Reale Strom- und Spannungsquellen
Hier erklären wir dir genauer, was es mit den Begriffen reale Strom und Spannungsquelle auf sich hat. Für einen anderen Einblick in das Thema kannst du auch einfach unser Video anschauen.
Inhaltsübersicht
Reale Strom und Spannungsquelle einfach erklärt
In elektrischen Energiequellen treten in der Realität immer Verluste auf. Das können zum Beispiel der ohmsche Widerstand einer Kupferleitung oder auftretende elektrische bzw. magnetische Felder sein. Diese werden in einem sogenannten Innenwiderstand zusammengefasst, indem du dir alle auftretenden Verluste gebündelt vorstellen kannst. Die restlichen Bauteile, also Leitungen, Klemmen und die Quelle selber, werden dann als ideal angenommen.
Im Gegensatz dazu gibt es noch die ideale Strom- und Spannungsquelle, zu welchen wir dir hier einen extra Beitrag verlinkt haben.
Reale Spannungsquelle
Im Folgenden ist das Ersatzschaltbild einer realen Spannungsquelle dargestellt:
Das Ersatzschaltbild einer realen Spannungsquelle besteht aus einer idealen Spannungsquelle mit der Quellenspannung 
und einem dazu in Reihe geschalteten Innenwiderstand 
, an dem die Spannung 
abfällt. Der gestrichelte Kasten stellt nun die reale Spannungsquelle als ein einziges Bauteil dar. Im Folgenden zeigen wir dir das Verhalten dieser Quelle an den eingezeichneten Klemmen. An diesen liegt die Klemmenspannung 
an.
Leerlaufspannung einer realen Spannungsquelle
Wir müssen drei unterschiedliche Belastungsfälle der Quelle unterscheiden. Im Leerlauf ist die Quelle unbelastet, d.h. es ist kein Lastwiderstand 
angeschlossen bzw. ist dieser unendlich groß.
Somit kann in der Schaltung auch kein Strom fließen und an den beiden Klemmen messen wir die Quellenspannung . Sie wird in diesem besonderen Fall auch Leerlaufspannung 
genannt. Da kein Strom fließt, fällt auch keine Spannung am Innenwiderstand ab.
Belastete reale Spannungsquelle
Im Belastungsfall ist an der Quelle ein Widerstand angeschlossen, der größer als 
und nicht unendlich groß ist.
Jetzt fließt Strom in der Schaltung. Die Spannung am Lastwiderstand ergibt sich aus der Quellenspannung abzüglich der Spannung am Innenwiderstand, die wiederum von dessen Größe und dem Strom, der fließt, abhängt. Es entsteht ein linearer Zusammenhang, den wir dir später noch genauer erläutern.
Kurzschlussstrom einer realen Spannungsquelle
Im dritten Fall ist die Spannungsquelle kurzgeschlossen, d.h. es ist ein Widerstand von 
angeschlossen. Die Spannung an den Klemmen ist 0 Volt und es fließt der maximale Strom aus der Spannungsquelle – der sogenannte Kurzschlussstrom 
.
Die großen entstehenden Ströme, können die Spannungsquelle zerstören. In der Praxis ist also Vorsicht geboten.
Reale Stromquelle
Nun zeigen wir dir, wie das ganze bei einer Stromquelle aussieht. Auch hier wollen wir uns gemeinsam die drei Belastungsarten Leerlauf, Belastung und Kurzschluss anschauen. Der Unterschied zur Spannungsquelle ist, dass der Innenwiderstand nun parallel zur idealen Stromquelle ist.
Leerlaufspannung der realen Stromquelle
Im Leerlauf liegt an den Klemmen die gleiche Spannung wie am Innenwiderstand an, da dieser parallel zur Stromquelle geschaltet ist. Du kannst die Leerlaufspannung dann aus dem Produkt 
berechnen. In diesem Fall fließt der ganze Quellenstrom 
durch den Innenwiderstand.
Belastete reale Stromquelle
Schließt du nun einen Lastwiderstand an deine reale Stromquelle, teilt sich der Quellenstrom auf und zwar in den 
durch den Innenwiderstand und 
durch die Last . Auch hier stellt sich wieder eine lineare Abhängigkeit von Strom und Spannung an der Last ein. Ebenso stellt sich ein Arbeitspunkt ein.
Kurzschlusstrom der realen Stromquelle
Schließt man nun die Stromquelle kurz, fließt der komplette Quellenstrom über den kurzgeschlossenen Zweig, das heißt das 
ist. Die Klemmenspannung sinkt auf 0 Volt.