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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum befasst man sich mit Kurzschlußspannung und Leerlaufspannung


Autor: Rolf Bendix (Gast)
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Hi,

ich habe jetzt gelernt, dass es Leerlauf- und Kurzschlussspannungen z.B. 
an einer Spannungsquelle gibt. Beim Kurzschluss-Strom ist der anliegende 
Widerstand Null und beim Leerlauf ist nichts angeschlossen.

Aber mir ist noch nicht so ganz klar, warum man das eigentlich 
unterschieden muss. Ich weis z.B. jetzt, dass die Leerlaufspannung etwas 
höher ist als die Kurzschlussspannung, aber was sagt mir das denn genau 
aus?

Autor: Mukel (Gast)
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Was ist denn eine Kurschlussspannung?
Müsste es nicht der Kurschlussstrom sein?

Autor: Stromberg B. (Gast)
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Es gibt keine Kurzschlussspannung, sondern nur Kurzschlussstrom. Den 
brauchst du für die Ermittlung der Leiterbahnbreite. Die 
Leerlaufspannung brauchst du, um die Elkos für mindestens diese Spannung 
zu dimensionieren.

Autor: So einfach geht das.... (Gast)
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Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Rolf Bendix schrieb:
> Ich weis z.B. jetzt, dass die Leerlaufspannung etwas
> höher ist als die Kurzschlussspannung,
Wie schon geantwortet, was du meinst zu wissen, ist falsch.
Leerlauf: Strom = 0, Spannung maximal.
Kurzschluss: Strom maximal, Spannung = 0.

Aber selbst das gilt nicht immer (z. B. bei sog. Fold-Back-Kennlinien 
von Spannungsstabilisator-ICs) und anderen Schaltungen mit zumindest 
teilweise negativem Ausgangswiderstand.

Stromberg B. schrieb:
> Den brauchst du für die Ermittlung der Leiterbahnbreite. Die
> Leerlaufspannung brauchst du, um die Elkos für mindestens diese Spannung
> zu dimensionieren.
Na, da spricht wohl einer, der noch nie etwas anderes gemacht hat, als 
Netzteile auf Leiterplatten zu bringen. Natürlich gibt es sehr viel mehr 
Fälle, in denen man z. B. wissen muss, wie viel Strom eine Quelle im 
Kurzschlussfall liefert, und dabei geht es eher selten um 
Leiterbahnbreiten.

Autor: Marek N. (bruderm)
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Aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom kann man den Innenwiderstand 
einer Spannungsquelle berechnen.

Kurzschlussspannung kenne ich eigentlich nur vom Transformator: Welche 
Primärspannung muss bei einem sekundärseitig kurzgeschlossenen Trafo 
angelegt werden, damit der Nennstrom fließt? Darüber kann man die 
Kopplung und Streuverluste bestimmen.

Autor: Rolf Bendix (Gast)
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Strom maximal, Spannung = 0

Aber wie kann man denn z.B. dann mit einer Spannung von 0V eine Leistung 
berechnen? Wenn P=U*I ist und U=0, dann wäre ja auch P=0. Im 
Kurzschlussfall fließt doch dann sehr viel Leistung durch ein Kabel, bis 
dann die Sicherung rausfliegt.

Autor: Dussel (Gast)
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Theoretisch ist bei einer Strom- oder Spannungsquelle auch im 
Kurzschluss die abgegebene Leistung 0, weil dann die Spannung 0 V ist.

Wie oben geschrieben, benutzt man die Angaben unter Anderem zur 
Bestimmung des Innenwiderstands und damit auch des Arbeitspunktes.

Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Die Leistung an der Kurzschlussstelle ist tatsächlich 0. Die Verbindung 
von der Quelle zur Kurzschlussstelle ist aber mit einem Widerstand 
behaftet. Das muss nicht unbedingt ein Draht sein. Über diesen 
"Innenwiderstand" entsteht dann die Leistung. Bei 230 V Netzspannung 
fließt im Kurzschlussfall an einer Steckdose ein sehr hoher Strom, ich 
hörte mal was 1000 A oder so. Egal, diese ~230 kW Verlust entstehen auf 
der Leitung zwischen Kraftwerk und Kurzschlussstelle, das meiste davon 
auf den letzten Metern, auf denen die Leitung dünn ist.

