ausgangswiderstand 
oft vernachlässigen. Dann ist die Berechnung einfacher.

Doch hohe Eingangswiderstände haben unter Umständen auch Nachteile. Die 
sind nicht immer und überall vorteilhaft.

Autor: Possetitjel (Gast)
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ämpl schrieb:

> kann mir bitte jemand erklären, warum ein hoher
> Eingangswiderstand (z.B. bei einem OP) gut sein soll.
> Ich habe gelesen, dass dadurch die Spannungsquelle
> wenig belastet wird,

Ja, das stimmt.

> aber warum?

Weil wenig Strom fließt. (Das wusstest Du schon.)


Und warum ist (meistens) gut, wenn wenig Strom fließt?
Weil dann der Spannungsabfall, der durch den fließenden
Strom am Innenwiderstand der Quelle hervorgerufen wird,
sehr gering ist.

Autor: xxox (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Wenn der Ausgangswiderstand der Quelle sehr viel geringer ist, als der
> Eingangswiderstan der Senke, kann man die Verluste am Ausgangswiderstand
> oft vernachlässigen. Dann ist die Berechnung einfacher.

Also meiner Meinung nach müsste bei dem Beispiel ab Minute 5:00 ein 
kleiner Strom fließen, denn den kleinen Eingangswiderstand kann man im 
Vergleich zum hohen Ausgangswiderstand vernachlässigen und dadurch 
fließt ein kleiner Strom (aufgrund des hohen Gesamtwiderstands)

Autor: Jakob (Gast)
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Stell dir einfach vor, du wärest ein Spion.

Schaltest du dich mit deiner Schnüffel-Elektronik mit kleinem 
Eingangswiderstand an die Telefonleitung des zu Beschnüffelnden,
merkt der, dass deine Abhörschaltung plötzlich für ein leiseres Signal
sorgt, weil z.B das Signal nur noch zur Hälfte zu ihm kommt, während du
die andere Hälfte abziehst.

Hat die Schnüffelschaltung einen hohen Eingangswiderstand, merkt er
nichts, weil deine Abhörschaltung kaum Signal-Strom abzweigt und somit
das abgehörte Signal kaum verändert.

Fazit:
Hoher Eingangswiderstand = Geringe Beeinflussung des Messobjekts...

Autor: Bernd O. (bitshifter)
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xxox schrieb:
> Stefan U. schrieb:
> Also meiner Meinung nach müsste bei dem Beispiel ab Minute 5:00 ein
> kleiner Strom fließen, denn den kleinen Eingangswiderstand kann man im
> Vergleich zum hohen Ausgangswiderstand vernachlässigen und dadurch
> fließt ein kleiner Strom (aufgrund des hohen Gesamtwiderstands)

Sieh's mal so:
Du hast einen Sensor mit einer Ausgangsspannung von 2V und einem 
Innenwiderstand von 100 kOhm. Das entspricht einer idealen 
Spannungsquelle mit 2V und einem Widerstand von 100kOhm in Reihe mit der 
Spannungsquelle und dem Anschlußkontakt.

Ziel ist es die 2V möglichst genau zu messen.

Nehmen wir an Du hast ein (sehr schlechtes) altes analoges Multimeter 
mit einem Eingangswiderstand von 100kOhm. Das bedeutet, dass im Meßgerät 
ein Widerstand von 100kOhm parallel zu den beiden Meßstrippen liegt. 
Diese 100 kOhm belasten die zu messende Spannung.

Wenn man dieses Meßgerät an den obigen Sensor anschließt wird es 1V 
anzeigen, da der Innenwiderstand des Sensors zusammen mit dem 
Innenwiderstand des Meßgerätes einen Spanungsteiler bilden, der in 
diesem Fall die Spannung halbiert.

Wenn man die Innen- und Eingangswiderstände nicht berücksichtigt würde 
man also (fälschlicherweise) davon ausgehen, dass der Sensor eine 
Spannung von 1V ausgibt während es eigentlich 2V sind.

Nimmt man stattdessen ein aktuelles digitales Multimeter mit 
typischerweise 10 MOhm Eingangswiderstand würde die angezeigte Spannung 
1,98V betragen (2V * (10 MOhm / (10 MOhm + 100 kOhm))). Das ist viel 
näher an den eigentlich vorhandenen 2V.

