Archiv der Kategorie: Glossar

Impedanz

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Als Impedanz bezeichnet man einen Widerstand, der einer Schwingungsausbreitung entgegenwirkt. Die Impedanz ist frequenzabhängig.

Wird zum Beispiel ein elektrischer Leiter von Wechselstrom durchflossen, zeigt er meist ganz andere Eigenschaften als bei Gleichstrom.

So kann ein und derselbe elektrische Leiter bei Gleichstrom einen sehr geringen Widerstand aufweisen, während er für Wechselstrom eine sehr hohe Impedanz, einen sehr hohen Wechselstromwiderstand darstellt.

In der Theorie und in Berechnungen wird die Impedanz als komplexe Komponente aus Blindwiderstand und Wirkwiderstand dargestellt. Der Wirkwiderstand ist der elektrische Gleichstromwiderstand, der Blindwiderstand ist der induktive oder kapazitive stark frequenzabhängige Wechselstromwiderstand.

Der Wirkwiderstand verhält sich also wie ein ganz normaler ohmscher Widerstand, er “verbraucht” Energie, richtiger, wandelt elektrische in thermische Energie um.

Ganz anders verhält sich der Blindwiderstand. Er wandelt zwar auch Energie, indem er ein elektrisches oder magnetisches Feld aufbaut. Im Gegensatz zum Wirkwiderstand gibt er die aufgenommene und im Feld gespeicherte Energie wieder als elektrische Energie frei; die Energie “pendelt” förmlich zwischen der Quelle und dem Blindwiderstand hin und her. Durch diesen Vorgang können Phasenverschiebungen zwischen Eingangs- und Ausgangssignal entstehen.

Dc-dc-Wandler

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Bezeichnung für einen Gleichspannungswandler, der eine Gleichspannung in eine niedrigere, höhere oder in eine Gleichspannung mit umgekehrter Polarität umwandelt. Eingesetzt werden Dc-dc-Wandler vor allem in Schaltnetzteilen von Notebooks, Pc und anderen Kleingeräten. Auch auf manchen Steckkarten, in Routern und Switchpoints dienen Dc-dc-Wandler zur Versorgung der Baugruppen mit verschiedenen Spannungsniveaus.

Dc-dc-Wandler besitzen einen besseren Wirkungsgrad als lineare Spannungsregler. Deshalb ist auch die Wärmeentwicklung in einem Gleichspannungswandler gering. Lineare Netzteile dagegen wandeln oft einen großen Teil der benötigten elektrischen Leistung in Wärme um.

Für die Leiterplattenmontage werden Dc-dc-Wandler oft als Module in gekapselter Form angefertigt. Wandler höherer Leistung sind meist als externe Geräte aufgebaut. Gleichspannungswandler sind für elektrische Leistungen von einigen Watt bis zu mehreren Hundert Watt, für spezielle Einsatzzwecke auch darüber, erhältlich.

DC-DC-Wandler sind in verschiedenen Grundschaltungen zur Herab- oder Heraufsetzung der Eingangsspannung erhältlich und werden entsprechend als Abwärts- oder Aufwärtswandler bezeichnet. Synchronwandler können eine Eingangsspannung herauf oder herabsetzen. Inverswandler kehren die Polarität der Eingangsspannung um. Manche Gleichspannungswandler besitzen zusätzlich einen Transformator zur galvanischen Trennung von Ein- und Ausgangsspannung.

Die Umsetzung der Gleichspannung geschieht mit Hilfe eines elektronischen Schalters, einer Spule zur Energiespeicherung und einer Diode zur Gleichrichtung der Spannung.

Dc-dc-Wandler sind mitunter vergleichsweise kostspielige Schaltungen, weswegen für kleine elektrische Leistungen statt der Gleichspannungswandler oft sogenannte Ladungspumpen eingesetzt werden.

Elektrischer Leiter

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Bewegen sich nach Anlegen einer Spannung an ein Material darin befindliche elektrische Ladungsträger von einem Spannungspol zum anderen, spricht man von einem elektrischen Leiter. In der Elektronik und Technik bezieht sich der Begriff des elektrischen Leiters meist auf einen metallischen Leiter, einen sogenannten Elektronenleiter.  Im Unterschied dazu dienen in Elektrolyten ( leitende Flüssigkeiten) und ionisierten Gasen positive und negative Ionen als elektrische Ladungsträger .

Elektronenleiter

In metallischen Leitern gehen die Metallatome untereinander feste Verbindungen ein. Dabei geben sie jeweils aus ihrer äußersten Elektronenschale Elektronen ab, die Valenzelektronen. Die Metallatome werden damit zu positiv geladenen Ionen, die sich zu einem gleichmäßigen Gitter ausrichten. Die freigewordenen Elektronen bewegen sich in einer Wolke zwischen den Atomen des Metallgitters, gleichen mit ihrer negativen Ladung die positiven Ladungen der Metallionen aus und halten die Gitterstruktur des Metalls zusammen. Das Metall ist nach außen elektrisch neutral.

Strom “fließt ” nicht mit Lichtgeschwindigkeit

Legt man an den Leiter eine elektrische Spannung an, bewegt sich ein Strom von Elektronen mit einer Geschwindigkeit von nur wenigen Millimetern pro Sekunde vom Minuspol zum Pluspol der Spannungsquelle. Trotzdem wird elektrische Energie in metallischen elektrischen Leitern nahezu mit Lichtgeschwindigkeit  ( fast 300000 km/s ) übertragen. Wie geht das?

Jede elektrische Spannung erzeugt ein elektrisches Feld zwischen den Spannungspolen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Das elektrische Feld und seine Ausbreitung ist vergleichbar mit einer Druck- oder Schallwelle, die sich nur mit sehr viel höherer Geschwindigkeit bewegt.

Elektrische Leitfähigkeit

Es gibt “gute” und “schlechte” elektrische Leiter. Metallische Leiter besitzen sehr viele freie Ladungsträger und leiten den elektrischen Strom deshalb sehr gut. Besonders Gold und Silber. Wie gut ein Leiter den Strom leitet, wird oft mit der physikalischen Größe elektrische Leitfähigkeit ausgedrückt und meist in der SI-Einheit   Siemens/m angegeben. Sie ist der Kehrwert des spezifischen Widerstandes des Leitermaterials.

Elektrischer Widerstand

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Der elektrische Widerstand ist ein Ausdruck für das, bei gleicher Temperatur, konstante Verhältnis von Spannung und Strom in einem von freien Ladungsträgern durchflossenen elektrischen Leiter.

Dieser konstante Zusammenhang von Spannung und Strom wurde zuerst von Georg Simon Ohm entdeckt.

U / I = const;     Ohm’sches Gesetz

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Elektrostatische Aufladung

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Atome enthalten in ihrem Kern eine gewisse Anzahl positiver Ladungsträger, die Protonen. Eine gleiche Anzahl Elektronen umgeben den Kern in der Elektronenhülle. Jedes Elektron trägt ebenfalls eine elektrische Ladung, die gleich groß ist wie die des Protons aber negativ. Aus diesem Grund ist das Atom nach außen elektrisch neutral.

Alle Gegenstände tragen damit eine große Zahl von elektrischen Ladungen die aber nach außen nicht wirksam sind, da sich positive und negative Ladungen gegenseitig aufheben.

Bei einem sehr intensiven Kontakt zweier Gegenstände können jedoch Elektronen von einem zum anderen übertragen werden. Werden sie dann voneinander entfernt, enthält einer der beiden

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