Grundlagenfrage: Ersatzschaltung, Netzwerkanalyse

Hallo Jens,

Eine Menge dieser grauen Theorie muss man einfach fressen und bis zur Pruefung so hinnehmen. In der Praxis kann solche Vorgehensweise wie Kurzschliessen der Spannungsquelle zu schweren Unfaellen fuehren. Hat mal jemand aus Versehen bei dem Test eines grossen Stromgenerators so gemacht. Danach war ein meterlanger Riss in der Betondecke.

Bei Halbleiterschaltungen funktioniert das alles eh nicht. Widerstand entfernen? Dann arbeitet die Schaltung oft entweder gar nicht mehr oder geht sogar ins Broetchen. Bzzzt - fump, und der Transistor ist abgebraten. Wenn man das in der Strommessungsschleife eines Schaltreglers macht, kann es sogar zu einem imposanten Knall fuehren. Also immer Schutzbrille tragen...

Zum Berechnen halte ich mich immer an die Kirchhoff Regel und die reicht dann meist auch aus: Die Summe aller Stroeme in einen Knoten ist immer Null. So wie es im Finanzwesen auch sein sollte, auch wenn manche Politiker das nicht immer einsehen ;-)

Gruesse, Joerg

Hallo, Joerg,

Du (notthisjoergsch) meintest am 04.10.04:

Nicht nur das - das Verfahren setzt lineare Bauteile voraus. Und die gibt es am ehesten in Lehrbüchern.

Aber das Verfahren ist fürs Berechnen von Schaltungen recht nützlich.

Viele Grüße! Helmut

Hallo Helmut,

Es gibt viel, was rein theoretisch gelehrt wird. Was fehlt, sind regelmaessige Hinweise auf praktische Anwendungen. So hatte ich etwa lernen sollen, dass HF Sender einen Ausgangswiderstand haben muessen, der der angeschlossenen Last entspricht. Sofort nach der Pruefung habe ich diesen Unsinn aus meinem Gehirn geloescht. Jemand anders leider nicht. Es gab einen hoellischen Knall und die Rauchwolke war nicht von Pappe.

Wenn ich Prof waere, wuerde zu allererst mal der Schaltplan eines Geraetes an die Leinwand kommen und ausgehaendigt werden. Dann wuerde alles zerlegt und im Detail erklaert, bis hin zur Kostenrechnung. Leider muesste dafuer wohl erst das bei Euch wahrscheinlich staatlich verordnete Kurrikulum geaendert werden.

Gruesse, Joerg

OK, das kenne ich durch meine vorangegangenen Jahre Ausbildung. Stupides Lernen von Dingen, die man nie wieder braucht. Nicht pauschal natürlich!

Naja, soviel werde ich kaum lernen, dass ich solche Dinge vergesse :-)

Kommt nächste Woche...

Leider...

Könnte mir denn jemand/Du noch einen Tipp geben, wie ich den am Ende berechneten Widerstand mit einem anderen Weg auf seine Richtigkeit hin beweise? Also nach dem vorgehen in meinem ersten Posting.

Gruß, Jens

Korrektur, sorry:

Wie ich den am Ende berechneten Strom, der durch den Widerstand fließt, mit einem anderen Weg beweisen kann - auf seine Richtigkeit.

Jens

"Jens Koeller" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@uni-berlin.de...

Hallo Jens, bis hierher kann ich folgen, aber dann stimmt es nicht mehr. Man redet hier übrigens vom Prinzip der Ersatzspannungsquelle.

Nach 4. haben wir folgende Ausgangslage:

Wir wissen die Leerlaufspannung und den Innenwiderstand.

Damit können wir ganz einfach die Spannung an Ra berechnen.

Ua = Ui*Ra/(Ri+Ri)

Gruß Helmut

Die Schaltung

-------------

Blackbox

------------------ | |--o-- | | | | | | | /+\ .-. .-. | .-. | ( ) | I | | | | | | | \-/ '-' | | | | | Ra | | | '-' | '-' | | | | | | |--o-- ------------------

1. Ra entfernen und Leerlaufspannung ausrechnen.

------------------ | |--o | | | | | | /+\ .-. .-. | | ( ) | I | | | | Ui | \-/ '-' | | | | | | '-' | | | | | | |--o ------------------

1. Spannungsquellen kurzschließen(und Stromquellen entfernen). Den Widerstand berechnen den man in die Schaltung hineinsieht.

