07.04 Spezielle Widerstandsschaltungen
07.04 Spezielle Widerstandsschaltungen
07.04 Spezielle Widerstandsschaltungen
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TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN<br />
7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
1 Unbelasteter Spannungsteiler<br />
Ein verstellbarer Widerstand 300 Ω /1 A wird als Spannungsteiler benutzt.<br />
Die angelegte Spannung von U1 = 12 V soll auf U2 = 2,5 V herabgesetzt<br />
werden.<br />
26. April 2012<br />
www.ibn.ch<br />
U1<br />
R1<br />
R2<br />
U2<br />
Berechnen Sie die Teilwiderstände<br />
R1 und R2.<br />
R = 237,<br />
5Ω<br />
1<br />
R = 62,<br />
5Ω<br />
2<br />
Drehotentiometer<br />
Ein Potentiometer (kurz Poti, nach<br />
neuer deutscher Rechtschreibung<br />
auch Potenziometer) ist ein<br />
elektrisches Widerstandsbauelement,<br />
dessen Widerstandswerte<br />
mechanisch (durch Drehen oder<br />
Verschieben) veränderbar sind.<br />
Es hat mindestens drei Anschlüsse<br />
und wird vorwiegend als stetig<br />
einstellbarer Spannungsteiler<br />
eingesetzt.<br />
Version 6
TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN<br />
7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
2 Belasteter Spannungsteiler<br />
Die Spannungsteilerschaltung mit R1 = 1,2 kΩ und R2 = 820 Ω wird mit<br />
4,7 kΩ belastet. Die Schaltung liegt an 50 V.<br />
26. April 2012<br />
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U<br />
R1<br />
R2 U L RL<br />
Berechnen Sie die Spannung UL bei<br />
Belastung.<br />
U L<br />
= 18,<br />
39V<br />
Schiebepotentiometer<br />
Schiebepotentiometer fuer<br />
Halogen- und Gluehlampen<br />
sowie Drehzahlsteuerung von<br />
Nähmaschinen.<br />
Version 6
TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN<br />
7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
3 Messbrücke<br />
Berechnen Sie den Wert des Widerstands R 4 .<br />
U<br />
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0<br />
R<br />
i<br />
R<br />
1<br />
R<br />
3<br />
I<br />
U<br />
1<br />
U<br />
AB<br />
A AB<br />
B<br />
U = 12V<br />
, Ω 0 = R<br />
0<br />
i<br />
R<br />
4<br />
R<br />
2<br />
Bei Abgleich einer Messbrücke<br />
betragen die Widerstände<br />
R1 2kΩ<br />
=<br />
R2 3kΩ<br />
=<br />
R3 1,<br />
3kΩ<br />
=<br />
1 ,95kΩ<br />
Wheatstone’sche Messbrücke<br />
Sie wurde 1833 von Samuel Hunter<br />
Christie erfunden, jedoch nach dem<br />
britischen Physiker Sir Charles<br />
Wheatstone benannt, der ihre Bedeutung<br />
erkannte und ihre Verbreitung<br />
förderte.<br />
Spannung U AB bei<br />
abgeglichener Brücke?<br />
Strom AB<br />
I bei<br />
abgeglichener Brücke?<br />
Version 6
TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN<br />
7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
4 Brückenschaltung<br />
Wenn die zwei Schiebewiderstände in der einen oder anderen Endstellung<br />
sind, kann man in der gegebenen Brückenschaltung vier Fälle unterscheiden.<br />
U<br />
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0<br />
R<br />
i<br />
R<br />
2<br />
R<br />
1<br />
U<br />
1<br />
U<br />
AB<br />
A B<br />
V<br />
U = 12V<br />
, Ω 0 = R<br />
0<br />
i<br />
R<br />
R<br />
4<br />
3<br />
Berechnen Sie die mögliche<br />
Spannung zwischen den Punkten<br />
A und B, wenn R = 1kΩ<br />
,<br />
2 200Ω<br />
= R , Ω 0 3 = R und<br />
4 700Ω<br />
= R ist!<br />
1<br />
10<br />
V<br />
Version 6
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4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
5 Weatstonesche Messbrücke<br />
Welchen Widerstand R X wird mit der Messbrücke gemessen?<br />
U<br />
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0<br />
R<br />
i<br />
R<br />
X<br />
R<br />
1<br />
I<br />
U<br />
1<br />
U<br />
AB<br />
