Vierpol

Ein Vierpol ist ein elektrisches Netzwerk mit vier Anschlüssen, auch Zweitor-Netzwerk genannt. Er präsentiert der Außenwelt zwei Anschlusspaare: ein Eingangspaar und ein Ausgangspaar. Was sich im Inneren abspielt, wird als funktionaler Block behandelt, sodass der Ingenieur analysieren kann, wie Spannung und Strom an einem Paar mit Spannung und Strom am anderen Paar zusammenhängen, ohne jeden einzelnen Baustein kennen zu müssen.

Das Vierpol-Modell funktioniert, weil viele praktische Geräte diesem Schema entsprechen: Transformatoren, Übertragungsleitungsabschnitte, Verstärker, Filter und Dämpfungsglieder haben alle unterschiedliche Ein- und Ausgänge. Durch Messung oder Berechnung der Beziehungen zwischen den vier beteiligten Spannungen und Strömen (zwei am Eingang, zwei am Ausgang) kann man vorhersagen, wie sich das Gerät bei der Verbindung mit anderen Schaltungen verhält. Das ist erheblich einfacher, als hunderte von Widerständen, Kondensatoren und Spulen einzeln zu analysieren.

Parameter und Varianten

Vierpole werden üblicherweise durch einen Satz von Parametern beschrieben: Z-Parameter (Impedanz), Y-Parameter (Admittanz), ABCD-Parameter (Kaskaden- oder Übertragungsparameter) oder S-Parameter (Streupara­meter, bei Hochfrequenzanwendungen gebräuchlich). Jeder Parametersatz beschreibt denselben elektrischen Sachverhalt in anderer Form, passend für unterschiedliche Berechnungen. Kaskadenparameter zum Beispiel ermöglichen es, Vierpole hintereinander zu schalten; Streuparameter beschreiben, wie HF-Signale an jedem Tor reflektiert und übertragen werden. Ein reziproker Vierpol verhält sich elektrisch gleich, wenn man die Signalflussrichtung umkehrt; ein symmetrischer Vierpol sieht von Ein- und Ausgang identisch aus.

In Stromversorgungssystemen werden Übertragungsleitungsabschnitte als Vierpole analysiert, wobei ABCD-Parameter zur Berechnung von Spannungsfall, Blindleistungsverlust und Wellenwiderstand verwendet werden. In Regelungs- und Signalverarbeitungssystemen sind aktive Vierpole (solche mit Verstärkung oder angetriebenen Bauteilen) Standard-Bausteine. Das Modell ist nur dann unbrauchbar, wenn die beiden Tore nicht elektrisch isoliert sind oder wenn nichtlineare Effekte erheblich werden.

Der Begriff stammt aus dem Lateinischen quadri (vier) und pole (Anschluss oder Verbindungspunkt). Er ist mit Zweitor-Netzwerk in englischsprachiger Fachliteratur gleichbedeutend, wobei Vierpol in älterer Literatur und in bestimmten europäischen Normen bevorzugt wird. Das Verständnis von Vierpol-Verhalten ist grundlegend für Filterentwurf, Übertragungsleitungstheorie und Netzwerksynthese.