----------------- | |--o | - | | | | | .-. | | | | | |

Hallo Jens,

Auch wenn jetzt die Tomaten fliegen, ich frage mich, warum man nicht einfach den Wert des Widerstandes aus dem Aufdruck abliest, mit dem Voltmeter die Spannung misst und dann hat man den Strom.

Gruesse, Joerg

Hallo, Joerg,

Du (notthisjoergsch) meintest am 04.10.04:

"Alles"? Prima!

Du wirst dann sicherlich auch noch erklären, wie das Gehäusebleche aus dem Vollen gefräst wird und wie die Elektronen hergestellt werden.

Und vergiss nicht zu erklären, wie die Leinwand hergestellt wird.

Viele Grüße! Helmut

Hallo,

dieses Lösungsverfahren, das als Superpositionsverfahren oder auch Überlagerungsverfahren bezeichnet wird, wird in der Theorie der linearen Netzwerke erklärt. Dabei werden die Netzwerke auf einer mathematischen Abstraktionsebene betrachtet, wo der Bezug zur Physik zwar erschwert wird aber nicht notwendig ist. Dabei werden die allgemeinen Eigenschaften linearer Netzwerke mathematisch, topologisch analysiert und Lösungsverfahren abgeleitet. Deine Frage nach dem Sinn hinter dem Lösungsverfahren liegt in dem sogenanten Superpositionsprinzip, das mathematisch als Linearität bezeichnet wird und in Natur und Technik oft vorkommt. Damit man sich darunter etwas vorstellen kann, hier ein anschauliches Beispiel: Eine Person A wiegt ihr Gewicht, dann macht eine zweite Person B das gleiche. Addiert man ihre Gewichte, bekommt man das gleiche raus als wenn sie sich beide gemeinsam auf die Waage stellen würden. So ähnlich wird ein Netzwerk als die Summe einzelner einfacherer Netzwerke betrachtet, die sich einzeln einfacher berechnen lassen und dann addiert werden. Es handelt sich um den Lehrstoff des 1.Semesters der Grundlagen der Elektrotechnik.

Gruß Gerd

Jens Koeller schrieb:

Hallo Helmut,

Ohne Scherz, ja. Ein Gehaeuse gehoert zum Projekt und in die Kostenrechnung. Da Unis dies aber nicht im Stoff haben, muss ich bei meinen Kunden regelmaessig Gehaeuse umkonstruieren. Die Mehrzahl der Ingenieure versteht zum Beispiel nicht, dass eine Anodisierung von Aluminium zwar schick aussieht, aber das EMV Verhalten des Geraetes damit oft in die Binsen geht. Was die Verwendung von Stahl angeht, da muss ich oft erst einmal den Lehrer spielen. "Haben wir aber noch nie benutzt". Das Erstaunen ist gross, wenn das Geraet spaeter ein nahezu unverwuestliches Gehaeuse hat und alles auch noch billiger kommt als vorher. Ich will aber nicht klagen, denn das bringt mir ja zusaetzliches Auftragsvolumen.

Die Elektronen wuerde ich den Grundlagen der Physik ueberlassen. Wer es da nicht kapiert hat, sollte vielleicht etwas anderes studieren.

Wenn es jemand unbedingt wissen will, warum nicht? Zumindest sollte man Einsatz zeigen und wenigstens ein gute Quelle zur Information im Web finden und mitteilen. Ein Ingenieur muss stets in der Lage sein, auch zu den am wenigsten erwarteten Aufgaben eine Loesung zu finden. Nicht von vornherein zu wissen, sondern zu wissen wie und wo man sucht. Das ist es, was in der Uni rueberkommen sollte.

Gruesse, Joerg

Hallo, Joerg,

Du (notthisjoergsch) meintest am 05.10.04:

Seltsam: das Blech gehört mit in die Vorlesung über Netzwerkanalyse, das Elektron aber nicht?

Und jeder erzählt (mal vom Elektron abgesehen) "alles"? Er verweist nicht auf den Kollegen, der sich mit Konstruktion und Blechbearbeitung besser auskennt?

Klingt (im allerschlechtesten Sinne) "ganzheitlich".

Von meinem Bäcker erwarte ich nicht, dass er das Mehl selbst erntet, von freilaufenden Weizenkörnern. Er soll nur gute Brötchen backen.