Rolf Bendix schrieb:
> Im > Kurzschlussfall fließt doch dann sehr viel Leistung durch ein
> Kabel, bis dann die Sicherung rausfliegt.
Es fließt Strom, keine Leistung. Die Leistung entsteht im Kraftwerk 
(zumindest wird dort mechanische Leistung in elektrische umgesetzt), und 
sie wird bei Kurzschluss über das Kabel in Wärme umgesetzt.

Du bist Elektriker? Elektroniker haben noch viel mehr zu Leerlauf- und 
Kurzschlussverhalten zu sagen, siehe auch Dussels Antwort.

Autor: MeierKurt (Gast)
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Rolf Bendix schrieb:
> Der Zahn der Zeit schrieb:
>> Strom maximal, Spannung = 0
>
> Aber wie kann man denn z.B. dann mit einer Spannung von 0V eine Leistung
> berechnen? Wenn P=U*I ist und U=0, dann wäre ja auch P=0. Im
> Kurzschlussfall fließt doch dann sehr viel Leistung durch ein Kabel, bis
> dann die Sicherung rausfliegt.

Es fließt nur eines: Der Strom. Die Sicherung reagiert auf diesen Strom.
Im Übrigen gilt das ohmsche Gesetz.
Als Hinweis: Reale Kabel/Verbindungen haben immer einen - wenn auch 
kleinen Innenwiderstand - der wiederum sorgt für einen Spannungsabfall - 
die damit verbundene Leistung bei dem fließenden Strom zeigt sich dann 
als Erwärmung des Kabels.

Autor: Rolf Bendix (Gast)
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Dussel schrieb:
> Innenwiderstands und damit auch des Arbeitspunktes

Was genau meinst Du denn mit Bestimmung des Arbeitspunktes? Der 
Arbeitspunkt hängt doch davon ab, wie viel Energie ich aus der 
Stromquelle heraushole. Wie kann ich ihn denn im Vorfeld berechnen?

Autor: Name H. (hacky)
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uuups. Da scheint viel an Theorie zu fehlen. Eigentlich fehlt alles...

Leerlaufspannung & Kurzschlussstrom definieren eine ideale 
Spannung-/Stromquelle mit Innenwiderstand. Ein theoretisches Gebilde.

: Bearbeitet durch User
Autor: Joachim B. (jar)
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Rolf Bendix schrieb:
> Was genau meinst Du denn mit Bestimmung des Arbeitspunktes? Der
> Arbeitspunkt hängt doch davon ab, wie viel Energie ich aus der
> Stromquelle heraushole. Wie kann ich ihn denn im Vorfeld berechnen?

dann sagt dir der Begriff Leistungsanpassung wohl auch nichts.

Wieviel Leistung holst du raus wenn der Lastwiderstand unendlich ist?

Uaus = U0 und Iaus = 0, daraus folgt mit U * I (I=0) auch leider P=0.

keine Leistung irgendwie doof, wollten wir nicht Leistung aus der Quelle 
bekommen?

Wieviel Leistung holst du raus wenn der Lastwiderstand 0 ist?

Uaus = 0 und Iaus = U0/Ri, daraus folgt mit U (=0) * I auch leider P=0.

ebenfalls keine Leistung irgendwie doof, wollten wir nicht Leistung aus 
der Quelle bekommen?

nun darfst du überlegen an welcher Stelle die Leistung die man 
rausbekommt nicht 0 sondern maximal ist, jedenfalls nicht beim 
Kurzschluß der Quelle auch nicht wenn die unbelastet ist.

Das nennt man dann Leistungsanpassung.

Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Joachim B. schrieb:
> Das nennt man dann Leistungsanpassung.

... und nicht Arbeitspunkt. Arbeitspunkt ist eigentlich was ganz 
anderes, ich habe es zumindest noch nie im Zusammenhang mit der 
Belastung einer Quelle gehört.

Autor: Käferklatscher (Gast)
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Rolf Bendix schrieb:
> Aber mir ist noch nicht so ganz klar, warum man das eigentlich
> unterschieden muss.

Das braucht man als Grundlage für ein spezielles 
Netzwerk-Berechnungsverfahren - Zweipol-Ersatz:
http://www.elektro-archiv.de/archiv/e/ersatzzweipolquellen-verfahren/


Jaja die Ings von heute haben SPICE, die müssen nicht rechnen ...

