Hochohmig

Oder niederohmig? In den bekannten Ressourcen der Elektronik ist immer wieder die Rede von hochohmig, niederohmig, hohe Ausgangsspannung, niedrige Ausgangsspannung etc...Doch kaum jemand erklärt, warum dies so wichtig ist. Ja, warum?

Der Hintergrund ist, dass die Elektronik in der Regel eine Sammlung von Standardschaltungen ist, die miteinander verbunden werden. IC-Bausteine verbergen ihre Schaltung. Schaltung basieren auf grundlegende Elemente wie Widerstand, Diode, Kondensator, Spule und Transistor. Die diskreten Bauelemente.

Doch wie verbindet man nun die Grundschaltungen miteinander, ohne jedesmal einen genauen Plan zu liefern? Man reduziert die Eingänge und Ausgänge auf einen bestimmten Wert oder Variable, wodurch relativ schnell klar wird, was man nun genau anschließen kann. Das geht mit dem Widerstand am besten.

Beispiel

Betrachten wir einen Spannungsteiler mit dem Verhältnis von 0,5. Z.B. nehmen wir 10k Widerstände und teilen damit einen Gesamtspannung von 10V auf 5V auf. Diese 5V sind unser Ausgang. Den Rest verstecken wir in einer Blackbox. Keiner weiss nun, dass wir nur zwei Widerstände in Reihe geschaltet haben. So weit so gut. Angenommen wir schalten nun einen Verbraucher an unseren Ausgang. Wir nehmen ebenfalls einen 10k Widerstand als Verbraucher. Wir schließen diesen Widerstand zwischen Masse und 5V Ausgang an und damit erhalten wir eine Parallelschaltung von zwei 10k Widerständen. Oh! Aber was passiert nun mit der Reihenschaltung? Die wird sich nun ändern. Der resultierende Widerstand ist nicht mehr 10K sondern nur noch 5k, wodurch das Verhältnis von 0,5 auf 0,3 reduziert wird. D.h. der Ausgang liefert nicht mehr 5V sondern nur noch 3,33V. Von Außen betrachtet, sieht es so aus, als würde die Spannung einbrechen. Nehmen wir einen größeren Widerstand als Lastwiderstand, sagen wir das 10fache, also 100k, dann können wir einen Gesamtwiderstand von 9,09090909090909K feststellen, wodurch das Verhältnis von ca 0,5 bestehen bleibt.

Damit der Anwender unserer Box das weiss, fügen wir zur Beschreibung unserer Box einen Wert hinzu: Der Ausgang ist hochohmig. Will man diesen als Stromquelle verwenden, d.h. schließt man einen kleinen Widerstand an, dann ändert sich aufgrund der Parallelschaltung der Geamtwiderstand und dadurch das Spannungsverhältnis der Reihenschaltung. Die Spannung bricht praktisch zusammen. Das Ding kann einfach keinen Strom liefern. Will man einen hochohmigen Ausgang mit einem niederohmigen Eingang verbinden, dann ist das nicht gut! Es wird nicht funktionieren. Man muss daher den Ausgang zuvor niederohmig machen, damit der neue Ausgang den Strom liefern kann, ohne dass die Spannung zusammenbricht. Dazu schaut man sich nun die Standardschaltungen an und liest die Eigenschaften dazu. Die Kollektorschaltung des Transistor bietet sich dafür an. Die Kollektorschaltung hat einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand. Man kann auch einen Impedanzwandler mit Operationsverstärkern nehmen. Diese haben einen sehr hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand.

Generell sagt man, dass Ausgangs- und Eingangswiderstand um das 10fache unterscheiden sollen. In der Parallelschaltung zweier Widerstände gewinnt der kleine Widerstand. Unterscheiden die sich um das 10 fache, wird das Verhältnis kaum verändert. D.h. der Einganswiderstand sollte 10x höher sein als der Ausgangswiderstand. Dann ist alles gut.