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Innenwiderstand

Innenwiderstand

Der Ausgangswiderstand

R_

(Innenwiderstand) liegt am Ausgang eines elektronischen Bauteils oder einer Baugruppe, den man an seinem Ausgang als Widerstand messen kann - aber nicht mit einem Ohmmeter. Dieser Widerstand wird auch Quellwiderstand genannt. Dabei betrachtet man die entsprechende Baugruppe als Blackbox. Bei dieser Schnittstelle wird der darauf folgende passive Eingangswiderstand mit

R_

(Außenwiderstand) oder auch mit Lastwiderstand (Bürdenwiderstand) bzw. Abschlusswiderstand bezeichnet, wie man in der Abbildung erkennen kann. Da es sich in der Regel um komplexe Widerstände handelt, die mit Induktivitäten und Kapazitäten aufgebaut sind, ist der sogenannte Ausgangswiderstand eigentlich eine Ausgangsimpedanz. impedanz Ein Problem ist eine andere bisweilen übliche Bezeichnungsweise mit Eingangswiderstand als

R_

und Ausgangswiderstand als

R_

. Damit ergibt sich ein verwirrender Widerspruch, denn der Ausgangswiderstand der letzten Bezeichnung kann nicht der Eingangswiderstand der ersten Bezeichnung sein. Darum bleibe man allein bei der ersten Benennung. Hierbei gibt es die beiden Betrachtungsweisen (Siehe rechte Abbildung):
- als "Schnittstelle" für zwei aufeinandertreffende Geräte und
- als "ein" Gerät mit seinem Eingang und Ausgang. Der Außenwiderstand und der Ausgangswiderstand sind etwas Verschiedenens und dürfen niemals gleichzeitig mit

R_

bezeichnet werden! Ausgangswiderstände sind überwiegend "aktiv", während Eingangswiderstände immer "passiv" sind, wie man hier in der Abbildung deutlich erkennt. Einen passiven Eingang kann man nicht "kurzschließen" auch wenn das häufig unrichtig angegeben wird. Ein "aktiver" Ausgangswiderstand sollte jedoch wirklich nicht kurzgeschlossen werden. Dämpfungs- und Impedanzanpassungsglieder sind Beispiele dafür, dass ein Innenwiderstand

R_

(Ausgangswiderstand oder Quellwiderstand) dabei auch mal passiv sein kann.

Wert des Ausgangswiderstands

- Bei einem Verstärker sollte er entsprechend der angeschlossenen Baugruppen gewählt werden. Ein Verstärker hat auf der einen Seite einen Eingangswiderstand = Lastwiderstand = Außenwiderstand = Abschlusswiderstand und auf der anderen Seite einen Ausgangswiderstand = Quellwiderstand = Innenwiderstand. Diese Seiten müssen deutlich auseinanderzuhalten sein, um ungewollte Verwechslungen zu vermeiden. In der Hi-Fi-Technik und der Tontechnik gilt, dass der Ausgangswiderstand kleiner als der Eingangsswiderstand zu sein hat. Dieses ist die so bedeutsame Spannungsanpassung

R_

R_

. Anschauliche Begründung: man möchte die über

R_

abfallende Spannung messen oder verstärken, deshalb sollte diese gegenüber der an

R_

abfallenden Spannung wesentlich größer sein. Dies gewährleistet eine gutes Signal-Rausch-Verhältnis. In der Fernmeldetechnik und in der Nachrichtentechnik gilt: Die höchste Leistung kann übertragen werden, wenn der Ausgangswiderstand mit dem Eingangswiderstand der nächsten Baugruppe angepasst ist. Dieses ist die dort übliche Leistungsanpassung

R_

R_

.
- Bei einem dynamischen Mikrofon ist der Ausgangswiderstand relativ klein; in der Studiotechnik kleiner als 200

\Omega

.
- Bei einem Kondensatormikrofon ist der Ausgangswiderstand, an der Stelle des Membran-Kondensators, sehr groß im Bereich eines Gigaohms, jedoch am Mikrofonausgang impedanzgewandelt bei Studiomikrofonen etwa 50

\Omega

.
- Bei einer Batterie soll der Ausgangswiderstand möglichst klein sein, er nimmt gegen Ende der Lebensdauer meist zu. Beim Zusammenschalten mehrerer Baugruppen ist der jeweilige Innenwiderstand zu beachten.

Tonstudioanlagen (Tonregieanlagen)

Bei Tonstudioanlagen nach dem IRT-Pflichtenheft Nr. 3/5 (Tonregieanlagen) hat

R_

(Ausgangswiderstand) kleiner 40

\Omega

über den gesamten Frequenzbereich (20 Hz bis 20 kHz) zu sein. Auch wenn man hierbei allgemein von Widerständen R spricht, handelt es sich um Impedanzen Z.

Leistungsverstärker

Bei Lautsprecherleistungsverstärkern ist dieser Innenwiderstand

R_

(auch Ausgangswiderstand genannt) kleiner 0,1

\Omega

, damit die Eigenschwingungen der Lautsprechermembran und der Schwingspule besonders bei tiefen Frequenzen gut gedämpft werden. Dieses wird Spannungsanpassung genannt.

R_ < R_

. Der Innenwiderstand von Lautsprecherleistungsverstärkern wird höchst selten in den Datenblättern angegeben. Ist der Dämpfungsfaktor D_F bekannt, so kann

R_

ermittelt werden durch:

R_ = \frac

Weblinks

- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-anpassungsdaempfung.htm Berechnung der Anpassungsdämpfung]
- [http://www.sengpielaudio.com/ImpedanzenWiderstaendeSchnittstelle.pdf Benennung von Impedanzen, Widerstände und Schnittstelle] Kategorie:Elektronik Kategorie:Elektrotechnik Kategorie:Kommunikationstechnik Kategorie:Nachrichtentechnik

Elektrischer Widerstand

Schaltzeichen

Der elektrische Widerstand (Formelzeichen: R) ist ein Begriff aus der Elektrotechnik. Er charakterisiert die Eigenschaft von Materialien, den durch elektrische Felder bzw. Spannungen hervorgerufenen elektrischen Strom zu hemmen. Das Formelzeichen R kommt von dem englischen Wort "resistance". Der Widerstand hat die SI-Einheit Ohm, sein Einheitenzeichen ist das große Omega

