7.1 Reale Bauelemente

Bauelemente:

Reale, konzentrierte Bauelemente verhalten sich wie Kombinationen mehrerer idealer Bauelemente.

Widerstand:

Widerstände sind aufgrund des Stromflusses von einem magnetischen Feld umgeben und zwischen ihren Drahtenden breitet sich ein elektrisches Feld aus.

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Nichtidealitäten sind:

• Wicklungsinduktivität
• Wicklungskapazität

Abbildung 7.1.1: Hochfrequenz-Ersatzschaltbild eines realen Widerstandes

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• Berücksichtigung einer Reiheninduktivität und einer Parallelkapazität, wie in Abb. 7.1.2 zu sehen ist, bei den üblichen gewickelten Drahtwiderständen. Die Resonanzfrequenz liegt im MHz-Bereich.
• Bis 100 kHz ist die RL-Reihenschaltung ausreichend.
• Weiterhin vernachlässigt ist der Skin-Effekt (Hauteffekt) , mit einer Stromverdrängung nach Außen (Zunahme des wirksammen Widerstandes, da die stromdurchflossene Fläche kleiner wird) .

Spule:

Spulen ohne magnetischem Kern können bei niedrigen Frequenzen durch eine einfache RL-Reihenschaltung (siehe Abb. 7.1.2) ersetzt werden.

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Abbildung 7.1.2: Hochfrequenz-Ersatzschaltbild einer realen Spule

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→Nichtidealitäten sind: Kupferwiderstand, Eisenverlustwiderstand und Wicklungskapazität

Verlustfaktor:

Aufgrund des Kupferwiderstandes tritt ein Verlustwinkel auf

(7.1.1)

→ Der Kehrwert wird auch als Güte bezeichnet.

Kondensator:

Kondensatoren können bei hohen Frequenzen meistens als ideal betrachtet werden, da der frequenzabhängige Verlustwiderstand (siehe Abb. 7.1.3) i.d.R. mindestens 100-mal größer ist als der kapazitive Widerstand.

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Abbildung 7.1.3: Hochfrequenz-Ersatzschaltbild eines realen Kondensators

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→Nichtidealitäten sind: Isolationswiderstand des Dielektrikums und Zuleitungs- und Platteninduktivität

Verlustfaktor:

Aufgrund des Isolationswiderstandes tritt ein Verlustwinkel auf

(7.1.2)

Netzwerke:

In technischen Geräten sind die elementaren Zweipole Wirkwiderstand, Kondensator und Spule als Kombination vorhanden.

→ Berechnung von Wechselstromnetzwerken.

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Abbildung 7.1.4: Zählpfeile im Schaltbild und Bezugszeiger im Zeigerdiagramm

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Regeln:

Anhand der einfachen RL-Reihenschaltung in Abb. 7.1.4 lassen sich folgende Regeln aufstellen:

1. Im Schaltbild: Zählpfeile eintragen.
2. Ohmsches Gesetz und Kirchhoffsche Regeln sind gültig.
3. Bezugszeiger: Ein Zeiger der mehreren Bauteilen gemeinsam ist (Reihenschaltung: Strom; Parallelschaltung: Spannung).
4. Im Zeigerdiagramm: Rechenregeln der komplexen Rechnung.

Vorgehen:

Zuerst werden komplexe Bauelemente eingeführt, die dann als Parallel- und / oder Reihenschaltungen zusammengefasst werden (siehe Abb. 7.1.5) .

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Abbildung 7.1.5: Netzwerkberechnung mit komplexen Bauelementen

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