Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 3

Aus dem Strom-Spannungsveralten der Netzwerkgrundelemente für Wechselgrößen lässt sich der Scheinwiderstand einführen. Seine Angabe für Netzwerkteile erfordert die stationäre Lösung der Netzwerkdifferentialgleichung. Er geht durch Transformation der Netzwerkelemente bzw. des Netzwerkes in den Widerstands- bzw. Leitwertoperator über, mit dem sich Wechselstromnetzwerke im Frequenzbereich mit den Methoden der Gleichstromnetzwerke berechnen lassen. Die allgemeine Lösung ist die Netzwerkfunktion bzw. der Frequenzgang als zentrale Größe. Sie lässt sich unterschiedlich darstellen (Zeigerdiagramm, Ortskurven, Bode-Diagramm).

Erweitert werden muss für den Wechselstromkreis auch der Leistungsbegriff, denn es sind jetzt Schein-, Wirk- und Blindleistung zu unterscheiden (und später bei allgemeinen periodischen Größen noch die Verzerrungsblindleistung). Diese Erweiterung erlaubt bei der Leistungsübertragung im Grundstromkreis eine Wirk- und Scheinleistungsanpassung.

Die Anwendung der Wechselstromnetzwerke in der Technik beruht auf verschiedenen Besonderheiten: Filterwirkung durch die Energiespeicher, Phasenunterschiede zwischen Zweiggrößen, das Konzept der gesteuerten Quelle (die hier erst hier volle Wirkung entfalten). Damit lassen sich z.B. Halbleiterbauelemente bequem in Netzwerke einbeziehen und der Begriff Verstärkung gewinnt fundamentale Bedeutung, beispielsweise auch zur Erzeugung negativer Widerstände.

Behandelt werden in diesem Kapitel die Filterprinzipien mit Standardelementen, aber auch aktive Filter und typische Wechselstrombrücken, die heute für Sensoranwendungen relevant sind.

Einen weiteren Themenschwerpunkt bildet der Transformator. Obwohl er aus einigen Anwendungsbereichen fast verschwunden ist, gibt es andere, die ohne ihn nicht auskommen (Energietechnik, Schaltnetzteile). Auch weitere Übertragerzweitore wie UNIC und Gyrator haben heute eigenständige Einsatzfelder.

Gesteuerte Quellen bilden die Grundlage der Verstärkermodellierung. Deshalb ist die Verstärkung ein Themenschwerpunkt. Dazu gehören die Grundmerkmale, typische Transistorschaltungen und ihr Frequenzverhalten. Verstärker nutzen oft das Rückkopplungsprinzip. Das wirft die Frage nach der Netzwerkstabilität auf und umgekehrt: wie kann Instabilität zur bewussten Schwingungserzeugung, dem Oszillatorprinzip, dienen? Dabei ist es zum Grundverständnis zweckmäßig, den Frequenzbegriff zur komplexen Frequenz zu erweitern, die Ab- und anklingende Schwingungsamplituden mit ausdrückt und sich als roter Faden durch das dynamische Verhalten von Netzwerken zieht. Obwohl diese Themen gewöhnlich als Bestandteil der Elektronik betrachtet werden, beziehen wir sie bewusst in die elektrotechnischen Grundlagen ein.