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Impedanzwandler in der ElektrotechnikBearbeiten

In der Elektrotechnik ist der Impedanzwandler eine elektrische Baugruppe, ein Vierpol, der die Impedanz (den Wechselstromwiderstand) einer Quelle an die eines Verbrauchers anpasst.

Passive WandlerBearbeiten

 
Passives Zweitor als Impedanzwandler

Ein passiver Impedanzwandler ist in seiner Ersatzschaltung ein Zweitor mit entsprechend dimensionierten Impedanzen. Die Ein- und Ausgangs-, wie auch die inneren Impedanzen können beliebig sein. Ein Transformator ist ebenfalls ein passiver Impedanzwandler, da er wegen der Strom- und Spannungstransformation zugleich eine Impedanztransformation bewirkt. In der Hochfrequenz- und Antennentechnik ist dieser Transformator häufig ein Balun.

Passive Impedanzwandler der Hochfrequenztechnik sind unter anderem Resonanztransformatoren, Leitungsstücke bestimmter Kabelimpedanz und Länge, sowie alle Antennen.

Aktive WandlerBearbeiten

 
Verringerung der Impedanz mit Operationsverstärker

Aktive Impedanzwandler sind immer analoge Verstärkerschaltungen. Da bei aktiven Impedanzwandlern durch eine Spannungsquelle elektrische Leistung in die Schaltung geliefert wird, ist nahezu jede beliebige Art der Impedanzwandlung möglich.

Als Beispiel dafür sind die Transistorgrundschaltungen, sowie Schaltungen mit Operationsverstärkern wie der Spannungsfolger genannt.

HochfrequenzschaltungenBearbeiten

In Geräten der Hochfrequenztechnik müssen unterschiedliche Impedanzen von aktiven Bauelementen einander angepasst werden. Bei Wellenlängen, die die Abmessungen der Geräte deutlich überschreiten, verwendet man dazu auch Resonanztransformatoren, bei kürzeren Wellenlängen im Rahmen der Leitungstheorie Leitungen geeigneter Länge zur Impedanzanpassung, beispielsweise Streifenleitungen. Mit beiden Anordnungen lassen sich auch komplexe Widerstände anpassen.

Nichtelektrische WandlerBearbeiten

SchallBearbeiten

Die Impedanzwandlung bei Schall ist zu dessen effektiver Übertragung und Abstrahlung erforderlich. Ziel eines Hornlautsprechers ist, die Wellenimpedanz des eigentlichen Lautsprechers an die Schallkennimpedanz der umgebenden Luft anzupassen. Hier weitere Beispiele:

MittelohrBearbeiten

Da das Außenohr mit Luft und das Innenohr mit Flüssigkeit gefüllt ist, kommt es im Mittelohr, also dem Übergang, zu einer Erhöhung der akustischen Impedanz. Dieses wirkt wie eine schallharte Wand. Um diesem Anstieg entgegenzuwirken, gibt es im Mittelohr zwei Mechanismen: die Hebelwirkung der Gehörknöchelchen und die Druckverstärkung, die durch den Flächenunterschied zwischen ovalem Fenster und dem Trommelfell entsteht.

BassreflexprinzipBearbeiten

Bei Lautsprecherboxen wird oft das resonante Bassreflexprinzip angewendet, um bei begrenztem Boxenvolumen dennoch eine gute Abstrahlung tiefer Frequenzen zu erreichen. Dabei wird die Impedanz, gegen die der Lautsprecher arbeitet, verringert, indem er einen akustischen Resonator erregt, der aus dem elastischen Luftvolumen in der Box und der im Bassreflexrohr bewegten Luftmasse besteht.

SonotrodeBearbeiten

Sonotroden dienen der Anpassung der Impedanz eines Ultraschallwandlers an das Werkstück beim Ultraschallschweißen und -bonden. Dazu sind sie schmal zulaufend, d. h. umgekehrt wie ein Exponentialhorn, geformt.

ExponentialhornBearbeiten

Exponentialhörner finden sich an manchen Hochtonlautsprechern und als Trichter an Grammophonen und dem Edison-Apparat. Früher verwendete man zur Beschallung in Kinos metergroße Exponentialhörner hinter der Leinwand. In allen diesen Fällen dienen sie der Impedanzanpassung des Schallwandlers an die Freiraumimpedanz des Luftschalles. Heute sind Exponentialhörner noch für LKW-Hupen und Drucklufttröten in Gebrauch. Siehe auch Horn (Lautsprecher) und Makrofon.

LiteraturBearbeiten

  • Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage. Springer, 2002, ISBN 3-540-42849-6.