\Omega

. Für Gleichstromkreise gilt bei konstantem Widerstand das ohmsche Gesetz : :

R=\frac

:U: elektrische Spannung :I: elektrische Stromstärke Mehr dazu im Abschnitt ohmscher Widerstand (Gleichstromwiderstand). In Wechselstromkreisen gilt bei konstantem Widerstand ebenfalls das ohmsche Gesetz. Dieses einfache Gesetz gilt nicht mehr für z. B. Halbleiter; aber auch metallische Leiter haben keinen konstanten Widerstand, wenn man sie in einem großen Temperaturbereich betrachtet, das gilt z. B. für den Leuchtfaden in einer Glühlampe. Bei Wechselspannung spielt zusätzlich der kapazitive bzw. der induktive Widerstand eine Rolle, d. h. es treten außerdem noch Blindwiderstände auf, an denen Spannung abfällt; sie selbst verbrauchen aber keine Leistung. Tritt in Gleichstromkreisen ein Kondensator (Kapazität) auf, gilt allerdings das ohmsche Gesetz auch dort während des Auf- oder Entladens des Kondensators nicht. (siehe Abschnitt 3). Der Kehrwert des elektrischen Widerstands ist der Leitwert G: :

G = \frac

Der elektrische Widerstand von Materialien wird als spezifischer elektrischer Widerstand angegeben. Es wird zwischen Materialien mit relativ geringem elektrischen Widerstand (elektrische Leiter; u.a. Metalle) und Materialien mit hohem elektrischen Widerstand (elektrische Isolatoren; meist Nichtmetalle) unterschieden. Starre Grenzen sind in dieser Einteilung aber nicht möglich, da der Übergang fließend ist und teilweise stark von der Temperatur abhängt (siehe Abschnitt Temperaturabhängigkeit).

Geschichte

Die Leitfähigkeit von Metallen wurde erstmals von Georg Simon Ohm systematisch untersucht. Das von Ohm formulierte Gesetz wurde nach ihm benannt. Dieses sehr simpel erscheinende Gesetz wurde zu einer Zeit gefunden, als es noch keine „richtigen“ Spannungsquellen gab. Es war von anderen physikalischen Effekten überlagert. Erst vor diesem Hintergrund kann man die große wissenschaftliche Leistung würdigen.

Ohmscher Widerstand (Gleichstromwiderstand)

Für gängige elektrische Leiter gilt das ohmsche Gesetz. Es besagt, dass der Quotient aus abfallender Spannung U und durchfließendem Strom I konstant ist und den Wert R hat. :

R = \frac\,

Diese Konstante wird als ohmscher Widerstand oder Gleichstromwiderstand bezeichnet. Der Widerstand eines Körpers lässt sich auch über seine geometrischen Abmessungen und der entsprechenden materialspezifischen Konstante, dem spezifischen Widerstand ρ berechnen. Für einen in Längsrichtung durchflossenen geraden Leiter gilt: :

R = \rho \cdot

Die Querschnittsfläche A berechnet sich für runde Drähte mit dem Durchmesser d nach der Formel

A=\pi\cdot\frac

. : Bild:Widerstand_Formel.PNG Bei der Berechnung sollte aber beachtet werden, dass der spezifische Widerstand von der Temperatur abhängig ist, hierzu siehe Abschnitt Temperaturabhängigkeit.

Der elektrische Widerstand im Teilchenmodell

Die physikalische Beschreibung benutzt die Vorstellung, dass sich die Valenzelektronen im Metall wie ein Gas (Elektronengas) verhalten. Im einfachsten Modell bildet das Metall ein positiv homogen geladenes Volumen, in denen sich die Elektronen frei bewegen können. In dieses Volumen sind die Atomrümpfe eingebettet, die aus dem Atomkern und den stärker gebundenen Elektronen auf den tieferen Schalen bestehen. Legt man eine Spannung an die Drahtenden an, so werden die freien Elektronen im elektrischen Feld beschleunigt. Die Energie der Elektronen nimmt zu und damit die Temperatur des Elektronengases. Auf ihrem Weg durch das Metall geben die Elektronen einen Teil durch elastische Stöße an die Atomrümpfe ab. Durch diese Wechselwirkung ist das System Metallgitter-Elektronengas bemüht, den Temperaturgradienten, der durch die angelegte Spannung entstand, wieder abzubauen. Beim Erwärmen des Metalls verstärkt sich die thermische Schwingung der Atomrümpfe um ihre Gleichgewichtslage. Dadurch erhöht sich aber auch die Wechselwirkung mit dem Elektronengas und der Widerstand steigt. Allerdings erklärt dies nicht den Effekt des Heißleiters, der sich entgegengesetzt verhält. Bei Temperaturen, bei denen die Atome des Materials ionisiert werden (Plasma), ist jeder Stoff elektrisch leitend, da die vorher gebundenen Elektronen nun für den Ladungstransport zur Verfügung stehen. Umgekehrt sind Metalle und Oxide bekannt, für die der elektrische Widerstand unterhalb der so genannten Sprungtemperatur verschwindet: Supraleiter.

Temperaturabhängigkeit

Wie oben beschrieben berechnet sich der Gleichstromwiderstand eines geraden Leiters durch: :

R_=\rho \cdot \frac

Dies gilt aber nur für die Temperatur für die der angebene spezifische Widerstand gilt. Wenn nicht anders angegeben, gilt dies für eine Ausgangstemperatur von 20°C. Darauf weist auch die 20 im Index von R hin. Grundsätzlich ist aber der Widerstand temperaturabhängig. Dies gilt für alle Materialien. Dieses Verhalten ist materialabhängig und wird mit dem Linear-Temperaturkoeffizienten α und Bestimmung des Temperaturunterschieds (

\Delta T

) berechenbar. Im Allgemeinen beschreibt man diese Änderung durch eine Linearisierung: :

R_W = R_(1 + \alpha \cdot \Delta T) = R(T_0)(1 + \alpha \cdot (T-T_0))

bei

T_0 = 20\,^\mathrm

Für die meisten Materialien und Anwendungen reicht dies aus, da die Temperaturkoeffizienten höherer Ordnungen meist vernachlässigbar klein sind. Je nachdem ob der ohmsche Widerstandswert mit steigender Temperatur größer oder kleiner wird, unterscheidet man zwischen Kaltleitern (ohmsche Widerstandswert steigt, prinzipiell alle Metalle) und Heißleitern (ohmscher Widerstandswert sinkt). In der Technik wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes ausgenutzt, z. B. beim Thermostaten oder bei Thermistoranemometern.

