www.wikidata.de-de.nina.az

übertrager Dieser Artikel behandelt im Sinne der Nachrichtentechnik Für allgemeine siehe übertragung technische Siehe au

Übertrager

Übertrager (auch Einphasentransformator) ist ein induktives Bauteil der Nachrichtentechnik. Ähnlich einem Transformator aufgebaut, unterscheidet er sich in seiner meist primär und sekundär gleichen Wicklungszahl und seiner Anwendung ausschließlich zur leistungslosen Signalübertragung.

Transformatoren sind für die Leistungsübertragung mit möglichst hohem Wirkungsgrad optimiert und erreichen diese nur in einem schmalen Frequenzband (z. B. von 50 Hz bis 400 Hz). Im Gegensatz dazu dienen Übertrager zur relativ breitbandigen Informationsübertragung mit möglichst hoher Signalqualität. Je nach Einsatzbereich werden Übertrager spezifisch benannt, z. B. als Audioübertrager oder Symmetrierübertrager im Bereich der Audiotechnik, als Anpassungsübertrager im Bereich der Audio- und HF-Technik oder als Impulsübertrager im Bereich der Digitaltechnik. Hier sind auch die Bezeichnungen Impulstransformator oder Pulstransformator gängig, da diese speziellen Übertrager meist ähnlich wie Transformatoren nur für einen relativ schmalen Frequenzbereich optimiert sind.

Grundlagen

Beide Arten von Transformatoren (zur Leistungs- und Signalübertragung) funktionieren nach den gleichen Prinzipien, jedoch erfüllen sie unterschiedliche Aufgaben und unterscheiden sich in ihrer Konstruktion. Beim Transformator zur Leistungsübertragung kommt es primär auf die Effizienz (Wirkungsgrad) an, beim Übertrager jedoch auf den möglichst guten Erhalt der Signalform. Wichtige Eigenschaften eines Übertragers für analoge Anwendungen sind u. a. seine Linearität und möglichst geringe Verzerrungen. In der englischen Sprache wird mit einem Präfix zwischen Übertrager und Transformator unterschieden; Übertrager, die in der Audiotechnik verwendet werden, heißen audio transformer. Für digitale Signalübertragung wie beispielsweise bei Ethernet-Schnittstellen wird im Englischen die Bezeichnung pulse transformer verwendet, im Deutschen Impulsübertrager.

Einsatzbereiche

SMD-Übertrager vom Typ TG110, wie sie bei Ethernet-Schnittstellen verwendet werden. Bauelement von oben (links) und von unten (rechts)
Übertrager im Ethernet-Anschluss eingebaut

Übertrager werden u. a. eingesetzt:

Bauformen

Übertrager mit Schalenkern

Die Bauformen gleichen im Prinzip denjenigen von Transformatoren zur Leistungsübertragung.

Teilweise angewendete Besonderheiten sind:

  • Die Wicklungen sind bifilar oder trifilar ausgeführt (ineinander verschachtelt), um die Streuinduktivität klein zu halten (Steigerung der oberen Grenzfrequenz)
  • Es werden hochpermeable Kernmaterialien verwendet (Mu-Metall, hochpermeable Ferrite), um die untere Grenzfrequenz gering zu halten.

Für Hochfrequenzübertrager sind Ferritkerne für hohe Frequenzen erforderlich. Oft verwendet man ab dem UKW-Frequenzbereich Doppellochkerne.

Weitere typische Kernformen sind Ferrit-Ringkerne und -Schalenkerne.

Bei hohen Frequenzen – ab den höheren Kurzwellenfrequenzen –, wird für die Spulen oft kein Kern aus ferromagnetischem Material verwendet. Solche Übertrager bestehen aus zwei Luftspulen, die entweder ineinander geschachtelt oder axial aneinandergesetzt sind. Bei letzterer Bauform gibt es auch Ausführungen, bei denen die zweite Spule verdrehbar angeordnet ist, z. B. um die Kopplung der beiden Spulen an den Scheinwiderstand der Antenne eines Detektorempfängers oder Rundfunksenders anzupassen.

Die beiden „Wicklungen“ können bei noch höheren Frequenzen auch lediglich aus einem parallelen Drahtpaar (mit und ohne Kern) bestehen.