Autor: Joachim B. (jar)
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Arbeitspunkt ist eigentlich was ganz
> anderes

weiss ich doch, aber wenn er in der Leistungsanpassung ist, dann läge 
sein Arbeitspunkt dort.

Der Zahn der Zeit schrieb:
> ...Arbeitspunkt ist eigentlich was ganz
> anderes, ich habe es zumindest noch nie im Zusammenhang mit der
> Belastung einer Quelle gehört.

ich habe schon so viel gehört, auch Unsinn oder Neueres, ist eigentlich 
egal wie man das Kind nennt Hauptsache wir verstehen uns.

Genaugenommen ist jeder Verstärker, jeder Sender, jedes Netzteil Quelle 
und man möchte Leistung rausbekommen, meistens, nur sehr selten will man 
nur Spannung oder nur Strom rausbekommen, also geht es oft um 
Leistungsanpassung, ausser bei Spannnungs- oder Signal-messung, dort 
will man Spannungsanpassung haben, optimal Strom = 0 um das Ergebnis 
nicht zu verfälschen.

Mikrofon, Plattenspieler, Tuner zu Vorverstärker -> Spannungsanpassung.
NF Endstufe zu Lautsprecher, Sendeendstufe zu Antenne -> Leistung

Bei Digitalendstufen komme ich ins Schleudern, Leistung kommt reichlich 
raus, nur wenig bleibt im Verstärker, also per Definition keine 
Leistungsanpassung (Ri = Ra), es bleiben die 200W im Lautsprecher, aber 
nicht in der Endstufe bei besser 50% Wirkungsgrad (80%-90% ?)

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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"Aber mir ist noch nicht so ganz klar, warum man das eigentlich 
unterschieden muss. "

Eine elektrische Modellbahn hattest Du wohl nie gehabt.

MfG

Autor: Joachim B. (jar)
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ob der TO darauf antwortet?

Joachim B. schrieb:
> nun darfst du überlegen an welcher Stelle die Leistung die man
> rausbekommt nicht 0 sondern maximal ist, jedenfalls nicht beim
> Kurzschluß der Quelle auch nicht wenn die unbelastet ist.
>
> Das nennt man dann Leistungsanpassung.

Autor: Snickers (Gast)
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Joachim B. schrieb:
> Bei Digitalendstufen komme ich ins Schleudern, Leistung kommt reichlich
> raus, nur wenig bleibt im Verstärker, also per Definition keine
> Leistungsanpassung (Ri = Ra), es bleiben die 200W im Lautsprecher, aber
> nicht in der Endstufe bei besser 50% Wirkungsgrad (80%-90% ?)

Was ist daran unklar? Damit wird nicht bei jeder Halbwelle der 
überschüssige
Spannungsfall oberhalb des Sinus verbraten - sondern geschaltete PWM 
erträglich gefiltert. Prinzip wie beim Wechselrichter... stell Dir mal 
vor, geschaltete Versorgungen hätten so miesen eta???

Bei perfekter Leistungsanpassung wird exakt 50% der Gesamtleistung in 
der Quelle verbraten - das heißt: Die Innenwiderstände sind identisch.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Joachim B. schrieb:
> nun darfst du überlegen an welcher Stelle die Leistung die man
> rausbekommt nicht 0 sondern maximal ist, jedenfalls nicht beim
> Kurzschluß der Quelle auch nicht wenn die unbelastet ist.

Bei Photosolaranlagen überlässt man das einer Elektronik, die zur 
Aufgabe hat, die Anlage immer am Punkt der maximalen Abgabeleistung zu 
betreiben (MPP-Tracking)
https://de.wikipedia.org/wiki/Maximum_Power_Point_Tracking

Autor: Joachim B. (jar)
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Snickers schrieb:
> Was ist daran unklar?

das es bei guten digitalen Verstärker kaum linear Verluste gibt, 
entweder die Endstufe sperrt, kein Strom, oder sie leitet, kaum Spannung 
an der Endstufe.

Der Wirkungsgrad muss also höher sein, dicke Audioendstufen werden 
plötzlich sehr klein, weil sie weniger Verluste haben.

Autor: Snickers (Gast)
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Dann verstehe ich nicht, was Du ha(tte)st...

