Key Takeaways

● Gewinnen Sie ein besseres Verständnis für das Konzept der Lastimpedanz.

● Lernen Sie, wie die Lastimpedanz in einer Schaltung verwendet wird.

● Erfahren Sie mehr über die Auswirkungen der Lastimpedanz auf eine Schaltung.

Ein Digitalmultimeter

In praktisch jedem Wörterbuch werden Synonyme als Wörter definiert, die die gleiche oder fast die gleiche Bedeutung wie ein anderes haben. Im Bereich der Elektronik ist die Verwendung von Synonymen weit verbreitet.

Ein solches Synonympaar sind Impedanz (Wechselstromkreise) und Widerstand (Gleichstromkreise). Technisch gesehen stehen beide für den Widerstand gegen den Stromfluss, aber die Impedanz schließt auch den Widerstand in ihre Faktorisierung ein. Dazu gehören natürlich auch der Blindwiderstand (Kondensatoren) und die Induktivität (Spulen).

Was ist die Impedanz?

Die Impedanz ist der aktive Widerstand einer elektrischen Schaltung oder eines Bauteils gegenüber Wechselstrom, der sich aus der Kombination von Blindwiderstand und ohmschem Widerstand ergibt. Wir definieren sie auch als jedes Hindernis oder das Maß des Widerstands eines elektrischen Stroms gegen den Energiefluss beim Anlegen einer Spannung.

Die technischere Definition ist der Gesamtwiderstand, den ein Stromkreis dem Fluss von Wechselstrom einer einzigen Frequenz entgegensetzt. Zusammengefasst ist sie eine Kombination aus Reaktanz und Widerstand, die wir in Ohm messen und mit dem Symbol Z darstellen.

Berechnung der Impedanz

Wie gesagt, ist die Impedanz der Widerstand eines Stromkreises gegen Wechselstrom, den wir in Ohm messen. Um die Impedanz zu berechnen, braucht man den Widerstand (die Impedanz) aller Kondensatoren, Induktivitäten und den Wert aller Widerstände. Diese Werte sind erforderlich, weil jedes dieser Bauteile dem Strom einen unterschiedlich großen Widerstand entgegensetzt. Das Maß hängt natürlich davon ab, wie sich der Strom in Geschwindigkeit, Richtung und Stärke verändert. Wir können die Impedanz mit Hilfe einer einfachen mathematischen Formel berechnen.

Dies sind die Formeln, die du brauchst, um die Impedanz deines Stromkreises genau zu berechnen

• Impedanz: Z = R oder XL oder XC (wenn nur eines vorhanden ist)

• Impedanz nur in Reihe: Z = √(R2 + X2) (wenn sowohl R als auch eine Art von X vorhanden sind)

• Impedanz nur in Reihe: Z = √(R2 + (|XL – XC|)2) (wenn R, XC und XL vorhanden sind)

• Impedanz in einem beliebigen Stromkreis = R + jX (j ist die imaginäre Zahl √(-1))

• Widerstand: R = V / I

• Induktiver Blindwiderstand: XL = 2πƒL = ωL

• Kapazitiver Blindwiderstand: XC = 1 / 2πƒC = 1 / ωC

Was ist eine Lastimpedanz?

Eine Last oder Lastimpedanz ist das Konzept des Anschlusses eines Geräts oder einer Komponente an den Ausgang eines Funktionsblocks, wodurch diesem eine messbare Strommenge entzogen wird. Zum Beispiel kann man einen Widerstand an eine Stromversorgung oder einen Pufferverstärker (Operationsverstärker) an einen Oszillator anschließen. Eine Lastimpedanz ist also die Eingangsimpedanz des nächsten Funktionsblocks in der Kette.

Hinweis: Ein Pufferverstärker oder Puffer sorgt für eine elektrische Impedanztransformation von einem Schaltkreis zum nächsten Schaltkreis in der Kette. Kurz gesagt, er sorgt für die Übertragung von Strom oder Spannung von der ersten Schaltung, die einen hohen Ausgangsimpedanzpegel hat, zur zweiten Schaltung, die einen niedrigen Eingangsimpedanzpegel hat. Der interpolierte Pufferverstärker verhindert, dass der zweite Stromkreis den ersten überlastet und die ordnungsgemäße Funktion beeinträchtigt. Im Allgemeinen gibt es zwei Haupttypen von Puffern: einen Strompuffer oder einen Spannungspuffer.

Eine Lastimpedanz liegt vor, wenn die Last nicht nur aus rein ohmschen Komponenten wie Widerständen besteht, sondern auch reaktive Komponenten wie Induktoren und Kondensatoren enthält. Die reaktiven Komponenten stellen die imaginäre Impedanz dar, während die ohmschen Elemente die reale Impedanz enthalten.

Funktionell geben die Widerstände die Energie ab, wenn wir eine Spannung anlegen, während Kondensatoren und Induktivitäten die Energie speichern. Daher betrachten wir ihre Impedanz als imaginär.

Die Bedeutung der Lastimpedanz

Wie bei jedem Widerstand, der absichtlich zu einem Stromkreis hinzugefügt wird, besteht das Ziel darin, den Strom- und Spannungsfluss innerhalb des Stromkreises zu kontrollieren. Da die Impedanz lediglich eine Erweiterung der Prinzipien des Widerstands in Wechselstromkreisen ist, ist die Verwendung der Lastimpedanz verständlicherweise von entscheidender Bedeutung für die Funktionalität eines Stromkreises.

Lastimpedanzen sind auch von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung des Verhaltens eines Stromkreises unter verschiedenen Bedingungen. So erreicht eine Schaltung beispielsweise eine maximale Leistungsübertragung, wenn die Lastimpedanz gleich der Ausgangsimpedanz der Schaltung ist. Eine Änderung der Lastimpedanz wirkt sich auf das Laden und Entladen der RC-Zeitkonstanten aus. Dies hängt natürlich von der Konstruktion der Schaltung ab, kann aber auch eine Änderung der Anstiegs- und Abfallzeiten bewirken. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das Verhalten einer Schaltung unter Bedingungen wie induktiven und kapazitiven Lasten oder sogar Kurzschlussbedingungen unterscheidet.

Lastimpedanzen sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung, wenn die Impedanzanpassung das Ziel für eine bestimmte Schaltung ist. Betrachten wir das Beispiel der Übertragungsleitungen. Im Idealfall sollten die Quellenimpedanz, die Impedanz der Übertragungsleitung und die Lastimpedanz gleich sein. Das Erreichen dieser idealen Parameterbedingungen stellt sicher, dass ein 7-V-Quellensignal auf der gesamten Übertragungsleitung ein 7-V-Signal ist und dass am Ausgang ebenfalls ein 7-V-Signal anliegt.

Die Lastimpedanz beeinflusst die Leistung von Schaltungen, genauer gesagt die Ausgangsspannungen und -ströme. Diese Effekte treten bei Spannungsquellen, Sensoren und Verstärkern auf, um nur einige zu nennen. Eines der besten Beispiele hierfür sind Netzsteckdosen, da sie Strom mit einer konstanten Spannung liefern. In diesem Fall ist die Last das elektrische Gerät, das Sie an den Stromkreis anschließen. Das bedeutet, dass sich die Impedanz der Last deutlich verringert, wenn sich ein Hochleistungsgerät einschaltet. Die Impedanzanpassung ist jedoch nicht nur für eine Übertragungsleitung wichtig, sondern auch für Leiterplattenverbindungen.

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