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3. Lineare Quellen und Zweipole

Abb. 6: passiver Zweipol elektrotechnik_1:passiverzweipol.png

Passive Zweipole sind Zweipole, die ausschließlich als Verbraucher wirken (Abbildung 6).

3.1 ideale und lineare Spannungsquelle

  • englische Ausdrücke für Leerlaufspannung (OCV …Open Circuit Voltage bzw. EMF …Elektro-Magnetic-Force) mit aufnehmen.
  • Zusammenhang mit (z.B. Li-Ionen-)Batterien herstellen: OCV wird für eine Kalibrierung des SOC genutzt wird. (Li-Ion-Batterie ist keine ideale Quelle, da U-I-Verlauf nicht linear)

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. den Unterschied zwischen einer idealen und linearen Spannungsquelle beschreiben können.
  2. den Zusammenhang zwischen abgegebener Spannung, Quellenspannung $U_q$ und Innenwiderstand $R_i$ kennen und anwenden können.
  3. anhand von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom den Spannungsverlauf der linearen Spannungsquelle darstellen können.
  4. anhand zweier Strom/Spannungs-Messpunkte die Leerlaufspannung und den Kurzschlussstrom ermitteln können

Video

Beispiel für eine reale Spannungsquelle

Ideale und Reale Spannungsquelle, Arbeitspunkt

3.2 ideale und lineare Stromquelle

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. den Unterschied zwischen einer idealen und linearen Stromquelle beschreiben können.
  2. den Zusammenhang zwischen abgegebenem Strom, Quellenstrom $I_q$ und Innenleitwert $G_i$ kennen und anwenden können.
  3. anhand von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom den Spannungsverlauf der linearen Spannungsquelle darstellen können.
  4. anhand zweier Strom/Spannungs-Messpunkte die Leerlaufspannung und den Kurzschlussstrom ermitteln können

Video

3.3 Umwandlung von Strom- und Spannungsquellen

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. den Grund für Dualität von Strom- und Spannungsquelle erklären können.
  2. eine lineare Stromquelle in eine lineare Spannungsquelle umwandeln können.
  3. eine lineare Spannungsquelle in eine lineare Stromquelle umwandeln können.
  4. diese Umwandlung bei komplizierteren Schaltungen mit mehreren Stromquellen bzw. Spannungsquellen anwenden können

Aufgabe 3.3.1 Stromquelle in Spannungsquelle umwandeln

Aufgabe 3.3.2 Spannungsquelle in Stromquelle umwandeln

Aufgabe 3.3.3 Lösung einer Schaltungsvereinfachung I

Aufgabe 3.3.4 Lösung einer Schaltungsvereinfachung II

Aufgabe 3.3.5 Lösungsskizze für eine schwierigere Schaltungsvereinfachung

Aufgabe 3.3.6 3 kurze, aber interessante Schaltungsaufgaben

Aufgaben

Nutzen Sie die Schaltung in Falstad, um eine lineare Stromquelle mit einer linearen Spannungsquelle zu vergleichen.

3.4 Umwandlung beliebiger linearer Zweipole

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. wissen, dass jede beliebige lineare Schaltung mit zwei Anschlüssen aus ohmschen Widerständen und Quellen als lineare Stromquelle bzw. lineare Spannungsquelle zu verstehen ist.
  2. wissen, wie die Leerlaufspannung $U_{LL}$ und der Kurzschlusstrom $I_{KS}$) ermittelt werden können.
  3. die Parameter der Ersatzspannungsquelle (Innenwiderstand $R_i$ und Quellenspannung $U_q$) einer beliebigen linearen Schaltung berechnen können.
  4. die grafische Interpretation von Spannung und Strom am linearen Zweipol in Form einer Kennlinie verstehen und zeichnen können.

3.5 Leistung an Zweipolen und Bezugsgrößen

Ziele

Nach dieser Lektion sollten Sie:

  1. die Quellenleistung und Verbraucherleistung berechnen können.
  2. die Optimierungsziele für Energietechnik und Nachrichtentechnik unterscheiden können.
  3. den Wirkungsgrad und Ausnutzungsgrad berechnen können.

Video

Beispiel für eine reale Spannungsquelle

Erklärung der Leistungsanpassung