Innenwiderstand von Spannungs- und Stromquellen

Der sogenannte Innenwiderstand ist eine vereinfachte Beschreibung des „Innenlebens“ einer Quelle. Sie wird im Ersatzschaltbild als Bauteil eingezeichnet, existiert aber nicht wirklich. Man wird diesen Widerstand an der gedachten idealen Quelle so platzieren, dass er auf möglichst einfache Weise das reale Verhalten der Quelle beschreibt.

Spannungsquelle

Betreibt man eine Spannungsquelle wie z. B. eine Batterie, so stellt man fest, dass die Klemmenspannung mit zunehmendem Strom absinkt. Dieses Verhalten lässt sich durch einen Widerstand in Serie mit der idealen Spannungsquelle beschreiben. Im Leerlauf fließt kein Strom und wir messen die Nennspannung der Batterie auch an den Klemmen, weil am Innenwiderstand ohne Strom auch keine Spannung abfällt. Sobald ein Strom fließt, fällt eine Spannung am Widerstand ab und die Klemmenspannung sinkt.

Trägt man dieses Verhalten grafisch als Strom über der Spannung auf, erhält man eine fast senkrechte Kennlinie bei U₀, die für zunehmenden Strom etwas nach links geneigt ist. Nun kann man ein Steigungsdreieck einzeichnen und erhält den differenziellen Widerstand zu:

$$ R_i = – \Delta U / \Delta I $$

Das Minuszeichen ergibt sich, weil der Spannungsabfall gegenüber der Klemmenspannung negativ ist, damit dann der Innenwiderstand wieder positiv wird. Eine fast senkrechte Kennlinie bedeutet, dass der Spannungsabfall klein gegenüber der Änderung des Stroms ist. Der Innenwiderstand einer Spannungsquelle soll also möglichst klein sein.

Stromquelle

Eine Stromquelle ist für gewöhnlich eine elektronische Schaltung. Betreibt man so eine Schaltung mit variabler Last wird sich die Spannung an der Last ändern und damit auch etwas der Strom. Lässt man den Strom über einen Kurzschluss fließen, so fließt der Nennstrom. Lässt man die Spannung höher werden, so wird der Strom etwas sinken. Anschaulich kostet es die Stromquelle mehr Aufwand den Strom gegen die hohe Spannung fließen zu lassen.  Dieses Verhalten lässt sich durch einen Widerstand parallel zur idealen Stromquelle abbilden. Grafisch aufgetragen ergibt sich eine fast waagerechte Linie bei I₀. Hier ist also die Stromänderung klein gegenüber der Spannungsänderung. Der Innenwiderstand einer Stromquelle soll also möglichst hoch sein.