Spänning, ström, effekt och impedans

Radiosignaler är elektricitet som svänger mycket snabbt. Här går vi igenom spänning, ström, effekt, växelström, effektivvärde och impedans, och varför så många radiosystem är byggda för 50 ohm.

Grund9 min läsningGranskad 24 oktober 2026

Innehåll

Spänning, ström och resistans
Effekt
Växelström, toppvärde och effektivvärde
Impedans
Effektanpassning och 50 ohm
Kontrollfrågor

Radio är elektricitet som svänger fram och tillbaka miljontals eller miljarder gånger per sekund. Därför bygger allt du ska lära dig om sändare, mottagare och antenner på de vanliga elektriska grundbegreppen: spänning, ström, effekt och motstånd. I den här artikeln går vi igenom dem, och går sedan vidare till det som är extra viktigt i radio: växelström, impedans och anpassning.

Spänning, ström och resistans#

Det enklaste sättet att förstå elektricitet är att jämföra med vatten i ett rör (figur 1). Spänningen motsvarar vattentrycket: det som driver på. Strömmen motsvarar hur mycket vatten som rinner per sekund. Resistansen motsvarar hur trångt röret är: ju trängre, desto mindre flöde för ett givet tryck.

Figur 1. Ohms lag och vattenanalogin. Pumpen motsvarar batteriet (spänningen), vattenflödet strömmen och den trånga passagen motståndet. Med 12 V över 6 Ω går strömmen 2 A.

Enheterna är volt (V), ampere (A) och ohm (Ω), och sambandet mellan dem är Ohms lag:

U = R \cdot I I = \frac{U}{R} R = \frac{U}{I}

Radioteknik använder mycket små och mycket stora värden, så prefixen är nödvändiga: millivolt (mV), mikrovolt (µV), milliampere (mA) och kiloohm (kΩ). En antenn kan leverera bara någon mikrovolt till en mottagare, medan en kraftig sändare kan ge hundratals volt.

Tabell 1. Grundläggande elektriska storheter.

Storhet	Beteckning	Enhet	Liknelse med vatten
Spänning	U	volt (V)	Tryck
Ström	I	ampere (A)	Flöde (liter per sekund)
Resistans	R	ohm (Ω)	Rörets trånghet
Effekt	P	watt (W)	Hur mycket arbete flödet uträttar per sekund
Impedans	Z	ohm (Ω)	Trånghet som kan variera med flödets takt

Effekt#

Effekt är hur mycket energi som omsätts per sekund. Elektrisk effekt är spänning gånger ström, och enheten är watt (W). Med hjälp av Ohms lag kan man skriva effekten på tre sätt, och vilket man väljer beror på vilka storheter man känner till:

P = U \cdot I P = I^{2} \cdot R P = \frac{U^{2}}{R}

I radiosammanhang är effekten central. En handapparat för PMR446 sänder med högst en halv watt (0,5 W), en radioamatörstation med 100 W, och en rundradiosändare för FM med kilowatt. Den mottagna effekten är däremot ofta oerhört liten, bråkdelar av en miljarddels watt. Därför använder man logaritmiska enheter som dBm, se Decibel och logaritmiska enheter.

Växelström, toppvärde och effektivvärde#

I ett batteri går strömmen alltid åt samma håll. Det kallas likström. I växelström byter spänningen riktning om och om igen, i en sinusformad kurva, och antalet byten per sekund är frekvensen (se Frekvens, våglängd och periodtid). Vägguttaget i Sverige ger växelström med frekvensen 50 Hz, och en radiosändare ger växelström med frekvensen på radiosignalen, till exempel 145 000 000 Hz.

För en växelspänning går det att ange storleken på olika sätt (figur 2):

Toppvärdet (amplituden, $U_{t o p p}$ ) är det högsta värdet kurvan når.
Topp-till-topp-värdet är avståndet från högsta till lägsta värdet, alltså dubbla toppvärdet.
Effektivvärdet (eng. RMS, root mean square) är den likspänning som skulle ge samma värmeeffekt i ett motstånd.

För en sinusvåg gäller

U_{e f f} = \frac{U_{t o p p}}{\sqrt{2}} \approx 0,707 \cdot U_{t o p p} U_{t o p p} = \sqrt{2} \cdot U_{e f f} \approx 1,414 \cdot U_{e f f}

Effektivvärdet är det man räknar effekt med: $P = U_{e f f}^{2} / R$ för växelspänning på samma sätt som $P = U^{2} / R$ för likspänning. Det är också det värde en vanlig multimeter visar. Faktorn $\sqrt{2}$ gäller bara för sinusformade signaler, och för andra kurvformer är kvoten en annan.

Figur 2. Nätspänningen i Sverige. Effektivvärdet är 230 V, vilket ger ett toppvärde på 325 V och ett topp-till-topp-värde på 650 V. Periodtiden är 20 ms (50 Hz).

Impedans#

I en krets med likström är motståndet en enda siffra, resistansen R. I växelström blir det mer komplicerat, eftersom två komponenter, spolen och kondensatorn, motsätter sig strömmen på ett sätt som beror på frekvensen. Det totala motståndet mot växelström kallas impedans (Z) och mäts också i ohm.

Impedansen består av två delar:

Resistans (R): motstånd som omvandlar energi till värme (eller, i en antenn, till utstrålad effekt). Den beror inte på frekvensen.
Reaktans (X): motstånd som lagrar energi i fält och lämnar tillbaka den, utan att något går förlorat. Den beror på frekvensen.

Spolen och kondensatorn är varandras motsatser (figur 3):

En spole hindrar snabba strömförändringar. Dess reaktans ökar med frekvensen: den släpper lätt igenom likström och hindrar högfrekvent växelström.
En kondensator släpper igenom snabba förändringar men blockerar likström. Dess reaktans minskar med frekvensen.