In Übertragern eingesetzte Biaxial orientierte Polyester-Folie isoliert je Ausführung zwischen 1,3 und 3,6 kV und nur bis 130 °C resistent. Bei 5 kV Isolationsfestigkeit werden durchaus drei Schichten übereinander geklebt. Bei Übertragern in Schaltnetzteilen kann auf eine Thermosicherung verzichtet werden, da der Leitungswiderstand bei Kurzschluss nicht anpasst und erhitzt, sondern die vorgeschaltete Schmelzsicherung auslöst. Solche Übertrager haben lediglich 19 bis 40 Windungen entsprechender Drahtstärke aufgewickelt.

Theorie

Die wichtigste Eigenschaft von Übertragern ist das Strom- bzw. Spannungs-Übersetzungsverhältnis:

mit

Das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundär-Impedanz kann aus dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses des Übertragers errechnet werden:

oder

Das für eine Impedanztransformation erforderliche Übersetzungsverhältnis kann folglich so berechnet werden:

oder

Eine weitere wichtige Kenngröße vieler Signalübertrager ist das Integral der Spannung über die Zeit, bis der Kern in Sättigung gerät. Es wird Spannungs-Zeit-Fläche oder auch Spannungs-Zeit-Produkt genannt, auch weil bei vielen Übertragern die Spannungsverläufe rechteckig sind. Es wird bestimmt durch die Länge eines Rechtecksignales, das bei gegebener Spannung noch übertragen werden kann.

Das Spannungs-Zeit-Produkt (Einheit Voltsekunde) errechnet sich aus der Induktivität L und dem Sättigungsstrom Isat:

Der Spannungsverlauf kann positive und negative Teilbereiche aufweisen. Für einen rechteckigen Spannungsverlauf, ausgehend von der Kerninduktion Null, vereinfacht sich das Integral zu

Während eines Rechteckimpulses steigt der Strom zunächst allmählich an, um bei Eintritt der Kernsättigung dann sehr steil weiter zu steigen. Dadurch bricht die Spannung zusammen und ein Rechtecksignal wird in seiner Form verfälscht. Aus diesem Grund verwendet man für auch für solche Übertrager (z. B. zur Ansteuerung von Leistungs-MOSFET) Kernmaterialien mit einer hohen Permeabilitätszahl.

Es muss oft eine positive oder negative initiale Magnetisierung (Integrationskonstante) Berücksichtigung finden, die durch einen Strom gegeben ist, der zu Beginn der Integration fließt. Die maximale Spannungs-Zeit-Fläche bestimmt auch die untere Übertragungs-Frequenzgrenze eines Wechselspannungs-Signals. Hierbei stellt sich der Mittelwert des Magnetflusses und der mittlere Strom auf den Wert Null ein: der Endwert des Integrales der vorigen Halbwelle wird erst abintegriert. Daher darf die minimale Frequenz geringer sein als das dem Spannungs-Zeit-Produkt gleichende Zeitintegral der Halbwelle dieser Wechselspannung.

Weitere Kenngrößen von Übertragern betreffen die parasitäre Induktivität und Kapazität. Erstere ist die Streuinduktivität (nicht zu verwechseln mit dem Streufeld), die durch die an den Wicklungen vorbeigehenden Feldanteile des Magnetflusses entsteht. Sie ist wichtig für die getreue Übertragung von höheren Frequenzanteilen und sollte möglichst gering sein, d. h. man wünscht sich einen hohen Koppelfaktor. Man verbessert ihn durch ineinander geschachtelte Wicklungen und einen geringen Abstand der Wicklungen. Auch bifilare Wicklungen sind gebräuchlich. Die durch die örtliche Nähe beider Wicklungen steigende Kapazität der Wicklungen zueinander ist jedoch gleichfalls unerwünscht. Da der Abstand durch die Dicke der Isolation gegeben ist und daher nicht beliebig klein sein kann, sind hohe Isolationsfestigkeit, hoher Koppelfaktor und geringe parasitäre Kapazität nur schwer gemeinsam zu erreichen.