=> Je hochomiger das Meßgerät desto geringer der Meßfehler für 
Spannungsmessungen.

Letztendlich kommt es nicht auf den absoluten Strom an, der beim Messen 
fließt, sondern auf das Verhältnis von Innenwiderstand der Quelle zum 
Eingangswiderstand der Meßgerätes.

Da man es in beiden Fällen mit realen (== nichtoptimalen) Bauteilen zu 
tun hat optimiert man typischerweise wo man kann und versucht den Sensor 
mit einem möglichst geringen Innenwiderstand zu produzieren ohne dabei 
andere Parameter des Sensors nachteilig zu beeinflussen.

Beim Meßgerät ist es nicht anders - hier versucht man den 
Eingangswiderstand möglichst groß zu bekommen, damit die Beeinflussung 
(Belastung) durch das Meßgerät möglichst klein wird.

Wenn es technisch möglich wäre würde man den Innenwiderstand des Sensors 
auf 0 Ohm bringen und den Eingangswiderstand des Meßgerätes unenglich 
groß. Da es technisch nicht möglich ist strebt man einen möglichst guten 
Kompromiss an (z.B. preiswerte Sensoren und Multimeter mit mittelmäßigen 
technischen Daten für die Massenproduktion und exorbitant teure Sensoren 
und Meßgeräte mit richtig guten Daten für Spezialfälle). Also nicht 
anders als eigentlich überall im Leben.

Gruß,
Bernd

: Bearbeitet durch User
Autor: ämpl (Gast)
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@Jakob und @Bern danke für eure verständlichen Erklärungen.

Mir geht es nun aber noch um ein anderes Problem. Schaut euch vom Minute 
nur Minute 5:00 bis 6:00 an.

Wieso fließt hier ein hoher Strom (wegen dem niedrigen 
Eingangswiderstand) und nicht wie von mir und xxox vermutet ein 
niedriger Strom (wegen dem hohen Gesamtwiderstand von Ausgang und 
EIngang)

Autor: Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite
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ämpl schrieb:

> Wieso fließt hier ein hoher Strom (wegen dem niedrigen
> Eingangswiderstand) und nicht wie von mir und xxox vermutet ein
> niedriger Strom (wegen dem hohen Gesamtwiderstand von Ausgang und
> EIngang)

Warum benutzt Du nicht einfach nur einen Nick anstatt hier zwei Personen 
"ämpl" und "xxox" vorzutäuschen? Das ist weder erlaubt noch nett 
gegenüber denjenigen, die Dir helfen wollen.

Autor: HildeK (Gast)
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ämpl schrieb:
> Wieso fließt hier ein hoher Strom (wegen dem niedrigen
> Eingangswiderstand) und nicht wie von mir und xxox vermutet ein
> niedriger Strom (wegen dem hohen Gesamtwiderstand von Ausgang und
> EIngang)
Deine Vermutung ist absolut richtig.
Der Vortragende hat die qualitativen Begriffe 'klein' und 'hoch' ohne 
Unterscheidung verwendet. Das impliziert quasi einen festen Wert für 
'hoch' bzw. 'klein' und führt zu Missverständnissen.
Wenn schon qualitativ, dann hätte er Begriffe wie 'sehr viel höher als' 
oder 'sehr viel kleiner als' verwenden müssen.
In der Schaltung ohne Impedanzwandler sieht der Sensor durch die 
Elektronik fast einen Kurzschluss und kann deshalb kaum eine Spannung 
abliefern, weil der Ausgangsstrom für seine Verhältnisse hoch ist. 
Trotzdem ist der absolute Strom klein.
Mit Impedanzwandler mit dem sehr kleinen Ausgangswiderstand kann sehr 
viel mehr Strom am Ausgang liefern, muss es aber nicht tun. Aus seiner 
Sicht ist der Ausgangsstrom klein, obwohl er absolut deutlich größer 
ist. Für den Sensor ist jetzt sein Ausgangsstrom klein, tatsächlich ist 
er sogar extrem klein.

Noch besser wäre gewesen, er hätte reale Zahlen als Beispiel dazu 
geschrieben.

Beispiel:
- der Sensor hätte 100kΩ Ausgangswiderstand
- die Elektronik hätte 1kΩ Eingangswiderstand
- der OPA hätte 100MΩ Eingangswiderstand
- der OPA hätte 10Ω Ausgangswiderstand

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