Wechselstromwiderstand oder Scheinwiderstand

Bei Wechselstrom ist der Widerstand im Allgemeinen frequenzabhängig und wird als Scheinwiderstand bezeichnet. Der Scheinwiderstand setzt sich zusammen aus dem frequenzunabhängigen Wirkwiderstand und dem frequenzabhängigen Blindwiderstand, der durch Kapazitäten bzw. Induktivitäten gebildet wird. :

Z = \sqrt

Blindwiderstand

Induktiver Widerstand und kapazitiver Widerstand

Induktiver Widerstand und kapazitiver Widerstand sind Blindwiderstände. Sie bewirken eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Entsprechende (ideale) Bauelemente wandeln keine Energie in Wärme um. In der Praxis haben die Bauelemente aber immer einen ohmschen Anteil. Der induktive Widerstand einer idealen Spule ist bei Gleichspannung null und wird mit wachsender Frequenz f bei Wechselspannung größer: :

X_L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L

Der kapazitive Widerstand eines idealen Kondensators ist bei Gleichspannung unendlich und sinkt mit wachsender Frequenz f bei Wechselspannung: :

X_C =

Wenn die Maße eines Bauteils in den Bereich der Wellenlänge kommen, besitzt es sowohl einen nicht zu vernachlässigenden induktiven als auch einen kapazitiven Anteil und wird gegebenenfalls zum Schwingkreis, als Beispiel sei hier die Antenne genannt.

Schwingkreis

Durch die Parallel- beziehungsweise Reihenschaltung von Kapazität und Induktivität entsteht ein Schwingkreis. Ein Schwingkreis hat einen frequenzabhängigen elektrischen Widerstand, der nur in der Nachbarschaft der Resonanzfrequenz extremal (minimal beziehungsweise maximal) wird. Dieser Effekt wird unter anderem angewendet, um aus einem Gemisch von Signalen unterschiedlicher Frequenz eine bestimmte Frequenz herauszufiltern.
Vergleiche: Der Tiefpass lässt nur tiefe Frequenzen passieren und der Hochpass lässt nur hohe Frequenzen passieren.
In der Elektro-Akustik wird die entsprechende Filterwirkung eines Tiefpass-Filters (das ja die hohen Frequenzen abschneidet und entfernt) oft beschrieben mit: Höhensperre, Höhenfilter, High Cut, Treble Cut und Rauschfilter und die Filterwirkung eines Hochpass-Filters (das ja die tiefen Frequenzen entfernt) wird bezeichnet mit: Tiefensperre, Bassfilter, Low Cut, Bass Cut, Trittschallfilter und Rumpelfilter. Beim realen Schwingkreis treten Kondensatorverluste und Spulenverluste durch deren ohmschen Widerstand auf. Den ohmschen Widerstand des Kondensators kann man aber meist vernachlässigen. Für den Resonanzwiderstand im Parallelschwingkreis ergibt sich: :

R_p = \frac\,.

Dieser wird bei der Resonanzfrequenz erreicht, die folgendermaßen berechnet werden kann: :

f_0 = \frac\,.

(thomsonsche Schwingungsgleichung)

Reihen- und Parallelschaltung

Reihenschaltung

Werden n Widerstände in Reihe geschaltet, so addieren sich die Widerstände: :

Veranschaulichen kann man sich dies an zwei Widerständen, die sich nur in der Länge unterscheiden.

Bild:Widerstand_R1_plus_R2.PNG

Die Reihenschaltung ergibt einen Widerstandskörper der Länge l₁ + l₂. Dann gilt: :

R = \rho \cdot  = \rho \cdot  + \rho \cdot  = R_1 + R_2

Parallelschaltung

Bei der Parallelschaltung von n Widerständen addieren sich die Leitwerte bzw. die reziproken Widerstände: :

=  +  + \dots +

alternative Schreibweise: :

R_=R_1 || R_2 || \dots || R_n

Schreibweise als Leitwerte: :

G_=G_1 + G_2 + \dots + G_n

Der Leitwert ist der Kehrwert des Widerstandes, seine SI-Einheit ist das reziproke Ohm, das auch den besonderen Namen Siemens führt. Man veranschaulicht sich diesen Zusammenhang an der Parallelschaltung zweier Widerstände, die sich nur in ihrer Querschnittsfläche A unterscheiden.

Bild:Widerstand_R1_R2_parallel.PNG

Man erhält einen Widerstand vom Gesamtquerschnitt A₁ + A₂, also gilt: :

R = \rho \cdot

und daher :

=  =  + =  +

Physikalische Zusammenhänge

Folgt ein Widerstand dem ohmschen Gesetz, bestehen folgende Zusammenhänge zwischen Spannung U, Stromstärke I und der elektrischen Leistung P beziehungsweise der elektrischen Arbeit W. :

U = R\cdot I

P = =\frac = I^2 \cdot R

W =  =  = I^2 \cdot R \cdot t

Sonstige elektrische Widerstände

Differenzieller Widerstand

Bei nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinien - wie zum Beispiel bei Dioden - kann für jedes Strom-Spannungspaar ebenfalls ein Quotient gebildet werden. Der Quotient aus Spannungsänderung und Stromänderung bei einer bestimmten Spannung wird auch als differenzieller Widerstand r bezeichnet. Er entspricht der Steigung der Tangente am betrachteten Punkt der Kennlinie. :

r = \frac

Negativer differenzieller Widerstand

Der differenzielle Widerstand kann in einem Teil der Kennlinie sogar negativ werden, so dass die Spannung bei steigender Stromstärke sinkt bzw. die Stromstärke bei sinkender Spannung steigt. Ein negativer differenzieller Widerstand kann zum Entdämpfen von Schwingkreisen verwendet werden. Der negative differenzielle Widerstand tritt zum Beispiel bei Avalanche- oder Tunneldioden auf.

