Quellenspannung

Quellenspannung

Die Leerlaufspannung ist in der Elektrotechnik die an den Klemmen einer offenen Spannungsquelle gemessene elektrische Spannung. Das heißt, die Leerlaufspannung ist die Spannung auf der Ausgangsseite, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Es fließt kein elektrischer Strom, wodurch keine Spannung über den Innenwiderstand der Spannungsquelle abfällt.

Die Leerlaufspannung ist genau dann gleich der Quellenspannung UQ, wenn innerhalb der Spannungsquelle, wie bei einem Generator oder einer galvanischen Zelle, keine parallelen Strompfade existieren, die zum Beispiel Leckströme verursachen, welche die Leerlaufspannung verringern.

Inhaltsverzeichnis

Messung

Zur Messung der Leerlaufspannung ist ein Spannungsmesser erforderlich, der einen wesentlich höheren Innenwiderstand als die Quelle besitzt. Damit ist gewährleistet, dass die Belastung der Spannungsquelle durch das Messgerät vernachlässigbar klein ist. Der Innenwiderstand heutiger Spannungsmessgeräte liegt im Megaohm-Bereich, sodass diese Bedingung bei vielen Spannungsquellen gegeben ist.

Ausnahmen sind zum Beispiel Hochspannungsquellen sowie im Generatormodus betriebene Fotodioden bei geringer Beleuchtung oder Fotozellen - hier helfen Elektrometer oder Elektrometerverstärker, die - abgesehen vom Isolationswiderstand - einen unendlichen Eingangswiderstand besitzen.

Beispiele

Transformatoren und Netzteile

Ein Transformator befindet sich im Leerlauf, wenn primärseitig die Wechselspannung U1 anliegt und sekundärseitig keine Last angeschlossen ist. Im Primärkreis fließt in diesem Fall ein Strom, der als Leerlaufstrom bezeichnet wird. Sekundär entsteht die Induktionsspannung U2 (die Leerlaufspannung), die an den Sekundärklemmen nachweisbar ist. Die Leerlaufspannung kann bei kleinen Transformatoren durchaus das Doppelte der Nennspannung (Ausgangsspannung bei Nennstrom-Entnahme) betragen. Zum Beispiel geben unstabilisierte Steckernetzteile bei geringerer als der Nennbelastung wesentlich höhere Spannungen ab als die Nennspannung.

Bei stabilisierten Netzteilen und Labornetzgeräten unterscheidet sich die Leerlaufspannung dagegen nicht oder kaum von der Nennspannung.

Akkumulatoren und Batterien

Die Leerlaufspannung von Akkumulatoren und Batterien kann zur Beurteilung ihres Ladezustandes herangezogen werden. Viele automatische Ladegeräte oder Ladeschaltungen prüfen daher beim Laden die Leerlaufspannung, indem sie zyklisch die Ladung unterbrechen und die Leerlaufspannung messen. Abhängig vom Ergebnis wird die Ladung fortgesetzt oder beendet. Die Leerlaufspannung bei Ende der Ladung ist die Ladeschlussspannung.

Elektrische Leitungen

Eine elektrische Leitung ist bei Gleichspannung durch den Ableitungsbelag ihres Isolierstoffes und den Widerstandsbelag der Drähte gekennzeichnet (siehe Leitungsbeläge). Beides zusammen führt dazu, dass eine lange Leitung auch dann am Ende eine etwas geringere Spannung aufweist als am Beginn, wenn sie unbelastet ist.

Bei etwas höheren Frequenzen werden auch die kapazitiven und induktiven Beläge der Leitung wirksam. Die fließenden Ströme werden größer, der Spannungsabfall entlang der Leitung steigt mit der Frequenz an.

Gelangt die Länge der Leitung in die Größenordnung der Wellenlänge λ auf ihr, treten weitere Effekte auf, die zum Beispiel im Artikel Lecherleitung beschrieben werden. Die Leitung verhält sich wie ein passives elektronisches Bauteil. Hat die Leitung z. B.
die Länge von \frac{1}{4}\lambda, so bildet die am Ende leerlaufende Leitung an Anfang einen Kurzschluss für die Hochfrequenz.

Siehe auch


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