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Joachim B. schrieb:

> Genaugenommen ist jeder Verstärker, jeder Sender, jedes Netzteil Quelle
> und man möchte Leistung rausbekommen, meistens, nur sehr selten will man
> nur Spannung oder nur Strom rausbekommen, also geht es oft um
> Leistungsanpassung, ausser bei Spannnungs- oder Signal-messung, dort
> will man Spannungsanpassung haben, optimal Strom = 0 um das Ergebnis
> nicht zu verfälschen.
>
> Mikrofon, Plattenspieler, Tuner zu Vorverstärker -> Spannungsanpassung.
> NF Endstufe zu Lautsprecher, Sendeendstufe zu Antenne -> Leistung

Von Leistungsanpassung wird gern gesprochen, obwohl diese nur selten
genutzt wird. Man nimmt sie praktisch nur im HF-Bereich, und dort aus
anderen Gründen. Ansonsten arbeitet man nur mit "Spannungsanpassung".
Also "Quelle" (=Ausgang) wird so niederohmig wie möglich gebaut und
mit der "Senke" (=Eingang) verbunden, die so hochohmig wie möglich
gebaut wird. Es gibt da zwar Ausnahmen, die haben aber für Anfänger
zunächst keine Bedeutung. Der Begriff "Kurzschlussspannung" ist ein
ganz anderer, als Du (TE) vermutest und hat für Anfänger auch keine
Bedeutung. Man benötigt ihn eigentlich nur für den Anschluss von
Trafos in der Hochspannungstechnik.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Rolf Bendix schrieb:

> ich habe jetzt gelernt, dass es Leerlauf- und Kurzschlussspannungen z.B.
> an einer Spannungsquelle gibt. Beim Kurzschluss-Strom ist der anliegende
> Widerstand Null und beim Leerlauf ist nichts angeschlossen.

Du solltest diese Begriffe noch mal genauer in einem einschlägigem
Fachkundebuch nachlesen, denn Du hast da anscheinend etwas völlig
falsches gelernt.

Autor: Joachim B. (jar)
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Snickers schrieb:
> Dann verstehe ich nicht, was Du ha(tte)st...

sag ich doch ich verstehe nicht wieso digitale Endstufen ohne 
Leistungsanpassung soviel Power bringen können.
Bei Ri=Ra ist es klar größte Leistung out und im Gerät noch mal also 
Wirkungsgrad maximal 50%, Digitalendstufen haben einen größeren 
Wirkungsgrad damit gilt eben keine Leistungsanpassung.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Joachim B. schrieb:

> sag ich doch ich verstehe nicht wieso digitale Endstufen ohne
> Leistungsanpassung soviel Power bringen können.

Die erzielbare Ausgangsleistung von NF-Endstufen ist allein von
der Betriebsspannung und dem Lautsprecherwiderstand abhängig.
Dies ist unabhängig von analog und digital und auch weit entfernt
vom Zustand der Leistungsanpassung. Digitale Endstufen haben nur
deshalb einen besseren Wirkungsgrad, weil sie Spannungszwischen-
werte nicht durch einen grösseren Innenwiderstand der Transistoren,
sondern sozusagen per PWM erzeugen. Also das gleiche wie der Unter-
schied zwischen analogen und digitalen Netzteilen.

Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Harald W. schrieb:
> Die erzielbare Ausgangsleistung von NF-Endstufen ist allein von
> der Betriebsspannung und dem Lautsprecherwiderstand abhängig.
> Dies ist unabhängig von analog und digital und auch weit entfernt
> vom Zustand der Leistungsanpassung.
Das ist richtig. Lautsprecher sind Spannungs-angepasst, nicht 
Leistungs-angepasst. Die Endstufen haben eine weit niedrigere 
Ausgangsimpedanz als der Lautsprecher.

Digitale Endstufen können, zumindest theoretisch, ohne Verluste 
arbeiten, also Eingangsleistung = Ausgangsleistung bzw. Wirkungsgrad = 
100%. Bei analogen Endstufen ist theoretisch maximal ein Wirkungsgrad 
von 50% möglich. (80 bis 90% bzw. 40 bis 45% sind eher realistisch.) 
Digitale Endstufen können deshalb kleiner gebaut werden, weil die 
Wärmeabfuhr sehr viel weniger Platz braucht. Und in der Praxis auch 
deshalb, weil das Netzteil nur halb so viel Leistung liefern können 
muss.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Die Endstufen haben eine weit niedrigere Ausgangsimpedanz als der
> Lautsprecher.