Positiver differenzieller Widerstand

Bei positiven differenziellen Widerständen nimmt der Strom mit zunehmender Spannung zu. Alle real existierenden Schaltungselemente besitzen in einem Teil ihrer Kennlinie, jedoch stets für sehr große Werte einen positiven differenziellen Widerstand. Die meisten Elemente in der Schaltungstechnik besitzen einen ausschließlich positiven differenziellen Widerstand. Beispiele: realer Widerstand, Diode, Z-Diode, alle halbleitenden Keramiken.

Supraleitung

Unterhalb einer spezifischen Sprungtemperatur besitzt ein supraleitungsfähiges Material den ohmschen Widerstand von null Ohm. Deshalb wird ein solches Material als Supraleiter bezeichnet, da der Strom in diesem Material bei dieser tiefen Temperatur ohne jegliche Verluste fließt.

Weblinks

- [http://stshome.de/smd-code/smd-widerstand.php SMD Widerstände, SMD Widerstands-Schlüssel, SMD Widerstandsbestimmung]
- [http://www.sengpielaudio.com/Farbcodewiderstaende04.htm Farbcode für Widerstände, Widerstands-Schlüssel, Widerstandsbestimmung]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohm.htm Berechnung: Elektrischer Widerstand - elektrische Spannung, elektrischer Strom und elektrische Leistung]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohmschesgesetz.htm Das ohmsche Gesetz und das magische Dreieck]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph10/materialseiten/m04_widerstand.htm Versuche und Aufgaben zum elektrischen Widerstand]

Siehe auch

Schnittstelle

Eine Schnittstelle (englisch interface []) ist ein Teil eines Systems, das dem Austausch von Informationen, Energie oder Materie mit anderen Systemen dient. Eine Schnittstelle wird durch eine Menge von Regeln beschrieben, der Schnittstellenbeschreibung. Neben der Beschreibung, welche Funktionen vorhanden sind und wie sie benutzt werden gehört zu der Schnittstellenbeschreibung auch ein so genannter Kontrakt, der die Semantik der einzelnen Funktionen beschreibt. Standardisierte Schnittstellen bieten den Vorteil, dass Komponenten oder Module, die die gleiche Schnittstelle unterstützen, gegeneinander ausgetauscht werden können, das heißt sie sind zueinander kompatibel. Es kommt häufig vor, dass zwei Teilnehmer der Kommunikation unterschiedliche, aber zueinander passende Schnittstellen besitzen müssen (z.B. Stecker und Buchse).

Hardwareschnittstellen

Hardwareschnittstellen sind Schnittstellen zwischen physikalischen Systemen. Meistens sind damit Steckverbindungen gemeint. Die Spezifikation einer Hardwareschnittstelle besteht meist aus zwei Teilen: der Physischen (Stecker, Belegung der einzelnen Adern) und einer Logischen (dem Übertragungsprotokoll der Physikalischen Schicht). Beispiele für Hardwareschnittstellen sind unter Anderem Telefonbuchsen, MIDI-Anschlüsse, SCART-Stecker, usw. Siehe auch Eingangswiderstand und Ausgangswiderstand bei einer Schnittstelle. Hardwareschnittstellen sind in der Computertechnik weit verbreitet. Industrienormen sorgen zum Beispiel dafür, dass ein PC ein offenes System ist, das aus Komponenten verschiedener Hersteller zusammengesetzt werden kann. Beispiele für Hardwareschnittstellen die in Computern eingesetzt werden sind der PCI-Bus, SCSI, USB, Firewire und die ältere EIA-232 (auch als RS-232 oder V24 bekannt). Man unterscheidet zwischen paralleler und serieller (Hardware-)Schnittstellen, je nach dem, ob mehrere Bits gleichzeitig übertragen werden können (siehe Parallele Datenübertragung). Im Kontext von Peripheriegeräten für Computer ist mit paralleler Schnittstelle im allgemeinen der IEEE 1284-Anschluss gemeint, der meist für den Drucker verwendet wird; als serielle Schnittstelle bezeichnet man in diesem Zusammenhang die veraltete EIA-232-Schnittstelle.

Softwareschnittstellen

Softwareschnittstellen oder Datenschnittstellen sind logische Berührungspunkte in einem Softwaresystem: sie definieren, wie Kommandos und Daten zwischen verschiedenen Prozessen und Komponenten ausgetauscht werden. Dabei unterscheidet man Schnittstellen zum Zugriff auf Systemroutinen, zur Kommunikation mit anderen Prozessen und zum Verbinden einzelner Softwarekomponenten (Module) eines Programmes.

Systemschnittstelle

Die Systemschnittstelle ermöglicht einem Programm den Zugriff auf Funktionen und Ressourcen des Betriebssystems, einer Laufzeitumgebung oder Middleware. Solche Schnittstellen werden meist in Standard-Bibliotheken zusammengefasst und gemeinhin als Application Programming Interface (API) oder als Framework bezeichnet. Schnittstellen bieten eine Ebene der Abstraktion, die es erlaubt, auf Funktionen zuzugreifen, ohne ihre Implementation kennen zu müssen. So ist es zum Beispiel möglich, ein Programm auf einem anderen Betriebssystem laufen zu lassen, indem man die benötigten Schnittstellen auf dem neuen System zur Verfügung stellt (siehe z.B. Cygwin).

Schnittstellen zur Interprozesskommunikation

Manche Schnittstellen ermöglichen die Kommunikation zwischen verschiedenen Programmen (Interprozesskommunikation, IPC) auf dem gleichen oder einem anderen Computer. Beispiele für solche Kommunikationsschnittstellen über ein Netzwerk hinweg sind Remote Procedure Call, DCOM, RMI oder CORBA (siehe auch Interface Definition Language), aber auch ODBC und JDBC. Auch die bekannten Netzwerkprotokolle wie TCP, HTTP, etc. können als IPC-Schnittstellen verstanden werden.