Siehe auch

Weblinks

Commons: Übertrager – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. In: Elektrotechnik. Tabellen Kommunikationselektronik. Formelsammlung. Westermann Schulbuchverlag, 3. Auflage 2002. Seite 57
  2. Ing: GdE: Modelle des Transformators auf Wikibooks
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Dieser Artikel behandelt Ubertrager im Sinne der Nachrichtentechnik Fur allgemeine Ubertrager siehe Ubertragung technische Ubertrager Siehe auch Ubersetzung Technik Ubertrager auch Einphasentransformator 1 ist ein induktives Bauteil der Nachrichtentechnik Ahnlich einem Transformator aufgebaut unterscheidet er sich in seiner meist primar und sekundar gleichen Wicklungszahl und seiner Anwendung ausschliesslich zur leistungslosen Signalubertragung Transformatoren sind fur die Leistungsubertragung mit moglichst hohem Wirkungsgrad optimiert und erreichen diese nur in einem schmalen Frequenzband z B von 50 Hz bis 400 Hz Im Gegensatz dazu dienen Ubertrager zur relativ breitbandigen Informationsubertragung mit moglichst hoher Signalqualitat Je nach Einsatzbereich werden Ubertrager spezifisch benannt z B als Audioubertrager oder Symmetrierubertrager im Bereich der Audiotechnik als Anpassungsubertrager im Bereich der Audio und HF Technik oder als Impulsubertrager im Bereich der Digitaltechnik Hier sind auch die Bezeichnungen Impulstransformator oder Pulstransformator gangig da diese speziellen Ubertrager meist ahnlich wie Transformatoren nur fur einen relativ schmalen Frequenzbereich optimiert sind Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Einsatzbereiche 3 Bauformen 4 Theorie 5 Siehe auch 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseGrundlagen BearbeitenBeide Arten von Transformatoren zur Leistungs und Signalubertragung funktionieren nach den gleichen Prinzipien jedoch erfullen sie unterschiedliche Aufgaben und unterscheiden sich in ihrer Konstruktion Beim Transformator zur Leistungsubertragung kommt es primar auf die Effizienz Wirkungsgrad an beim Ubertrager jedoch auf den moglichst guten Erhalt der Signalform Wichtige Eigenschaften eines Ubertragers fur analoge Anwendungen sind u a seine Linearitat und moglichst geringe Verzerrungen In der englischen Sprache wird mit einem Prafix zwischen Ubertrager und Transformator unterschieden Ubertrager die in der Audiotechnik verwendet werden heissen audio transformer Fur digitale Signalubertragung wie beispielsweise bei Ethernet Schnittstellen wird im Englischen die Bezeichnung pulse transformer verwendet im Deutschen Impulsubertrager Einsatzbereiche Bearbeiten SMD Ubertrager vom Typ TG110 wie sie bei Ethernet Schnittstellen verwendet werden Bauelement von oben links und von unten rechts Ubertrager im Ethernet Anschluss eingebautUbertrager werden u a eingesetzt zur Anpassung der Wellenimpedanz eines Fernkabels an die Ausgangs Impedanz der Amtseinrichtung bzw des Kabeltreibers zur Anpassung der Wellenimpedanz eines Koaxialkabels an eine Antenne siehe Resonanztransformator zur galvanischen Trennung von Hochfrequenz Verbindungsstellen Uberspannungsschutz Beruhrungsschutz zur galvanischen Trennung von Audio Signalen zum Auftrennen von Brummschleifen Line Ubertrager zur Symmetrierung elektrischer Signale Mikrofonkabel Antennenanschlusse siehe Symmetrierglied Balun DI Box zum Abtrennen des Wechselstromanteils Signalanteils bei einem Signal welches einen Mischstrom mit einem Gleichstromanteil darstellt haufig auch mit Anpassung zur Symmetrierung und zur Spannungsanpassung Schnittstelle von Eingangswiderstand oder Ausgangsimpedanz in der Tontechnik Ri Ra zur