Nur mal ein Beispiel zur Verdeutlichung:

Mein Wohnzimmerstereoverstärker mit 180W pro Kanal an 4Ω hat lt.
Hersteller eine Ausgangsimpedanz von etwa 2,7mΩ. Diese ist natürlich
frequenz- und lastabhängig, aber nehmen wir einmal an, der Verstärker
könnte sie auch bei extremer Belastung aufrecht erhalten. Dann würde er
an einen leistungsangepassten Lautsprecher (d.h. einen mit 2,7mΩ) eine
Leistung von

  (180W · 4Ω) / (4 · 2,7mΩ) ≈ 67kW

abgeben, wobei ein Strom von

  √(180W · 4Ω) / (2 · 2,7mΩ) ≈ 5kA

fließen würde.

In der Realität wird der Strom allerdings durch das nur endlich starke
Netzteil, Sättigungseffekte in den beteiligten Leistungsbauteilen,
Leitungswiderstände und die nach ein paar Millisekunden ansprechende
Schutzschaltung begrenzt, so dass aus den 2×67kW leider nichts wird.

Ok, die Nachbarn werden's danken ;-)

Autor: Joachim B. (jar)
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Lautsprecher sind Spannungs-angepasst, nicht
> Leistungs-angepasst. Die Endstufen haben eine weit niedrigere
> Ausgangsimpedanz als der Lautsprecher.

ich glaube jetzt fällt es mir wieder ein, wenn ich es recht überlege war 
der Ri immer kleiner als der Ra.

Ist zu lange her, aber in dem Fall gilt ja eben nicht größte Leistung 
bei Ri=Ra.
Nur wann braucht man dann Leistungsanpassung?
Ist es nicht öfter sinnvoll nichts im Verstärker zu verbraten?

Autor: Egon D. (egon_d)
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Der Zahn der Zeit schrieb:

> Harald W. schrieb:
>> Die erzielbare Ausgangsleistung von NF-Endstufen
>> ist allein von der Betriebsspannung und dem
>> Lautsprecherwiderstand abhängig. Dies ist
>> unabhängig von analog und digital und auch weit
>> entfernt vom Zustand der Leistungsanpassung.
>
> Das ist richtig. Lautsprecher sind Spannungs-angepasst,
> nicht Leistungs-angepasst.

Schreckliche Ausdrucksweise (ist nicht persönlich
gemeint), aber -- ja.


> Die Endstufen haben eine weit niedrigere
> Ausgangsimpedanz als der Lautsprecher.

Ja.
Anders formuliert: Die Endstufen arbeiten, wenn man die
Anpassungsverhältnisse betrachtet, fast im Leerlauf.


> Digitale Endstufen können, zumindest theoretisch,
> ohne Verluste arbeiten, also Eingangsleistung =
> Ausgangsleistung bzw. Wirkungsgrad = 100%.

Ja.


> Bei analogen Endstufen ist theoretisch maximal ein
> Wirkungsgrad von 50% möglich.

Nein.
Das würde nur stimmen, wenn man die Endstufen in
(Leistungs-)Anpassung betreiben würde. Das tut man aber
nicht, wie Du oben richtig festgestellt hast.

In der Nähe der Leerlaufes kann rein vierpoltheoretisch
der Wirkungsgrad fast beliebig nahe an 1.0 herankommen.
(Das ist übrigens auch für das Energienetz wichtig; die
50Hz-Trafos arbeiten alle in Leerlaufnähe und erreichen
Wirkungsgrade besser als 95%.)

Übliche Gegentakt-Transistorendstufen können theoretisch
bei optimaler Aussteuerung einen Wirkungsgrad von fast
80% erreichen; in der Praxis ist es natürlich weniger.

Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Egon D. schrieb:
>> Bei analogen Endstufen ist theoretisch maximal ein
>> Wirkungsgrad von 50% möglich.
>
> Nein.
> Das würde nur stimmen, wenn man die Endstufen in
> (Leistungs-)Anpassung betreiben würde. Das tut man aber
> nicht, wie Du oben richtig festgestellt hast.

