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Übertrager


Dieser Artikel behandelt Übertrager im Sinne der Nachrichtentechnik. Für allgemeine Übertrager siehe Übertragung, technische Übertrager. Siehe auch: Übersetzung (Technik)

Übertrager sind induktive Bauteile der Nachrichtentechnik, die ähnlich wie Transformatoren aufgebaut sind, sich jedoch in wichtigen Details davon unterscheiden. Transformatoren sind für die Leistungsübertragung mit möglichst hohem Wirkungsgrad optimiert und erreichen meist nur bei einer einzigen Frequenz oder in einem schmalen Frequenzband die gewünschte Effizienz (z.B. bei 50 Hz und/oder 60 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 Transformatorarten (Leistungs- und Signalübertragung) funktionieren nach den gleichen Prinzipien, jedoch mit unterschiedlicher Aufgabenstellung und konstruktiven Unterschieden. 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, primär für analoge Anwendungszwecke, können z. B. die Linearität oder möglichst geringe Verzerrungen sein. In der englischen Sprache existiert die Unterscheidung zwischen Übertrager und Transformator nicht; hier wird ein Übertrager für analoge Signale wie z.B. in der Audiotechnik einfach audio transformer genannt. Diese Ähnlichkeit zum deutschen Wort Transformator führt immer wieder zu irreführenden Übersetzungen ins Deutsche wie etwa "Audio-Transformator". Für digitale Signalübertragung wie beispielsweise bei Ethernet-Schnittstellen wird im Englischen die Bezeichnung pulse transformer verwendet, im Deutschen Impulsübertrager.

Einsatzbereiche

Übertrager werden u. a. eingesetzt:

Bauformen

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.

Theorie

Sehr wichtige Eigenschaften von Übertragern sind ihre Strom- und Spannungs-Übersetzungsverhältnisse:[1]

[math] \frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2} = \ddot{u} \, [/math]
[math] \frac{I_1}{I_2}=\frac{n_2}{n_1} \, [/math]

mit
n1 = Windungszahl der Primärwicklung
n2 = Windungszahl der Sekundärwicklung

[math]U_1[/math] und [math]U_2[/math] sind die Primär- und Sekundärspannung und [math]I_1[/math] und [math]I_2[/math] die Primär- und Sekundärstromstärke.

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

[math] R_{1} = R_{2} \left( \frac{n_1}{n_2} \right) ^2 \, [/math]
oder
[math] R_{2} = R_{1} \left( \frac{n_2}{n_1} \right) ^2 \, [/math]

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

[math] \ddot{u} = \frac{n_{1}}{n_{2}} = \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} \, [/math]
[math] \ddot{u}^2 = \frac{R_{1}}{R_{2}} \, [/math]
[math] R_{1} = \ddot{u}^2 \cdot R_{2} \, [/math]
oder
[math] R_{2} = \frac {R_{1}}{{\ddot{u}}^2} \, [/math]

Eine wichtige Größe vieler Signalübertrager ist das Produkt aus Zeit und Spannung, bis der Kern in Sättigung gerät. Es bestimmt die untere Übertragungs-Frequenzgrenze bzw. die Länge eines Rechtecksignales, das bei gegebener Spannung noch übertragen werden kann. Das Spannungs-Zeit-Produkt U · t (Einheit Voltsekunde) errechnet sich aus der Induktivität L und dem Sättigungsstrom Isat:

[math] {U \cdot t} = {L \cdot {I_{sat}}} \, [/math]

Während eines Rechteckimpulses U·t steigt der Strom linear an. Erreicht er den Sättigungswert, bricht die Spannung zusammen und das Rechtecksignal wird in seiner Form verfälscht. Aus diesem Grund verwendet man für die Übertragung digitaler Signale (z. B. zur Ansteuerung von Leistungs-MOSFET) Kernmaterialien mit einer hohen Permeabilitätszahl.

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Übertrager  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. Ing: GdE: Modelle des Transformators auf Wikibooks


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Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Übertrager (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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