Transformation der geringen Mikrofonspannung und zur galvanischen Trennung von Mikrofon und Vorverstarker beim Mikrofoneingangsubertrager zur Bildung von Phantom Sprechkreisen Mehrfachnutzung von Signalleitungen in Fernsprechkabeln zur Anpassung der Impedanz einer Rohrenverstarkerstufe an die Impedanz des Lautsprechers Ausgangsubertrager oder der nachsten Stufe Zwischenubertrager als Zundubertrager zur Ubertragung des Zundimpulses fur Thyristoren vom Ansteuerkreis auf den Lastkreis mit Potentialtrennung und eventuell Impedanzanpassung Zundubertrager fur Blitzlampen Spannungstransformation keine Potentialtrennung Signalubertrager zur Ansteuerung von Leistungshalbleitern Rechtecksignale fur MOSFET Bipolartransistoren IGBT in Schaltnetzteilen Wechselrichtern und Frequenzumrichtern Potentialtrennung Signalubertrager in lokalen Netzwerken LAN Ethernet u a zur Potentialtrennung und SymmetrierungBauformen Bearbeiten Ubertrager mit SchalenkernDie Bauformen gleichen im Prinzip denjenigen von Transformatoren zur Leistungsubertragung Teilweise angewendete Besonderheiten sind Die Wicklungen sind bifilar oder trifilar ausgefuhrt ineinander verschachtelt um die Streuinduktivitat klein zu halten Steigerung der oberen Grenzfrequenz Es werden hochpermeable Kernmaterialien verwendet Mu Metall hochpermeable Ferrite um die untere Grenzfrequenz gering zu halten Fur Hochfrequenzubertrager sind Ferritkerne fur hohe Frequenzen erforderlich Oft verwendet man ab dem UKW Frequenzbereich Doppellochkerne Weitere typische Kernformen sind Ferrit Ringkerne und Schalenkerne Bei hohen Frequenzen ab den hoheren Kurzwellenfrequenzen wird fur die Spulen oft kein Kern aus ferromagnetischem Material verwendet Solche Ubertrager bestehen aus zwei Luftspulen die entweder ineinander geschachtelt oder axial aneinandergesetzt sind Bei letzterer Bauform gibt es auch Ausfuhrungen bei denen die zweite Spule verdrehbar angeordnet ist z B um die Kopplung der beiden Spulen an den Scheinwiderstand der Antenne eines Detektorempfangers oder Rundfunksenders anzupassen Die beiden Wicklungen konnen bei noch hoheren Frequenzen auch lediglich aus einem parallelen Drahtpaar mit und ohne Kern bestehen In Ubertragern eingesetzte Biaxial orientierte Polyester Folie isoliert je Ausfuhrung zwischen 1 3 und 3 6 kV und nur bis 130 C resistent Bei 5 kV Isolationsfestigkeit werden durchaus drei Schichten ubereinander geklebt Bei Ubertragern in Schaltnetzteilen kann auf eine Thermosicherung verzichtet werden da der Leitungswiderstand bei Kurzschluss nicht anpasst und erhitzt sondern die vorgeschaltete Schmelzsicherung auslost Solche Ubertrager haben lediglich 19 bis 40 Windungen entsprechender Drahtstarke aufgewickelt Theorie BearbeitenDie wichtigste Eigenschaft von Ubertragern ist das Strom bzw Spannungs Ubersetzungsverhaltnis 2 U 1 U 2 n 1 n 2 u displaystyle frac U 1 U 2 frac n 1 n 2 ddot u I 2 I 1 u displaystyle frac I 2 I 1 ddot u I 1 I 2 n 2 n 1 displaystyle frac I 1 I 2 frac n 2 n 1 mit n 1 displaystyle n 1 Spulenwindungszahl der Primarwicklung n 2 displaystyle n 2 Windungszahl der Sekundarwicklung u displaystyle ddot u Ubersetzungsverhaltnis bzw Verhaltnis der Windungszahlen U 1 displaystyle U 1 und U 2 displaystyle U 2 sind die Primar und Sekundarspannung und I 1 displaystyle I 1 und I 2 displaystyle I 2 die Primar und Sekundarstromstarke Das Verhaltnis zwischen Primar und Sekundar Impedanz kann aus dem Quadrat des Ubersetzungsverhaltnisses des Ubertragers errechnet werden R 1 R 2 n 1 n 2 2 displaystyle R 1 R 2 left frac n 1 n 2 right 2 oder R 2 R 1 n 2 n 1 2 displaystyle R 2 R 1 left frac n 2 