A AB<br />
B<br />
U = 4,<br />
5V<br />
, Ω 0 = R<br />
0<br />
x = 1<br />
i<br />
R<br />
3<br />
x⋅ R<br />
4<br />
Berechnen Sie R X , wenn:<br />
R1 1kΩ<br />
=<br />
R3 1kΩ<br />
=<br />
4 12Ω<br />
= x ⋅ R ist!<br />
x ⋅ R4<br />
wurde auf diesen Wert<br />
einreguliert!<br />
10<br />
Ω<br />
Version 6
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4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
6 Gemischte Schaltung<br />
Ein Spannungsteiler-Poti von R P = 3500 Ω (Gesamtwiderstand liegt an<br />
der Gesamtspannung U=230V und teilt diese auf U2=90V im unbelasteten<br />
Zustand.<br />
a) Welchen Laststrom darf man ihm entnehmen, damit die Spannung<br />
auf U2=70V einbricht (RM vernachlässigt)?<br />
b) Wie gross ist also dann der Lastwiderstand R L ?<br />
U<br />
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Potentiometer<br />
A<br />
I<br />
U1<br />
R1<br />
U2<br />
R2<br />
RL<br />
V U2<br />
Potentiometerschaltung<br />
RM<br />
S<br />
0 , 02399 A<br />
2917<br />
Ω<br />
Version 6
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7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
7 Drehspulmessgeräte<br />
Der Zeiger eines Messwerks hat bei 250mV und 85 µA Vollausschlag.<br />
Skizzieren Sie die Schaltungen zur Messbereichserweiterung:<br />
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a) auf 10V<br />
b) auf 3mA und berechnen Sie die erforderlichen Widerstände.<br />
Achtung: Eine Schaltungsskizze wird ausdrücklich verlangt. Die berechneten<br />
Resultate sollen den skizzierten Widerständen klar und eindeutig zugeordnet<br />
werden können!<br />
114 '705Ω<br />
85<br />
, 76Ω<br />
Version 6
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8<br />
RE<br />
1.285<br />
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Potentiometer<br />
An einem 1, 57kΩ<br />
-Potentiometer steht der Abgriff 1 , 22 kΩ<br />
.<br />
a) Wie gross ist die Teilspannung am 1, 22 kΩ<br />
-Widerstand, wenn die<br />
angelegte Spannung 72 V beträgt?<br />
b) Welche Teilspannung zeigt ein Voltmeter von 15 kΩ<br />
Eigenwiderstand?<br />
55 , 95V<br />
51 , 7V<br />
Drehpoti<br />
Version 6
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9<br />
RE<br />
1.286<br />
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Drehpotentiometer<br />
Ein Drehpotentiometer mit einem Gesamtwiderstand von 330 Ω wird so<br />
eingestellt, dass in unbelastetem Zustand eine Spannung von 230 V auf 150 V<br />
herabgesetzt wird.<br />
a) Berechnen Sie die Teilwiderstände!<br />
b) Wie gross wird die herabgesetzte Spannung, wenn das Potentiometer mit<br />
einem Widerstand von 185 Ω belastet wird?<br />
114 , 8Ω<br />
215 , 2Ω<br />
106 , 8V<br />
Lichtregler<br />
Sogenannte Universaldimmer erkennen<br />
automatisch, ob eine induktive oder<br />
kapazitive Last vorliegt und wirken<br />
demnach als Phasenan- oder -<br />
abschnittsteuerung.<br />
Schaltplan einer Phasenanschnittsteuerung<br />
(vereinfacht)<br />
Mit dem Potentiometer P kann eine<br />
weniger verzögerte Wechselspannung<br />
„beigemischt“ werden. Je kleiner sein<br />
Widerstand ist, desto früher zünden der<br />
Diac und der Triac und desto heller<br />
leuchtet die Lampe.<br />
Phasenanschnitt<br />
Bei der Phasenanschnittsteuerung wird<br />
der Stromfluss meist durch einen Triac<br />
(Antiparallelschaltung zweier Thyristoren)<br />
gesteuert. Nach dem Nulldurchgang der<br />
Wechselspannung (und des Stromes)<br />
leitet der Triac den Strom so lange nicht,<br />
bis er einen Zündimpuls erhält; ab diesem<br />
Zeitpunkt (dieser „Phase“ des Wechselstromsignals)<br />
wird der Verbraucher mit<br />
Energie versorgt (bis zum nächsten<br />
Nulldurchgang). Je später der Triac<br />
gezündet wird, desto geringer ist die<br />
mittlere Leistung.<br />