Därför kan spolar och kondensatorer användas för att sortera frekvenser, och tillsammans kan de bilda en resonanskrets som är inställd på en viss frekvens. Det förklaras i Resonanskretsar och filter, och hur komponenterna ser ut i Komponenter i radiokretsar.

Figur 3. Reaktans som funktion av frekvens för en spole på 1 µH och en kondensator på 100 pF. Spolens reaktans ökar med frekvensen och kondensatorns minskar. De är lika stora vid 15,9 MHz, som är kretsens resonansfrekvens.

En spole på 1 µH har vid 10 MHz reaktansen $2 π \cdot 10 \cdot 10^{6} \cdot 10^{- 6} \approx 63 Ω$ . En kondensator på 100 pF har vid samma frekvens $1 / (2 π \cdot 10 \cdot 10^{6} \cdot 100 \cdot 10^{- 12}) \approx 159 Ω$ .

Impedansen skrivs som ett komplext tal, $Z = R + j X$ , där $X = X_{L} - X_{C}$ för en serieskoppling och $j$ är den imaginära enheten. Beloppet är $| Z | = \sqrt{R^{2} + X^{2}}$ . En krets är i resonans när $X_{L} = X_{C}$ , alltså vid $f_{0} = 1 / (2 π \sqrt{L C})$ . Då blir $X = 0$ och impedansen är ren resistans.

Effektanpassning och 50 ohm#

En signalkälla, till exempel en sändare, har en inre impedans. Den ska driva en belastning, till exempel en antenn via en kabel. Hur mycket effekt som kommer fram beror på förhållandet mellan de två (figur 4):

Är belastningen mycket mindre än källans impedans, hamnar nästan all spänning över källans inre motstånd, och lite effekt når belastningen.
Är belastningen mycket större går knappt någon ström, och effekten blir åter liten.
Däremellan finns ett läge där belastningen tar emot maximal effekt: när dess resistans är lika stor som källans. Det kallas effektanpassning.

I en krets med likspänning och en källa med inre resistans $R_{s}$ som driver en belastning $R_{L}$ blir effekten i belastningen störst när $R_{L} = R_{s}$ . Då går hälften av effekten åt i källans eget motstånd. I radiotekniken är det viktigaste med anpassning ändå att undvika reflektioner. Om kabelns impedans inte stämmer med antennens eller sändarens studsar en del av signalen tillbaka. Det mäts med ståendevågförhållandet (SVF), se Ståendevågförhållande (SVF) och impedansanpassning.

Figur 4. Effekt i belastningen som funktion av kvoten mellan belastningens och källans resistans. Effekten är störst när de är lika (kvot 1). Då hamnar hälften av den totala effekten i belastningen.

En kabel har också en impedans, den karakteristiska impedansen. Den bestäms av kabelns uppbyggnad och beskriver hur signalen ”ser” kabeln på sin väg. Se Matarledningar, koaxialkabel och kontakter. För att allt ska fungera utan reflektioner ska sändare, kabel och antenn ha samma impedans.

Den vanligaste impedansen i radiosystem är 50 Ω. Mätinstrument, kablar, kontakter, förstärkare och filter är därför ofta byggda för 50 Ω. Valet brukar förklaras som en kompromiss: för en luftisolerad koaxialkabel ger ungefär 77 Ω lägst dämpning och ungefär 30 Ω högst effekthantering, och 50 Ω ligger däremellan. För tv-antenner och kabel-tv används i stället ofta 75 Ω. En halvvågsdipol i fritt utrymme har en impedans på ungefär 73 Ω, vilket förklaras i Dipol och monopol.

Kontrollfrågor#

En lysdiod-krets har 5 V över ett motstånd på 250 Ω. Hur stor är strömmen?

$I = U / R = 5 / 250 = 0,02$ A = 20 mA.

En billampa tar 3 A från ett 12 V-system. Hur stor effekt tar den?

$P = U \cdot I = 12 \cdot 3 = 36$ W.

Nätspänningen är 230 V (effektivvärde). Vilket toppvärde har den?

$U_{t o p p} = \sqrt{2} \cdot 230 \approx 325$ V. Topp-till-topp-värdet är ungefär 650 V.

Vad menas med effektivvärde?

Effektivvärdet är den likspänning som ger lika stor värmeeffekt i ett motstånd som den aktuella växelspänningen. För en sinusvåg är det toppvärdet delat med $\sqrt{2}$ .

En sändare ger 50 W i en last på 50 Ω. Vilken spänning (effektivvärde) och ström är det?

$U = \sqrt{P R} = \sqrt{50 \cdot 50} = 50$ V och $I = \sqrt{P / R} = \sqrt{1} = 1$ A. Kontroll: $50 V \cdot 1 A = 50$ W.

Vilken komponent har en reaktans som ökar med frekvensen, och vilken har en som minskar?

Spolens reaktans ökar med frekvensen ( $X_{L} = 2 π f L$ ) och kondensatorns minskar ( $X_{C} = 1 / (2 π f C)$ ).

Vid vilket förhållande mellan belastning och källa överförs mest effekt?

När belastningens resistans (impedans) är lika med källans. Det kallas effektanpassning.

Varför är det viktigt att sändare, kabel och antenn har samma impedans?

Om impedanserna skiljer sig reflekteras en del av signalen vid övergången och går tillbaka mot sändaren. Det minskar effekten som når antennen och kan belasta slutsteget. Därför byggs radiosystem för en gemensam impedans, oftast 50 Ω.

CENELEC EN 50160, som beskriver spänningens egenskaper i allmänna elnät: nominell spänning 230 V mellan fas och nolla (400 V mellan faserna) och frekvensen 50 Hz. ↩