n 1 right 2 Das fur eine Impedanztransformation erforderliche Ubersetzungsverhaltnis kann folglich so berechnet werden u n 1 n 2 R 1 R 2 displaystyle ddot u frac n 1 n 2 sqrt frac R 1 R 2 u 2 R 1 R 2 displaystyle ddot u 2 frac R 1 R 2 R 1 u 2 R 2 displaystyle R 1 ddot u 2 cdot R 2 oder R 2 R 1 u 2 displaystyle R 2 frac R 1 ddot u 2 Eine weitere wichtige Kenngrosse vieler Signalubertrager ist das Integral der Spannung uber die Zeit bis der Kern in Sattigung gerat Es wird Spannungs Zeit Flache oder auch Spannungs Zeit Produkt genannt auch weil bei vielen Ubertragern die Spannungsverlaufe rechteckig sind Es wird bestimmt durch die Lange eines Rechtecksignales das bei gegebener Spannung noch ubertragen werden kann Das Spannungs Zeit Produkt Einheit Voltsekunde errechnet sich aus der Induktivitat L und dem Sattigungsstrom Isat u t d t L I s a t displaystyle int u t mathrm d t L cdot I mathrm sat Der Spannungsverlauf kann positive und negative Teilbereiche aufweisen Fur einen rechteckigen Spannungsverlauf ausgehend von der Kerninduktion Null vereinfacht sich das Integral zu U t L I s a t displaystyle U cdot t L cdot I mathrm sat Wahrend eines Rechteckimpulses U t displaystyle U cdot t steigt der Strom zunachst allmahlich an um bei Eintritt der Kernsattigung dann sehr steil weiter zu steigen Dadurch bricht die Spannung zusammen und ein Rechtecksignal wird in seiner Form verfalscht Aus diesem Grund verwendet man fur auch fur solche Ubertrager z B zur Ansteuerung von Leistungs MOSFET Kernmaterialien mit einer hohen Permeabilitatszahl Es muss oft eine positive oder negative initiale Magnetisierung Integrationskonstante Berucksichtigung finden die durch einen Strom I 0 displaystyle I mathrm 0 gegeben ist der zu Beginn der Integration fliesst Die maximale Spannungs Zeit Flache bestimmt auch die untere Ubertragungs Frequenzgrenze eines Wechselspannungs Signals Hierbei stellt sich der Mittelwert des Magnetflusses und der mittlere Strom auf den Wert Null ein der Endwert des Integrales der vorigen Halbwelle wird erst abintegriert Daher darf die minimale Frequenz geringer sein als das dem Spannungs Zeit Produkt gleichende Zeitintegral der Halbwelle dieser Wechselspannung Weitere Kenngrossen von Ubertragern betreffen die parasitare Induktivitat und Kapazitat Erstere ist die Streuinduktivitat nicht zu verwechseln mit dem Streufeld die durch die an den Wicklungen vorbeigehenden Feldanteile des Magnetflusses entsteht Sie ist wichtig fur die getreue Ubertragung von hoheren Frequenzanteilen und sollte moglichst gering sein d h man wunscht sich einen hohen Koppelfaktor Man verbessert ihn durch ineinander geschachtelte Wicklungen und einen geringen Abstand der Wicklungen Auch bifilare Wicklungen sind gebrauchlich Die durch die ortliche Nahe beider Wicklungen steigende Kapazitat der Wicklungen zueinander ist jedoch gleichfalls unerwunscht Da der Abstand durch die Dicke der Isolation gegeben ist und daher nicht beliebig klein sein kann sind hohe Isolationsfestigkeit hoher Koppelfaktor und geringe parasitare Kapazitat nur schwer gemeinsam zu erreichen Siehe auch BearbeitenAnpassungstransformator Trenntransformator Balun Symmetriertransformator Weblinks Bearbeiten Commons Ubertrager Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Der Ubertrager das unbekannte Wesen jogis roehrenbude deEinzelnachweise Bearbeiten In Elektrotechnik Tabellen Kommunikationselektronik Formelsammlung Westermann Schulbuchverlag 3 Auflage 2002 Seite 57 Ing GdE Modelle des Transformators auf Wikibooks Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Ubertrager amp oldid 236332117