Stromquelle

Dieser Artikel befasst sich mit der elektrischen Stromquelle. Für die Wasserquelle siehe Quelle_(Gewässer).

Oft ist mit Stromquelle eine elektrische Stromquelle gemeint. Während eine elektrische Spannungsquelle eine konstante Spannung liefert, stellt eine Stromquelle einen konstanten elektrischen Strom bereit. Anders als Spannungsquellen sind Stromquellen außerhalb elektronischer Schaltungen selten anzutreffen.

Elektrische Stromquelle

Der Ausgangsstrom einer idealen Stromquelle ist unabhängig von der Leistungsaufnahme des angeschlossenen Verbrauchers. In der Praxis erfüllt eine Stromquelle diese Bedingung, wenn der Widerstand des Verbrauchers klein genug ist. Bei großem Anschlusswiderstand fällt der Ausgangsstrom, da eine reale Stromquelle nur endlich hohe Spannungen bereitstellen kann.

Das Schaltbild rechts zeigt das Ersatzschaltbild einer realen Stromquelle. Im Idealfall (ideale Stromquelle) entfällt der Innenwiderstand R_i. Bei unbelastetem Ausgang (Kurzschluss!) liegt keine Spannung am Ausgang an, es fließt kein Strom durch den Innenwiderstand, der Ausgangsstrom I_out (Klemmstrom) entspricht dem Idealstrom I₀ (Kurzschlussstrom).

Wird ein Verbraucher angeschlossen, fällt an ihm die elektrische Spannung U_out ab. Der Ausgangsstrom I_out vermindert sich um den Strom U_a/R_{i_{(siehe Ohmsches Gesetz):}}

I_out= I₀ - U_out/R_i

Die Spannung, die die Quelle bereitstellen muß, beträgt:

U_out = (I₀ - I_out) * R_i

Die Spannung ist um so höher, je größer er Innenwiderstand ist, d.h. je idealer die Stromquelle ist. U_out ist maximal, wenn kein Strom mehr fließen kann, d.h. wenn kein Verbraucher angeschlossen ist (I_out=0).

Der Übergang zu einer Spannungsquelle ist fließend. In ihren Idealeigenschaften sind sie zueinander diametral. Hier wird ein Innenwiderstand gefordert, der gegen unendlich geht, bei einer Spannungsquelle soll er 0 sein. Eine Spannungsquelle sollte nicht kurzgeschlossen werden, während eine Stromquelle immer mit einem niederohmigen Verbraucher belastet werden sollte.

Wie auch bei einer Spannungsquelle ist die Ausgangsleistung maximal, wenn Innenwiderstand und Verbraucherwiderstand gleich groß sind.

Beispiel

Stromquellen werden elektronisch mit Verstärkerbausteinen realisiert. Eine einfache Schaltung aus passiven Bauteilen besteht aus einer Hochspannungsquelle U und einem in Reihe geschalteten hochohmigen Widerstand R. Kleine Widerstandsänderungen eines Verbrauchers bzw. einer Last haben nur kleine Stromänderungen zur Folge, wenn der Lastwiderstand R_L klein ist zum Reihenwiderstand R.

Einfache Stromquelle für 100 mA.
Wähle U= 100V, R= 1000Ω.
Die Stromänderungen bleiben unterhalb von 10%, wenn R_L nicht größer wird als 100Ω.
Ist eine Genauigkeit von 1% gefordert, müssen U und R 10-fach so groß gewählt werden.

siehe auch