Induktivitäten<br />
Elektromagnetische Trafos<br />
Phasenabschnitt<br />
Der Strom wird nach dem Nulldurchgang<br />
sofort eingeschaltet und vor dem nächsten<br />
Nulldurchgang wieder ausgeschaltet. Der<br />
Schaltungsaufwand ist höher; es müssen<br />
entweder abschaltbare Thyristoren (GTO-<br />
Thyristor) oder (Power-MOSFET) resp.<br />
IGBT-Transistoren verwendet werden,<br />
auch die Steuerungselektronik ist<br />
aufwändiger.<br />
Kapazitive Lasten<br />
Elektronische Trafos<br />
Version 6
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7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
10<br />
RE<br />
1.287<br />
26. April 2012<br />
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Spannungsteiler<br />
Aus den gegebenen Grössen sind zu berechnen:<br />
a) I 3 ,<br />
b) R 1 und<br />
c) R 2 !<br />
U<br />
I<br />
R 1<br />
R2<br />
I1 1,<br />
12A<br />
=<br />
U = 100V<br />
U3 70V<br />
=<br />
R = 86Ω<br />
3<br />
I 3<br />
R 3<br />
U 3<br />
823 , 5mA<br />
26 , 79Ω<br />
236<br />
, 1Ω<br />
Version 6
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11<br />
RE<br />
1.288<br />
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Potentiometerschaltung<br />
Wie gross sind bei offenem Schalter;<br />
a) die Spannung U 1,<br />
b) die Spannung U 2 ?<br />
Der Schalter sei geschlossen. Berechnen Sie:<br />
c) die Spannung U 1,<br />
d) die Spannung U 2 !<br />
U<br />
I<br />
R 1<br />
R2<br />
U 1<br />
S<br />
V R 3<br />
I 3<br />
Der Widerstand des Voltmeters ist sehr gross und<br />
kann für diese Betrachtung vernachlässigt werden!<br />
U = 60V<br />
, R = 100Ω<br />
R = 300Ω<br />
, R = 85Ω<br />
2<br />
1<br />
3<br />
V<br />
U 2<br />
45 V<br />
0 V<br />
23 , 91V<br />
23 , 91V<br />
Achtung<br />
Jeder Schritt muss<br />
ersichtlich oder klar<br />
begründet sein!<br />
Version 6
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12<br />
RE<br />
1.289<br />
26. April 2012<br />
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Schiebepotentiometer<br />
Mit einem Schiebepotentiomneter will man die Betriebsspannung von 48 V auf<br />
8 V heruntersetzen. Im Verbraucher fliesst bei 8 V ein Strom von 26 mA .<br />
Welchen Gesamtwiderstand besitzt das Potentiometer, wenn der dem<br />
Verbraucher parallelgeschalteter Teilwiderstand 110 Ω aufweisst? Für welche<br />
Leistung muss das Potentiometer gebaut sein (Runden auf ganze Zahl)?<br />
515 Ω<br />
5<br />
W<br />
Version 6
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4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
13<br />
RE<br />
1.290<br />
26. April 2012<br />
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Brückenschaltung<br />
Welche Spannung zeigt das Voltmeter ( R V sehr gross) an?<br />
Wie gross müsste R 4 sein, damit das Voltmeter 0 Volt anzeigt?<br />
R 1<br />
U V<br />
R 2<br />
R = 26Ω<br />
, R = 41Ω<br />
1<br />
R 3 = 122Ω<br />
, R 4 = 163Ω<br />
U = 10V<br />
2<br />
R 3<br />
R 4<br />
0 , 399V<br />
192<br />
, 4Ω<br />
Version 6
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4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
14<br />
RE<br />
1.291<br />
26. April 2012<br />
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Brückenschaltung<br />
Berechnen Sie für die gegebene Brückenschaltung bei abgeglichener Brücke<br />
( I = 0A<br />
) den Widerstand R 1!<br />
R 3<br />
R1<br />
U<br />
I<br />
R 4<br />
R 2<br />
R = 630Ω<br />
, R = 1,<br />
8kΩ<br />
2<br />
R4 = 3,<br />
2kΩ<br />
, U = 48V<br />
3<br />
354<br />
, 4Ω<br />
Version 6
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15<br />
RE<br />
1.292<br />
26. April 2012<br />
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Brückenschaltung<br />
Die Widerstandsmessbrücke ist abgeglichen.<br />