Schnittstellen für Programmkomponenten

Schnittstellen für Programmkomponenten sind eine formale Deklaration, welche Funktionen vorhanden sind und wie sie angesprochen werden können. Das hat den Vorteil, dass Module, die die gleiche Schnittstelle besitzen, gegeneinander ausgetauscht werden können. Auch ist es auf diese Weise möglich, verschiedene Komponenten gleichzeitig zu entwickeln, ohne dass die erste fertig sein muss um die zweite zu übersetzen. Solche Schnittstellen dienen der Modularisierung einer Softwarearchitektur. Ein frühes Beispiel für solche Komponenten-Schnittstellen sind Header-Dateien, wie sie in C und C++ verwendet werden. Besonders wichtig sind Schnittstellen aber für Programmbibliotheken, die erst zur Laufzeit geladen werden (so genannte Dynamische Bibliotheken): Sie erlauben es, zu erkennen, welches Programm welche Bibliothek in welcher Version benötigt. Eine besondere Bedeutung haben Schnittstellen (engl. interface) in der Objektorientierten Programmierung: Hier werden sie verwendet, um für bestimmte Klassen festzulegen, welche Methoden sie unterstützen müssen und an welchen Stellen Instanzen dieser Klasse verwendet werden dürfen. Ontologisch bedeutet die Zugehörigkeit einer Instanz zu einem bestimmten Interface eine ist-ein-Relation. Siehe dazu Schnittstellen in der objektorientierten Programmierung.

Benutzerschnittstellen

Benutzerschnittstellen (oder Mensch-Maschine-Schnittstellen) sind der Punkt, an dem ein Mensch mit einem Gerät interagiert. Das können die Bedienelemente einer Stereoanlage sein, aber auch die Grafische Benutzeroberfläche eines modernen Computers oder eine einfache Kommandozeile.

Maschinenschnittstellen

Maschinenschnittstellen sind der Punkt, an dem ein Gerät bzw. eine Maschine mit einem weiteren Gerät bzw. mit einer weiteren Maschine interagiert. Eine solche Schnittstelle wird wie folgt beschrieben.

Physikalische Daten

Mechanische Parameter:
- Örtliche Lage (Länge, Breite, Höhe bezogen auf einen festzulegenden Bezugspunkt)
- Abmessungen (Länge, Breite, Höhe, ggf. andere Abmessungen der mechanischen Schnittstelle, z.B. Lochabstände oder Durchmesser für Befestigung)
- Verbindungselemente (Art und Lage)
- Erforderliche Kräfte und Momente, um eine statische Bestimmtheit des Systems zu gewährleisten (z.B. Anzugsmomente für Schrauben, Nietverbindungen)
- Lage der Kraftangriffspunkte
- Dynamische Belastungen (z.B. Schwingungen, Explosionen)
- Drücke (max., min. bei Hydraulik, Pneumatik, ggf. bei Förderung)
- Bei Materialförderung (auch Luft oder Flüssigkeiten): Art des Materials und Menge je Zeiteinheit (min., max.)
- Nichtelektrische Energieformen an der Schnittstelle (Pneumatik, Hydraulik) Elektrische Parameter:
- Lage und Art der elektrischen Verbindung(en)
- Elektrische Spannung (min., max.)
- Elektrischer Strom (min., max.)
- Weitere, notwendige Informationen über Leitungsdaten (Art und Querschnitt), Erdung
- Systemparameter elektrischer Steuerungen Thermische Parameter:
- Systemtemperaturen (max., min.)

Chemische Daten

- Erforderliche Materialeigenschaften der Konstruktionsmaterialien des Ursprungssystems und der anzuschließenden Systeme
- Gegebenenfalls Eigenschaften zu fördernden Materials

Literatur

- Wulf R. Halbach: Interfaces. Medien- und Kommunikationstheoretische Elemente einer Interface-Theorie. Fink, München 1994, ISBN 3-7705-2934-0

Siehe auch

- Adapter
- Parallele Schnittstelle
- Serielle Schnittstelle
- USB Universal Serial Bus
- SCSI Small Computer System Interface Kategorie:Softwarearchitektur ! ja:インターフェース

Impedanz

Die Impedanz Z, auch Wechselstromwiderstand, ist der (komplexe) Quotient aus der Wechselspannung U und der Wechselstromstärke I. :

\underline Z =

Impedanz hat die Einheit Ohm. Der Wechselstromwiderstand setzt sich zusammen aus einem Realteil, dem Wirkwiderstand R und einem Imaginärteil, dem Blindwiderstand X. In Polarkoordinaten braucht man Betrag und Phase. Der Betrag der Impedanz wird als Scheinwiderstand Z bezeichnet, die Phase mit

\varphi

. :

\underline Z = R + \mathrmX

\underline Z = Z \ e^

Der Kehrwert der Impedanz ist die Admittanz Y (komplexer Leitwert).
Bei Hochfrequenz-Kabeln wird die (bauartbedingte) Kennimpedanz als Wellenwiderstand bezeichnet. Er beträgt bei Koaxialkabeln 50 Ohm bis 100 Ohm und bei symmetrischen (Zweidraht-)Leitungen 150 Ohm bis 300 Ohm
Lautsprecher haben stark frequenzabhängige komplexe Impedanzen – es wird jedoch der mittlere Realteil angegeben (z. B. 4 Ohm oder 8 Ohm)
Bei Antennen nennt man die Eingangsimpedanz auch Fußpunktwiderstand, er sollte bei der Frequenz, für die die Antenne vorgesehen ist, real sein und mit der Impedanz des Kabels übereinstimmen (z. B. 60 Ohm oder 240 Ohm)

Die Quellimpedanz eines Hochfrequenz-Senders sollte möglichst gut mit der Kabel- und Antennenimpedanz übereinstimmen, da es sonst zu Reflexionen an den Enden des Kabels kommt, die den Sender beschädigen oder zerstören können.
Dagegen muss die Quellimpedanz eines NF-Verstärkers sehr viel kleiner als diejenige der Lautsprecher sein, um deren Eigenresonanzen zu bedämpfen.
Reale und imaginäre Fehlanpassungen können durch Anpassungsnetzwerke behoben werden. Das können Transformatoren, Kapazitäten, Induktivitäten, sog. π-Filter oder Leitungsstücke geeigneter Impedanz und Länge sein.

