Ersatzspannungsquelle

Das Prinzip der Ersatzspannungsquelle, international auch als Thévenin-Theorem bezeichnet, wird zur Berechnung linearer Netzwerke verwendet. Hierbei wird ein komplexes lineares Netzwerk, das auch mehrere Spannungs- und Stromquellen beinhalten kann, in eine anschließend leicht zu berechnende Ersatzspannungsquelle überführt.

Der Aufbau einer Ersatzspannungsquelle

In nebenstehender Schaltung ist der Aufbau einer Ersatzspannungsquelle gezeigt.

Die Ersatzspannungsquelle besteht lediglich aus einer idealen Spannungsquelle mit der Leerlaufspannung U0 und einem Innenwiderstand Ri.

Ein Lastwiderstand, der an die Ersatzspannungsquelle angeschlossen wird, führt so zu einer einfach zu berechnenden Reigenschaltung aus dem Innenwiderstand Ri und eben diesem Lastwiderstand.
Das kann eine einfache Reihenschaltung aus zwei Widerstanden sein. Aber für Reihenschaltungen mit einem Kondensator, einer Spule oder mit Halbleiter-Bauelementen wie Dioden, Transistoren gibt es vorbereitete Formeln.

Die Bestimmung von U0 und Ri kann durch Messung an einer realen Schaltung erfolgen oder durch Berechnung.

Bestimmung der Ersatzspannungsquelle durch Messung

Auch wenn in Klausuren und Prüfungen die Ersatzspannungsquelle einer Schaltung durch Rechnung, bzw. durch Umwandlung einer komplexen Originalschaltung ermittelt wird, hat die Ersatzspannungsquelle eine auch sehr praktische Anwendung, wie im folgenden Video gezeigt wird.

Vom Kraftwerk bis zur Steckdose in einer Ersatzspannungsquelle

Bestimmung der Ersatzspannungsquelle durch Berechnung

Die häufigste Anwendung der Ersatzspannungsquelle ist die rechnerische Umwandlung von komplizierten Schaltungen, um anschließend mit Hilfe der Ersatzspannungsquelle das Verhalten der Schaltung berechnen zu können.

Die Schritte zur Bestimmung der Ersatzspannungsquelle sind im Prinzip immer gleich.

  1. Entfernen der Last
  2. Bestimmung der Leerlaufspannung
  3. Bestimmung des Innenwiderstandes (Spannungsquellen gleich 0 setzen)
  4. Einbau der Last in die Ersatzspannungsquelle

 

In folgendem Video wird dieses Verfahren an einem Beispiel gezeigt.

Vereinfachung von Schaltungen mit einer Ersatzspannungsquelle

Die Ersatzspannungsquelle im Vergleich zu anderen Verfahren

NetzwerkNeben der Ersatzspannungsquelle gibt es noch weitere Verfahren zur Berechnung linearer Netzwerke.
Im folgenden Artikel findest Du eine Aufgabe zur Berechnung eines linearen Netzwerkes. Die Berechnung des Netzwerkes wird in mehreren Videos mit unterschiedlichen Verfahren gezeigt.

Aufgabe zur Berechnung linearer Netze mit Hilfe der Kirchhoffschen Gleichungen, dem Überlagerungsverfahren und der Ersatzspanungs und -stromquelle

VIDEO-Kurs zur Ersatzspannungsquelle

Da die Berechnung von Schaltungen mit Hilfe der Ersatzspannungsquelle von zentraler Bedeutung in den Elektrotechnik Grundlagenvorlesungen an den Hochschule ist, habe ich einen kompletten Kurs hierzu zusammengestellt.

Hier gibt es weitere Informationen zum Kurs.

Hier noch einmal der Link zum Kurs.

Weitere Videos zum Thema:


Imaginäre Zahl j²=-1

Interrupts und Polling

Definition der Portadresse durch die Special Function Register

Übersicht zum 8051 Mikrocontroller Kurs

Lösung der Aufgabe zu den externen Interrupts