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Übertrager

Übertrager wird ein Transformator genannt, der nicht primär zur Energie- bzw. Leistungsübertragung, sondern zur Informationsübertragung (Analogsignale, Digitalsignale) dient.

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Beide Transformatorarten funktionieren nach den gleichen Prinzipien. Beim Transformator zur Leistungsübertragung kommt es auf die Effizienz (Wirkungsgrad) an, beim Übertrager jedoch auf den möglichst guten Erhalt der Signalform. Eine wichtige Eigenschaft eines Übertragers kann z. B. die Linearität sein. Die Unterscheidung durch zwei verschiedene Begriffe existiert in vielen anderen Sprachen nicht; im Englischen heißt ein Übertrager z. B. coupling transformer (siehe unter Transformer).

Übertrager werden u. a. eingesetzt:

zur Anpassung des Wellenwiderstandes eines Fernkabels an die Ausgangs-Impedanz der Amtseinrichtung bzw. des Kabeltreibers
zur galvanischen Trennung von Audio- und Hochfrequenz-Verbindungsstellen (Überspannungsschutz, Berührungsschutz, Auftrennen von Brummschleifen)
zur Symmetrierung elektrischer Signale (Mikrofonkabel, Antennenanschlüsse), siehe Symmetrierglied, Balun
zur Symmetrierung und zur Spannungsanpassung (Schnittstelle) von Eingangswiderstand oder Ausgangsimpedanz in der Tontechnik;
R_i ≪ R_a.
zur Bildung von Phantom-Sprechkreisen (Mehrfachnutzung von Signalleitungen in Fernsprechkabeln)
zur Anpassung der Impedanz einer Röhrenverstärkerstufe an die Impedanz des Lautsprechers (Ausgangsübertrager) oder der nächsten Stufe (Zwischenübertrager)
als Zündübertrager zur Übertragung des Zündimpulses für Thyristoren, GTO vom Ansteuerkreis auf den Lastkreis (mit Potentialtrennung und eventuell Impedanzanpassung).
Zündübertrager für Blitzlampen (Spannungstransformation, keine Potentialtrennung)
Signalübertrager zur Ansteuerung von Leistungshalbleitern (Rechtecksignale für MOSFET, Bipolartransistoren, IGBT) in Schaltnetzteilen, Wechselrichtern und Frequenzumrichtern: Potentialtrennung
Signalübertrager in lokalen Netzwerken (LAN, Ethernet) u. a. zur Potentialtrennung und Symmetrierung

Bauformen

Die Bauformen gleichen im Prinzip denjenigen von Transformatoren zur Leistungsübertragung.

Teilweise angewendete Besonderheiten sind:

die Wicklungen sind bifilar ausgeführt oder ineinander gebaut (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

$\frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2} = \ddot{u} \,$

$\frac{I_1}{I_2}=\frac{n_2}{n_1} \,$

Dabei sind $U 1$ und $U 2$ die Primär- und Sekundärspannung und $I 1$ und $I 2$ die Primär- und Sekundärstromstärke.

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

$R_{1} = R_{2} \left( \frac{n_1}{n_2} \right) ^2 \,$

oder

$R_{2} = R_{1} \left( \frac{n_2}{n_1} \right) ^2 \,$

mit

n₁ = Wicklungszahl der Primärwicklung und

n₂ = Wicklungszahl der Sekundärwicklung

Übersetzungsverhältnis:

$\ddot{u} = \frac{n_{1}}{n_{2}} = \sqrt{\frac{R_{1}}{R_{2}}} \,$

$\ddot{u}^2 = \frac{R_{1}}{R_{2}} \,$

$R_{1} = \ddot{u}^2 \cdot R_{2} \,$

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 Voltsekunden) errechnet sich aus der Induktivität L und dem Sättigungsstrom I_sat:

${U \cdot t} = {L \cdot {I_{sat}}} \,$

Während eines Recheckimpulses 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

Trenntransformator
Röhrenverstärker
Symmetrierglied

Kategorie: Induktanz

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