Von meinem (damaligen) Professor für Elektrophysik verlange ich nicht, dass er mir das Ätzen von gedruckten Schaltungen beibringt - er sollte andere Aufgaben haben.

Viele Grüße! Helmut

Hallo Helmut,

Naja, ich hatte das nicht allein auf die Netzwerkanalyse bezogen.

Natuerlich muss das geteilt werden. Was ich damit meinte, ist, dass irgendwo alles zusammenkommen muss und so etwas kann man nur in einer "ganzheitlichen" Vorlesung machen. Sie kann ja durchaus mal von mehr als einem Prof gehalten werden. Oder besser noch, von jemandem aus der Industrie.

Naja, er sollte schon anderes dazu beherrschen. Zum Beispiel Buchhaltung. Sonst gibt es die leckeren Broetchen eines Tages nicht mehr, weil er Pleite gemacht hat. Kenntnisse ueber die Herkunft und Vorverarbeitung von Mehl sind auch sinnvoll, wenn man der beste werden will. Dann sind da die Maschinen, Steuerungen, Energiebedarfsrechnung usw.

Da hast Du Recht. Aber sobald es ein wenig spezieller wird, zum Beispiel HF, Nachrichtentechnik, Energietechnik, aber auch bei Grundlagenfaechern wie Mechanik sind Praxiskenntnisse aus der Industrie fast unabdingbar fuer eine gute Vorlesung.

Das Problem an vielen Unis ist, dass einem gar keiner die moderne Herstellung von Leiterplatten oder Hybrids erklaert. Ich durfte die Hybrids mit aktivem Laserabgleich und allem Getoese dann ueber Nacht im Eilverfahren lernen, denn mein allererster Job war die Entwicklung eines solchen. Mit fest vorgegebenem Zeitplan. Internet gab es damals nicht.

Gruesse, Joerg

Das ist kein neuer Innenwiderstand sondern der alte ;-)

Die neue Ersatzquelle hat den gleichen Innenwiderstand wie das originale Netzwerk, wenn man sie mit einem Strom belastet, verhält sie sich daher gleich. Das ist der Sinn der Sache.

Hier müsste "seriell" statt "parallel" stehen.

Man fasst ein komplexes Netzwerk auf diese Weise zu einer Ersatzschaltung, bestehend aus einer idealen Ersatzspannungsquelle und deren Innenwiderstand zusammen. Genauso kann man die äquivalente Ersatzstromquelle bilden, bestehend aus Kurschlussstromquelle mit inendlichem Eigenwiderstand der man den Innenwiderstand parallelschaltet.

Am Besten versteht man das, wenn man die U/I Kennlinie an den Klemmen der Originalschaltung und die U/I Kennlinie an den Klemmen der Ersatzschaltung aufzeichnet.

Diese beiden Kennlinien sind exakt gleich und daher ist das Verhalten des Originalnetzwerks und das Verhalten des Ersatznetzwerkes bei gleicher Klemmen-Belastung gleich.

Das hat den Vorteil, dass man bei wechselnder Last einfacher rechnen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass man die Ersatzquelle auf zwei äquivalente Arten darstellen kann: 1. Als Serienschaltung aus Leerlaufspannung und Innenwiderstand oder 2. als Parallelschaltung aus Kurzschlussstrom und Innenwiderstand.

Z.B. verhält sich ein Transistor am Kollektor wie eine gesteuerte Stromquelle.

Man kann nun, wenn der Kollektorstrom und Kollektorwiderstand bekannt sind, einfach die äquivalente Ersatzspannungsquelle bilden, kann also den Kollektoranschluss als Spannungsquelle mit Innenwiderstand darstellen, was einfacher ist.

D.h. man kann sich die Funktion einer komplizierten Schaltung einfacher vorstellen, wenn man sie in einfachere Ersatzblöcke auflöst. Das finde ich dabei am wichtigsten, da die Berechnungen heute sowieso vom Computer gemacht werden. Man sollte aber verstehen, was der Computer da berechnet ;-)

Man kann das Prinzip auch schön zum Konstruieren verwenden. Zunächst zeichnet man im Entwurf eine Ersatzquelle ein, und überlegt erst später wie man diese technisch realisiert.

Grüsse,

Peter

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Jens Koeller schrieb:

Für den Anfang:

Gruß aus Bremen Ralf

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Jens Koeller schrieb:

Für den Anfang:

Gruß aus Bremen Ralf