Doch, das stimmt. Allerdings: Vielleicht sollte man hinzufügen, dass, 
wie es in der Audio-Technik selbstverständlich ist, die Sinusleistung 
gemeint ist, nicht Rechteckspannungen. Bei Maximalaussteuerung und 
unverzerrten Sinussignalen wird (bei idealen Gegentaktendstufen) genau 
so viel Leistung in den Transistoren verbraten wie an die Senke 
abgegeben.

Ich nehme an, dass wir uns da einigen können.

Joachim B. schrieb:
> Nur wann braucht man dann Leistungsanpassung?
> Ist es nicht öfter sinnvoll nichts im Verstärker zu verbraten?
Hmmm - Schande über mich, ich kann es auch nicht genau beantworten. Ja, 
in der HF-Technik wird sie angewendet, aber was spricht dagegen, eine 
AB-Endstufe wie in der Audiotechnik zu verwenden? Die höhere Frequenz? 
Sind es die üblichen Filterschaltungen in den Sender-Endstufen? Dann 
ginge es nicht um Leistungsanpassung, sondern nur um die zum Filter 
passende Last-Impedanz. Das ist doch mal eine Frage fürs's HF-Forum. (Da 
wird man erst mal die Antwort bekommen, dass auf diese Weise die Quelle 
ein Maximum an Leistung abgeben kann - ja, aber wieso hat sie eine hohe 
Ausgangsimpedanz? Historisch bedingt? Wenn man die Funktion einer 
C-Endstufe versteht, wird es etwas plausibler - aber braucht man die 
noch?)

Leistungsanpassung bzw. Impedanzanpassung wird auch bei allen Kabeln, 
die höhere Frequenzen übertragen, angewendet. Aber nicht, um die 
Leistung zu maximieren, sondern um Reflexionen zu verhindern. 
Leistungsanpassung würde ich das deswegen nicht nennen.

Autor: Egon D. (egon_d)
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Der Zahn der Zeit schrieb:

> Egon D. schrieb:
>>> Bei analogen Endstufen ist theoretisch maximal ein
>>> Wirkungsgrad von 50% möglich.
>>
>> Nein.
>> Das würde nur stimmen, wenn man die Endstufen in
>> (Leistungs-)Anpassung betreiben würde. Das tut man aber
>> nicht, wie Du oben richtig festgestellt hast.
>
> Doch, das stimmt. Allerdings: Vielleicht sollte
> man hinzufügen, dass, wie es in der Audio-Technik
> selbstverständlich ist, die Sinusleistung gemeint ist,
> nicht Rechteckspannungen.

Ja, logisch.


> Bei Maximalaussteuerung und unverzerrten Sinussignalen
> wird (bei idealen Gegentaktendstufen) genau so viel
> Leistung in den Transistoren verbraten wie an die Senke
> abgegeben.
>
> Ich nehme an, dass wir uns da einigen können.

Nein... zumindest nicht auf die Schnelle.

Ich habe nicht selbst nachgerechnet, weiss aber sicher von
einer Literaturstelle, die von ...schlag mich... 76% oder
78% Wirkungsgrad im Maximum spricht.
Wenn es Dich interessiert, müsste ich es von Hand nachrechnen
oder halt simulieren.

Autor: Egon D. (egon_d)
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Joachim B. schrieb:

> Der Zahn der Zeit schrieb:
>> Lautsprecher sind Spannungs-angepasst, nicht
>> Leistungs-angepasst. Die Endstufen haben eine weit
>> niedrigere Ausgangsimpedanz als der Lautsprecher.
>
> ich glaube jetzt fällt es mir wieder ein, wenn ich
> es recht überlege war der Ri immer kleiner als der Ra.

Ja, bei Audio ist das so gängig.


> Ist zu lange her, aber in dem Fall gilt ja eben nicht
> größte Leistung bei Ri=Ra.

???

Du zäumst das Pferd von Schwanz her auf.