Siehe auch

Eingangswiderstand

Der Eingangswiderstand R_a (auch Außenwiderstand, Lastwiderstand, Abschlusswiderstand, Bürdenwiderstand) liegt am Eingang eines elektrischen Gerätes oder eines Bauteils und ist derjenige Widerstand, der die Klemmen einer Strom- beziehungsweise Spannungsquelle abschließt. Das gilt gleichermaßen für Gleichstromquellen sowie für Wechselstromquellen. Bei Wechselstrom ist dies ein komplexer Widerstand, der mit Induktivitäten und Kapazitäten aufgebaut ist. Komplexe Widerstände nennt man Impedanz. Impedanz Bei einem Verstärker wird der Abschlusswiderstand durch diesen passiven Widerstand, der R_a genannt wird, bestimmt (beispielsweise beim Operationsverstärker). Wie die nebenstehende Abbildung mit der Schnittstelle zeigt, kann eine vorhergehende Verstärkerschaltung, die den Ausgangswiderstand R_i bestimmt, als Quelle dienen. Eingangswiderstände sind immer "passiv", während Ausgangswiderstände überwiegend "aktiv" sind, wie man hier in der Abbildung deutlich erkennt. Einen passiven Eingang kann man nicht "kurzschließen" (kurzgeschlossene Quellen dienen lediglich als Modell). Der Innenwiderstand R_i (Ausgangswiderstand oder Quellwiderstand) kann auch passiv sein, beispielsweise Dämpfungs- und Impedanzanpassungsglieder. Bei Tonregieanlagen nach IRT-Pflichtenheft hat R_a (Eingangswiderstand) größer als 5 kΩ zu sein. Bei Mikrofonvorverstärkern ist R_a(Eingangswiderstand) größer als 1 kΩ.

Weblinks

Leistungsanpassung

Unter Leistungsanpassung von elektrischen Verbindungen (Schnittstellen) versteht man die optimale Leistungsübertragung von Signalen. Bei Rundfunk- und Telefonverbindungen müssen bei sehr langen Leitungen die Impedanzen leistungsangepasst werden (Widerstandsanpassung), um Reflexionen des Signals an den Verbindungen der Leitung zu verhindern, die störende Echos verursachen. In der Tontechnik und im HiFi-Bereich gibt es bei der üblichen Verbindung von Geräten anstatt der Leistungsanpassung allein die vorteilhafte Spannungsanpassung.

Leistungsanpassung von elektrischen Geräte-Verbindungen

Solche Reflexionen treten auch bei Koaxialleitungen, Antennen und Empfängern wie beispielsweise Fernseher oder Radio auf. Hier muss darauf geachtet werden, dass man zum Beispiel das 50-Ohm-System bei allen Komponenten einhält. Bei der analogen Telefontechnik ist 600 Ohm bei der Schnittstelle als Ausgangswiderstand und Eingangswiderstand üblich.

Leistungsanpassung von elektrischen Generatoren

Ein Schaltkreis wird als "leistungsangepasst" bezeichnet, wenn der Außenwiderstand R_a und der Innenwiderstand R_i gleich groß sind, also R_i = R_a ist. 600px :

R_i=\frac\qquad U_q=R_i\cdot I_q=\frac\qquad I_q=G_i\cdot U_q=\frac

Wenn

R_i >> R_a

dann bricht die Klemmenspannung U nahezu zusammen, die Leistung ist also klein. Wenn

R_i << R_a

ist der Strom sehr klein, was ebenfalls zu einer geringen Leistung führt, Erinnerung:

P= U \cdot I

. Der Wert der maximalen Leistungsabgabe liegt bei

R_i = R_a

, daraus folgt

P = P_ = \frac

. Es kann maximal 50% der Leistung der Quelle auf den Verbraucher übertragen werden.

Leistungsanpassung von Lautsprechern an Endverstärker

Dieses wird häufig bei Röhrenverstärkern unrichtig erklärt. Auch bei Röhrenverstärkern ist der Ausgangswiderstand (Quellimpedanz) nicht von der gleichen Größe wie der Eingangswiderstand (Lautsprecherimpedanz). Man hat üblicherweise einen Dämpfungsfaktor von
D_F = R_a / R_i (mindestens) >= 10. Das heißt, R_a ist 10 mal größer als R_i. Bei einem Lautsprecher mit 4 Ohm Nennwiderstand wird der Verstärker einen Innenwiderstand von kleiner 0,4 Ohm haben. Das ist Spannungsanpassung. Es gibt keine Leistungsanpassung von Lautsprechern an Endverstärker. Das wird in Amateurkreisen gern folgendermaßen unrichtig erklärt: Schließe einen 4 Ohm Lautsprecher an einen 4 Ohm Verstärker an. Es gibt aber keinen Lautsprecher-Verstärker mit 4 Ohm Quellwiderstand (Ausgangswiderstand), auch nicht bei Röhrenverstärkern. Gegeben ist immer ein mindestens zehnfach kleinerer Quellwiderstand als der Lautsprecherwiderstand und das heißt ganz klar: Spannungsanpassung.

Siehe auch

Weblinks

- [http://www.bnhof.de/~didactronic/Widerstandsnetzwerke/anpass0.htm Die Anpassungsfälle: Spannungsanpassung - Leistungsanpassung - Stromanpassung]
- [http://www.sengpielaudio.com/BrauchenWirLeistungsanpassungBeiLautsprechern.pdf Brauchen wir Leistungsanpassung bei Lautsprechern? - pdf]
- [http://www.sengpielaudio.com/DasMaerchenVonDerLeistungsanpassung.pdf Das Märchen von der Leistungsanpassung bei Lautsprechern - pdf] Kategorie:Elektronik Kategorie:Elektrotechnik Kategorie:Nachrichtentechnik Kategorie:elektrische Leistung ja:インピーダンス整合