a) In welchem Verhältniss stehen die Längen l 1 und l 2 zueinander?<br />
b) Wie lange ist l 1 und l 2 , wenn der Schleifdraht 1 m misst?<br />
R 3<br />
l 1<br />
A<br />
l 2<br />
R 4<br />
R = 825Ω<br />
, R = 1kΩ<br />
3<br />
4<br />
1 : 1,<br />
212<br />
l1 452,<br />
4mm<br />
=<br />
l2 547,<br />
6mm<br />
=<br />
Version 6
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7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
16<br />
RE<br />
1.293<br />
26. April 2012<br />
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Brückenschaltung<br />
In der nachfolgenden Brückenschaltung sind zu Berechnen:<br />
a) Die Spannung zwischen den Klemmen A und B, bei offener Brücke<br />
(Gemischte Schaltung bzw. Parallelschaltung)!<br />
b) Durch verbinden von A und B wird die Schaltung zur Brückenschaltung.<br />
Welcher Strom fliesst in der Verbindung?<br />
c) Verändern Sie den Widerstand R 4 , damit in der Brücke kein Strom fliesst!<br />
U<br />
I<br />
R 1<br />
R 2<br />
R 3<br />
A B<br />
R 4<br />
R = 18Ω<br />
, R = 44Ω<br />
1<br />
R 3 = 72Ω<br />
, R 4 = 58Ω<br />
U = 24V<br />
2<br />
6 , 325V<br />
140<br />
, 9mA<br />
Version 6
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7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
17<br />
RE<br />
1.294<br />
26. April 2012<br />
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Brückenschaltung<br />
Welche Spannungen zeigt das Voltmeter zwischen den Klemmen 1 und 2 an,<br />
wenn:<br />
a) die Schaltung mit R = 100Ω<br />
und R = 50Ω<br />
betrieben wird!<br />
1<br />
b) die Schaltung mit R = 100Ω<br />
und R = 150Ω<br />
betrieben wird!<br />
U<br />
R1<br />
1<br />
U 12 V<br />
2<br />
1<br />
A B<br />
U = 90V<br />
R 2<br />
c) die Schaltung mit R = 100Ω<br />
und R = 50Ω<br />
betrieben wird und parallel<br />
U<br />
1<br />
zum Voltmeter ein Widerstand von R = 75Ω<br />
einbebaut wird!<br />
R1<br />
1<br />
U 12 V<br />
2<br />
A B<br />
U = 90V<br />
R 2<br />
R 4<br />
2<br />
2<br />
2<br />
3<br />
60 V oder 30 V<br />
36 V oder 54 V<br />
41 , 5V<br />
oder 20<br />
, 8V<br />
Version 6
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18<br />
RE<br />
1.299<br />
26. April 2012<br />
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Potentiometer<br />
An der gegebenen Schaltung sind zu bestimmen:<br />
I<br />
R 1<br />
340Ω<br />
U I X<br />
R2<br />
S1<br />
R 3<br />
275Ω 808Ω<br />
S2<br />
R X<br />
a) Welche Spannung muss angelegt werden, dass bei geschlossenem<br />
Schalter 1 die Spannung am 808Ω -Widerstand 50 V beträgt?<br />
b) Welchen Ohmwert muss R X besitzen, damit beim schliessen von Schalter<br />
2 die Spannung am 808Ω -Widerstand von 50 V auf 45 V sinkt?<br />
132 , 9V<br />
1148<br />
Ω<br />
Version 6
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4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
19<br />
RE<br />
1.308<br />
26. April 2012<br />
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Brückenschaltung<br />
Wenn die zwei Schiebewiderstände in der einen oder anderen Endstellung<br />
sind, kann man in der gegebenen Brückenschaltung vier Fälle unterscheiden.<br />
12V<br />
0-200Ω<br />
1kΩ<br />
R 1<br />
A B<br />
R 2<br />
U AB<br />
R 3<br />
R 4<br />
700Ω<br />
0-500Ω<br />
Berechnen Sie die möglichen Spannungen zwischen den Punkten A und B!<br />
5 V<br />
7 V<br />
10 V<br />
12<br />
V<br />
Version 6
TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN<br />
7 ELEKTROTECHNISCHE GRUNDLAGEN REPETITIONEN<br />
4 SPEZIELLE WIDERSTANDSSCHALTUNGEN<br />
TG<br />
7.4<br />
101<br />
TG<br />
7.4<br />
102<br />
TG<br />
7.4<br />
103<br />
TG<br />
7.3<br />
104<br />
Frage<br />
Frage<br />
Frage<br />
Frage<br />
26. April 2012<br />
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