Wenn Du eine gegebene Endstufe mit vorgegebenem
Innenwiderstand hast, und Du möchtest aus dieser
Endstufe die maximale Leistung herausholen, ohne dass
Du irgend etwas in ihrem Inneren ändern kannst, dann
schaffst Du das, indem Du den Lastwiderstand genauso
groß wie den (fest vorgegebenene) Innenwiderstand
machst.
Machst Du den Lastwiderstand kleiner, sackt die Spannung
schneller zusammen, als der Strom steigen kann, und Du
verlierst Leistung (Kurzschlussfall).
Machst Du den Lastwiderstand größer, nimmt der Strom
schneller ab, als die Spannung infolge der geringeren
Belastung steigt, und Du verlierst auch Leistung
(Leerlauffall).

Das THEORETISCHE Maximum erreichst Du, wenn die
Endstufe fest vorgegeben ist und Du nur den
Lastwiderstand variieren darfst, bei Ra=Ri.

Allerdings ist dieser Betriebsfall PRAKTISCH gar nicht
immer zulässig -- sie Yalus Rechenbeispiel.


> Nur wann braucht man dann Leistungsanpassung?

Genau unter der oben angegebenen Bedingung: Wenn die
Endstufe fest vorgegeben ist und Du das absolute
Maximum aus ihr herausholen musst.


> Ist es nicht öfter sinnvoll nichts im Verstärker zu
> verbraten?

Natürlich.
Deswegen werden viele Systeme, in denen wirklich Leistung
umgesetzt wird und bei denen der Wirkungsgrad wichtig ist,
absichtlich nicht in Leistungsanpassung betrieben.
Das normale Energienetz führte ich ja schon an; das wird
in der Nähe des Leerlaufes betrieben.

Autor: Egon D. (egon_d)
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Der Zahn der Zeit schrieb:

> Leistungsanpassung bzw. Impedanzanpassung wird auch
> bei allen Kabeln, die höhere Frequenzen übertragen,
> angewendet. Aber nicht, um die Leistung zu maximieren,
> sondern um Reflexionen zu verhindern.

Korrekt.


> Leistungsanpassung würde ich das deswegen nicht nennen.

Theoretisch hast Du Recht.

Praktisch fallen Leistungsanpassung und Impedanz-
anpassung zusammen -- weswegen ich es vorziehe, einfach
von "Anpassung" zu sprechen.
"Spannungsanpassung" heißt bei mir (Quasi-)Leerlauf;
"Stromanpassung" wird zu (Quasi-)Kurzschluss.

Ist aber Geschmackssache; darum würde ich nicht streiten.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Egon D. schrieb:
>> Bei Maximalaussteuerung und unverzerrten Sinussignalen
>> ...
> Ich habe nicht selbst nachgerechnet, weiss aber sicher von
> einer Literaturstelle, die von ...schlag mich... 76% oder
> 78% Wirkungsgrad im Maximum spricht.
> Wenn es Dich interessiert, müsste ich es von Hand nachrechnen
> oder halt simulieren.

Man käme auf 78% Wirkungsgrad, wenn an den Transistoren 0V 
abfallen(ideale Vollaussteuerung) und die Treiberleistung 0W wäre.

Siehe Bild von einer Simulation mit LTspiceXVII.
Die x-Achse ist die Aussteuerung. 1 entspricht Vollaussteuerung.
Die y-Achse ist der Wirkungsgrad in %.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Egon D. schrieb:
>> Bei Maximalaussteuerung und unverzerrten Sinussignalen
>> ...
> Ich habe nicht selbst nachgerechnet, weiss aber sicher von
> einer Literaturstelle, die von ...schlag mich... 76% oder
> 78% Wirkungsgrad im Maximum spricht.
> Wenn es Dich interessiert, müsste ich es von Hand nachrechnen
> oder halt simulieren.

Man käme auf 78,5% Wirkungsgrad, wenn an den Transistoren 0V 
abfallen(ideale Vollaussteuerung) und die Treiberleistung 0W wäre.

Siehe Bild von einer Simulation mit LTspiceXVII.
Die x-Achse ist die Aussteuerung. 1 entspricht Vollaussteuerung.
Die y-Achse ist der Wirkungsgrad in %.

Autor: Elektrofan (Gast)
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> Man käme auf 78,5% Wirkungsgrad, ...

Ja.  => Pi/4 = 0,785398...

