\documentclass{../bkbp} \begin{document} \heading{PAR}{Brückenschaltung}{22.6.2022} \section{Einführung Brückenschaltung} Gegeben ist die folgende Grundschaltung bei der $R_1$ + $R_2$, und $R_3$ + $R_4$ jeweils in Reihe geschaltet sind. Diese Stränge sind parallel zueinander geschaltet. \begin{equation} \begin{split} U_0 &= 50V \\ R_1 &= 50\Omega \\ R_2 &= 100\Omega \\ R_3 &= 50\Omega \\ R_4 &= 100\Omega \\ R_{ges} &= \frac{1}{\frac{1}{R_1 + R_2} + \frac{1}{R_3 + R_4}} \\ R_{ges} &= \frac{1}{\frac{1}{50\Omega + 100\Omega} + \frac{1}{50\Omega + 100\Omega}} \\ R_{ges} &= 75\Omega \\ I_{ges} &= \frac{U_{ges}}{R_{ges}} \\ I_{ges} &= \frac{50V}{75\Omega} \\ I_{ges} &= 0.\overline{6}A \\ I_{1+2} = I_{3+4} &= \frac{U_{ges}}{R_1 + R_2} \\ I_{1+2} = I_{3+4} &= \frac{50V}{150\Omega} \\ I_{1+2} = I_{3+4} &= 0.\overline{3}A \\ U_{R_1} = U_{R_3} &= R_1 * I_1 \\ U_{R_1} = U_{R_3} &= 50\Omega * 0.33 \\ U_{R_1} = U_{R_3} &= 16.67V \\ U_{R_2} = U_{R_4} &= R_1 * I_1 = U_{ges} - U_{R_1} \\ U_{R_2} = U_{R_4} &= 100\Omega * 0.33 \\ U_{R_2} = U_{R_4} &= 33.33V \end{split} \end{equation} Somit entsteht eine Potentialdifferenz von $U_{1,2} = 0V$. \\ Nun werden $R_3$ und $R_4$ ausgetauscht. \begin{equation} \begin{split} R_3 &= 247\Omega \\ R_3 &= 494\Omega \\ \frac{R_1}{R_2} &= \frac{R_3}{R_4} \\ \frac{1}{2} &= \frac{1}{2} \end{split} \end{equation} Damit bleibt die Potentialdifferenz der Brückenschaltung $U_{1,2} = 0V$, denn die Faktoren bleiben gleich. Die Brückenschaltung ist 'abgeglichen'. \section{Temperaturen messen mit einer Brückenschaltung} \subsection{Temperaturabhängige Widerstände} Ein temperaturabhängiger Widerstand wird durch ein Pfeilpaar gekennzeichnet. Hierbei steht der erste Pfeil, der für steigende Temperatur steht, für die Temperaturänderung; der zweite für die resultierende Änderung des Widerstandes. \\ Somit ist ein Widerstand mit dem Pfeilpaar $\uparrow\downarrow$ ein sogenannter Heißleiter, denn bei steigender Temperatur sinkt der Widerstand. \\ Entgegen dazu ist ein Widerstand mit der Kennzeichnung $\uparrow\uparrow$ ein Kaltleiter, denn mit steigender Temperatur steigt der Widerstand. \subsection{Berechnen der gewünschten Widerstände} Um bei 0°C eine Brückenspannung von 0V zu erhalten, wird folgende Berechnung für den Widerstand von $R_3$ verwendet: \begin{equation} \begin{split} \frac{R_1}{R_2} &= \frac{R_3}{R_4} \\ R_3 &= \frac{R_1}{R_2} * R_4 \end{split} \end{equation} \subsection{Brückenspannung bei 25°C und NTC für 2.2k} \begin{equation} \begin{split} R_1 = R_2 &= 10k\Omega \\ R_3 &= 7k\Omega \\ R_4 &= 2.2k\Omega \\ I_{1,2} &= \frac{U_{ges}}{R_{1+2}} \\ I_{1,2} &= \frac{24V}{10k\Omega + 10k\Omega} \\ I_{1,2} &= 1.2mA \\ I_{3,4} &= \frac{24V}{7k\Omega + 2.2k\Omega} \\ I_{3,4} &\simeq 2.609mA \\ U_{R_1} = U_{R_2} &= 12V \\ U_{R_3} &= R_3 * I_{3,4} \\ U_{R_3} &= 7k\Omega * 2.609mA \\ U_{R_3} &= 18.263V \\ U_{R_4} &= U_{ges} - U_{R_3} \\ U_{R_4} &= 24V - 18.263V \\ U_{R_4} &= 5.737V \\ U_{AB} &= U_{R_2} - U_{R_4} \\ U_{AB} &= 12V - 5.737V \\ U_{AB} &= 6.263V \end{split} \end{equation} \subsubsection{Brückenspannung durch Maschenregel} \begin{equation} \begin{split} U_{R_1} + U_{AB} + (-U_{R_3}) &= 0V \\ U_{R_1} + U_{AB} - U_{R_3} &= 0V \\ 12V + 6.263V - 18.263V &= 0V \end{split} \end{equation} \subsection{Brückenspannung bei 20°C und NTC für 2.2k} \begin{equation} \begin{split} R_1 = R_2 &= 10k\Omega \\ R_3 &= 7k\Omega \\ R_4 &= 3k\Omega \\ I_{3,4} &= \frac{U_{ges}}{R_{3+4}} \\ I_{3,4} &= \frac{24V}{7k\Omega + 3k\Omega} \\ I_{3,4} &= 2.4mA \\ U_{R_1} = U_{R_2} &= 12V \\ U_{R_3} &= R_3 * I_{3,4} \\ U_{R_3} &= 7k\Omega * 2.4mA \\ U_{R_3} &= 16.8V \\ U_{R_4} &= U_{ges} - U_{R_3} \\ U_{R_4} &= 24V - 16.8V \\ U_{R_4} &= 7.2V \\ U_{AB} &= U_{R_2} - U_{R_4} \\ U_{AB} &= 12V - 7.2V \\ U_{AB} &= 4.8V \end{split} \end{equation} \end{document}