Pflichtenheft

Das Pflichtenheft (auch: Sollkonzept, Fachfeinkonzept, fachliche Spezifikation) ist die vertraglich bindende, detaillierte Beschreibung einer zu erfüllenden Leistung, zum Beispiel eines geplanten Geräts, einer technischen Anlage, einer Maschine, eines Werkzeugs oder auch eines Computerprogramms. Im Gegensatz zum Lastenheft sind die Inhalte
- präzise
- vollständig
- nachvollziehbar sowie mit technischen Festlegungen verknüpft, die die Betriebs- und Wartungsumgebung festlegen. Im Gegensatz zum technischen Design (auch: technische Spezifikation) beschreibt das Pflichtenheft die geplante Leistung, in unserem Beispiel das Softwareprogramm als Black Box. Entsprechend enthält es in der Regel nicht die Lösung der Probleme (hier der Implementierungsprobleme). Ein Pflichtenheft sollte nach Helmut Balzert wie folgt gegliedert sein: # Zielbestimmung ## Musskriterien: für das Produkt unabdingbare Leistungen, die in jedem Fall erfüllt werden müssen ## Wunschkriterien: die Erfüllung dieser Kriterien wird angestrebt ## Abgrenzungskriterien: diese Kriterien sollen bewusst nicht erreicht werden # Produkteinsatz ## Anwendungsbereiche ## Zielgruppen ## Betriebsbedingungen: physikalische Umgebung des Systems, tägliche Betriebszeit, ständige Beobachtung des Systems durch Bediener oder unbeaufsichtigter Betrieb # Produktübersicht: kurze Übersicht über das Produkt # Produktfunktionen: genaue und detaillierte Beschreibung der einzelnen Produktfunktionen # Produktdaten: langfristig zu speichernde Daten aus Benutzersicht # Produktleistungen: Anforderungen bezüglich Zeit und Genauigkeit # Qualitätsanforderungen # Benutzungsoberfläche: grundlegende Anforderungen, Zugriffsrechte # Nichtfunktionale Anforderungen: einzuhaltende Gesetze und Normen, Sicherheitsanforderungen, Plattformabhängigkeiten # Technische Produktumgebung ## Software: für Server und Client, falls vorhanden ## Hardware: für Server und Client getrennt ## Orgware: organisatorische Rahmenbedingungen ## Produkt-Schnittstellen # Anforderungen an die Entwicklungsumgebung # Gliederung in Teilprodukte Es ist bewährte Praxis, bei der Erstellung eines Pflichtenheftes das Ein- und Ausschlussprinzip zu verwenden, d. h. konkrete Fälle explizit ein- oder auszuschließen. Nach Lieferung der Software wird häufig über einen Akzeptanztest festgestellt, ob die Software die Forderungen des Pflichtenheftes erfüllt.

Siehe auch

- Software Requirements Specification
- Lastenheft

Weblinks

- [http://www.checkliste.de/informationstechnik/anforderungsprofile-pflichtenhefte-lastenhefte/ Checklisten für Pflichtenhefte aus dem IT-Bereich] Kategorie:Softwaretechnik Kategorie:Produktionswirtschaft Kategorie:Management Kategorie:Projektmanagement

Elektrischer Widerstand

Schaltzeichen

\Omega

. Für Gleichstromkreise gilt bei konstantem Widerstand das ohmsche Gesetz : :

R=\frac

G = \frac

Geschichte

Ohmscher Widerstand (Gleichstromwiderstand)

Für gängige elektrische Leiter gilt das ohmsche Gesetz. Es besagt, dass der Quotient aus abfallender Spannung U und durchfließendem Strom I konstant ist und den Wert R hat. :

R = \frac\,

R = \rho \cdot

Die Querschnittsfläche A berechnet sich für runde Drähte mit dem Durchmesser d nach der Formel

A=\pi\cdot\frac

. : Bild:Widerstand_Formel.PNG Bei der Berechnung sollte aber beachtet werden, dass der spezifische Widerstand von der Temperatur abhängig ist, hierzu siehe Abschnitt Temperaturabhängigkeit.

Der elektrische Widerstand im Teilchenmodell

Temperaturabhängigkeit

Wie oben beschrieben berechnet sich der Gleichstromwiderstand eines geraden Leiters durch: :

R_=\rho \cdot \frac

\Delta T

) berechenbar. Im Allgemeinen beschreibt man diese Änderung durch eine Linearisierung: :

R_W = R_(1 + \alpha \cdot \Delta T) = R(T_0)(1 + \alpha \cdot (T-T_0))

bei

T_0 = 20\,^\mathrm

Wechselstromwiderstand oder Scheinwiderstand

Z = \sqrt

Blindwiderstand

Induktiver Widerstand und kapazitiver Widerstand

X_L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L

Der kapazitive Widerstand eines idealen Kondensators ist bei Gleichspannung unendlich und sinkt mit wachsender Frequenz f bei Wechselspannung: :

X_C =

Schwingkreis

R_p = \frac\,.

Dieser wird bei der Resonanzfrequenz erreicht, die folgendermaßen berechnet werden kann: :

f_0 = \frac\,.

(thomsonsche Schwingungsgleichung)

Reihen- und Parallelschaltung

Reihenschaltung

Werden n Widerstände in Reihe geschaltet, so addieren sich die Widerstände: :

Veranschaulichen kann man sich dies an zwei Widerständen, die sich nur in der Länge unterscheiden.

Bild:Widerstand_R1_plus_R2.PNG

Die Reihenschaltung ergibt einen Widerstandskörper der Länge l₁ + l₂. Dann gilt: :

R = \rho \cdot  = \rho \cdot  + \rho \cdot  = R_1 + R_2

Parallelschaltung

Bei der Parallelschaltung von n Widerständen addieren sich die Leitwerte bzw. die reziproken Widerstände: :

=  +  + \dots +

alternative Schreibweise: :

R_=R_1 || R_2 || \dots || R_n

Schreibweise als Leitwerte: :

G_=G_1 + G_2 + \dots + G_n

Bild:Widerstand_R1_R2_parallel.PNG

Man erhält einen Widerstand vom Gesamtquerschnitt A₁ + A₂, also gilt: :

R = \rho \cdot

und daher :

=  =  + =  +

Physikalische Zusammenhänge

Folgt ein Widerstand dem ohmschen Gesetz, bestehen folgende Zusammenhänge zwischen Spannung U, Stromstärke I und der elektrischen Leistung P beziehungsweise der elektrischen Arbeit W. :