Autor: Der Zahn der Zeit (Gast)
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Egon D. schrieb:
> Ich habe nicht selbst nachgerechnet, weiss aber sicher von
> einer Literaturstelle, die von ...schlag mich... 76% oder
> 78% Wirkungsgrad im Maximum spricht.
Tatsächlich, das stimmt. Da habe ich lange Zeit etwas fest geglaubt, was 
ich mal falsch berechnet und später mit dem selben falschen Ansatz 
wiederholt bestätigt hatte. Ich schlage dich nicht(!).

> Wenn es Dich interessiert, müsste ich es von Hand nachrechnen
> oder halt simulieren.
Das musste ich natürlich jetzt selber machen, und komme auf 
78,539816339744830961566084581988%... Ja, ja, der Windows-Rechner...

Das ist (für mich) natürlich überraschend hoch und bringt meine Sicht 
auf die Vor- und Nachteile von D- und AB-Endstufen ziemlich 
durcheinander. In der Praxis bleibt da ja bei den Verlusten kaum noch 
ein Unterschied um den Faktor 2.

Egon D. schrieb:
> Praktisch fallen Leistungsanpassung und Impedanz-
> anpassung zusammen -- weswegen ich es vorziehe, einfach
> von "Anpassung" zu sprechen.
> "Spannungsanpassung" heißt bei mir (Quasi-)Leerlauf;
> "Stromanpassung" wird zu (Quasi-)Kurzschluss.
>
> Ist aber Geschmackssache; darum würde ich nicht streiten.
Jau.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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"Mein Wohnzimmerstereoverstärker mit 180W pro Kanal an 4Ω hat lt.
Hersteller eine Ausgangsimpedanz von etwa 2,7mΩ"

Hallo,

Die Ausgangsimpedanz wird bei Abschluß mit dem Nennwiderstand gemessen 
gegenüber einem extern eingespeisten Wechselspannungssignal.
Also wird im Prinzip gemessen, wie stark das Störsignal gegenüber dem 
Nutzsignal unterdrückt wird. Dies ist wichtig, um die Gegen-EMK der 
Lautsprecher möglichst gut im Griff zu halten.

Bei Anschluß eines 2mOhm Lautsprechers wäre die meiste 
Verstärkungsreserve für die Gegenkopplung bereits aufgebraucht und der 
Verstärker würde nicht mehr korrekt übertragen.

MFg

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Das ist (für mich) natürlich überraschend hoch und bringt meine Sicht
> auf die Vor- und Nachteile von D- und AB-Endstufen ziemlich
> durcheinander.

Der Wirkungsgrad von π/4 gilt nur für Vollaussteuerung mit einem
Sinussignal. Bei geringerer Amplitude sinkt auch der Wirkungsgrad
entsprechend. Umgekehrt steigt der Wirkungsgrad (bei Vollaussteuerung
auf 1), wenn man statt eines Sinus- ein Rechtecksignal betrachtet.

Christian S. schrieb:
> Bei Anschluß eines 2mOhm Lautsprechers wäre die meiste
> Verstärkungsreserve für die Gegenkopplung bereits aufgebraucht und der
> Verstärker würde nicht mehr korrekt übertragen.

Das ist mir schon klar. Ich wollte anhand des Beispiels nur deutlich
machen, warum eine Leistungsanpassung beim Audioverstärker unsinnig ist.

Autor: Egon D. (egon_d)
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Yalu X. schrieb:

> Der Zahn der Zeit schrieb:
>> Das ist (für mich) natürlich überraschend hoch und
>> bringt meine Sicht auf die Vor- und Nachteile von
>> D- und AB-Endstufen ziemlich durcheinander.
>
> Der Wirkungsgrad von π/4 gilt nur für Vollaussteuerung
> mit einem Sinussignal. Bei geringerer Amplitude sinkt
> auch der Wirkungsgrad entsprechend.

Sicher -- aber Wirkungsgrad ist letztlich nur für die
Akkulaufzeit interessant. Der Kühlaufwand wird eher
von der absoluten Verlustleistung bestimmt. Natürlich
sind D-Verstärker in dieser Hinsicht überlegen, aber
das ist nicht so schwarz-weiss, wie es immer dargestellt
wird.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Yalu X. schrieb:

> Umgekehrt steigt der Wirkungsgrad (bei Vollaussteuerung
> auf 1), wenn man statt eines Sinus- ein Rechtecksignal betrachtet.

So etwas ähnliches macht man wohl zur Ermittlung der PMPO-Werte.

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