U = R\cdot I

P = =\frac = I^2 \cdot R

W =  =  = I^2 \cdot R \cdot t

Sonstige elektrische Widerstände

Differenzieller Widerstand

r = \frac

Negativer differenzieller Widerstand

Positiver differenzieller Widerstand

Supraleitung

Weblinks

Siehe auch

Dämpfungsfaktor

Der Dämpfungsfaktor gibt bei einer analogen Schnittstelle zwischen zwei elektrischen Verstärkern die Größe des Verhältnisses von Eingangswiderstand R_a zu Ausgangswiderstand R_i an. Mit Widerstand ist immer der Wechselstromwiderstand gemeint, der auch Impedanz heißt. Der Dämpfungsfaktor D_F ist der Quotient aus Eingangswiderstand und Ausgangswiderstand. :

D_ = \frac

Klärung der unterschiedlichen Benennung der Impedanzen: :Ausgangswiderstand = R_i = Innenwiderstand = Quellwiderstand
:Eingangswiderstand = R_a = Außenwiderstand = Lastwiderstand = Abschlusswiderstand Hierbei ist der Außenwiderstand oder Abschlusswiderstand R_a nicht mit dem Ausgangswiderstands R_i zu verwechseln, was leicht wegen des gleichen Anfangsbuchstabens A möglich ist.

Dimensionierung von R_a und R_i bei Lautsprechern

Bei Lautsprecherleistungsverstärkern ist dieser R_i kleiner 0,1 Ω (Ohm), damit die Eigenschwingungen der Lautsprechermembran mit der Schwingspule gut gedämpft werden. Der Lautsprecherwiderstand R_a liegt bei 4 oder 8 Ω. Dieser Widerstand hängt an einer vorhergehenden sehr niederohmigen Quelle. Das ist Spannungsanpassung. In der Audio- und Tontechnik sollten Lautsprecher nicht zum Endverstärker mit Leistungsanpassung arbeiten (R_i = R_a). Dennoch ist diese falsche Forderung nach Leistungsanpassung verbreitet. Der Eingangswiderstand eines Lautsprechers ist, da Wechselstrom fließt, komplex und somit frequenzabhängig. Bei einem zu kleinen Dämpfungsfaktor wird die Frequenz-Linearität der Übertragungsfunktion bei allen Frequenzen beeinträchtigt. Die Resonanzfrequenz des Lautsprechers ist aufgrund der Impedanzüberhöhung dabei kritisch. Der Verstärker treibt nicht nur den Lautsprecher an, indem Spannung in Membranbewegung (Hub) umgewandelt wird, sondern er muss auch dafür sorgen, dass die Ausschwingbewegungen (Selbstinduktion) bei ausbleibender Spannung am Ende eines Impulses gebremst wird. Dies ist insbesondere beim Bass notwendig, da dort der Membranhub am größten ist. Man wählt eine Anpassung, die dagegen immun ist und die Spannungsanpassung genannt wird. R_i < R_a. Bei der Anpassung vom Lautsprecher zum Verstärker ist ein Dämpfungsfaktor von etwa 100 oder größer üblich. Ein Wert über 200 erbringt klanglich keine Verbesserung mehr. Röhren-Endstufen haben einen geringeren Dämpfungsfaktor. Dieser Wert ist frequenzabhängig und bei der "Kontrolle" der tiefen Lautsprecher-Schwingungen zwischen 20 und 500 Hz besonders wichtig. Durch Umstellung der obigen Formel kann der Innenwiderstand von Lautsprecherleistungsverstärkern ermittelt werden, der selten in Datenblättern angegeben wird.

R_ = \frac

Spannungsanpassung Anmerkung: Der Dämpfungsfaktor stellt genauer betrachtet das Widerstandsverhältnis der Lautsprecherschwingspule zum übrigen gesamten Stromkreis dar. Dazu gehören: der Innenwiderstand des Verstärkers, der Kabelwiderstand des Lautsprechers und zurück, der Übergangswiderstand an den jeweiligen Kontakten, die eventuellen Vorwiderstände in der Weiche, Widerstände auf den Leiterbahnen und weitere Kabel im Lautsprecher. Hinzu kommen der Gleichstromwiderstand der Schwingspule und der Widerstand (die Impedanz) der Schwingspule des Chassis. Die unkontrollierte Schwingung des Lautsprechers induziert in der Schwingspule eine elektrische Spannung, die über die Endstufe kurzgeschlossen wird. Durch diese erzeugte Gegenkraft wird die Membran in eine weitgehend exakte Kurve gezwungen. Ein Gesamtsystem von hoher Qualität erhält man durch hochwertige Lautsprecher an fachgerecht dimensionierten Endstufen, die mit kurzen, dicken Lautsprecherkabeln verbunden sind.

Weblinks

- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-anpassungsdaempfung.htm Berechnung des Dämpfungsfaktors und der Anpassungsdämpfung]
- [http://www.sengpielaudio.com/DasMaerchenVonDerLeistungsanpassung.pdf Das Märchen von der Leistungsanpassung - pdf] Kategorie:Elektronik Kategorie:Elektrotechnik Kategorie:Kommunikationstechnik Kategorie:Nachrichtentechnik

Kategorie:Elektrotechnik

Hier sollen Artikel zu den Grundlagen der Elektrotechnik eingeordnet werden.
- Weiterführende Artikel in den einzelnen Fachgebieten. Kategorie:Technik ja:Category:電気工学 ko:분류:전기공학

Kategorie:Nachrichtentechnik

Hier soll Grundsätzliches zur Nachrichtentechnik eingeordnet werden. :Drahtgebundene Nachrichtentechnik unter Fernmeldetechnik. :Drahtloses unter Funktechnik. Siehe auch: :Kategorie:Digitale Signalverarbeitung Kategorie:Elektrotechnik

Lmk

LMK, often left uncapitalized, is an internet abbreviation for "let me know." At one time popular on message boards, specifically those that dealt with trading items such as Magic: The Gathering cards. The term is still used often nowadays, but has nothing to do with Magic: The Gathering as it used to. Online forums see this abbreviation often, except where it is not allowed. ------------------------------------------------------------------------------------------------

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