Grundlagen der Elektrotechnik
Grundschaltungen im Stromkreis
Lampenschaltungen (Gruppenschaltung von Wirkwiderständen)
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In Schaltungen von Geräten und Anlagen bestehen die Stromkreise fast immer aus einer Kombination von Reihenschaltungen und Parallelschaltungen. Sie werden als gemischte Schaltungen oder auch als Gruppenschaltungen bezeichnet. Für deren Berechnung werden alle in Reihe geschaltete Widerstände zu einem Ersatzwiderstand zusammengefasst und alle parallel geschalteten ebenfalls. Als Ersatzschaltung bleibt oft eine Kombination von mindestens drei Widerständen über. Diese wird dann zu einem einzigen Ersatzwiderstand zusammengefasst. Das dafür erforderliche Schaltungsverständnis gilt es wirklich zu berherrschen und auch berechnen zu können.
Eine Kombination von Reihenschaltung und Parallelschaltung wird gemischte Schaltung oder auch Gruppenschaltung genannt. Die Berechnung dieser Schaltungen erfolgt durch schrittweise Zusammenfassung der in Reihe bzw. parallel geschalteten Widerstände, bis sich ein einzelner Ersatzwiderstand ergibt.
Bei der Reihenschaltung von Widerständen wird jeder Teilwiderstand von einem Strom gleicher Stärke durchflossen.
Für diesen Strom ist an jedem Widerstand eine bestimmte Spannung erforderlich, welche üblicherweise als Spannungsabfall bezeichnet wird.
I
Strom der Reihenschaltung
U1, U2 ... UN
Teilspannungen
R1, R2 ... RN
Teilwiderstände
An jedem Widerstand ist ein vom Widerstandswert abhängiger Teil der Gesamtspannung.
Bei der Reihenschaltung von Widerständen verhalten sich die Teilspannungen proportional zu den Teilwiderständen.
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Die Gesamtspannung ist die Summe der Teilspannungen. |
Die Gesamtspannung teilt sich auf die Teilwiderstände auf. |
Bei der Reihenschaltung von Widerständen ist die Gesamtspannung gleich der Summe der an den Teilwiderständen abfallenden Teilspannungen.
U
Gesamtspannung
Jede dieser Spannungen kann mit dem Ohmschen Gesetz aus U = I · R berechnet werden. → U = I · R = I · R1 + I · R2 + ... + I · RN.
Die Gleichung wird durch I dividiert und wir erhalten: R = R1 + R2 + ... RN
R
Gesamtwiderstand
Bei der Reihenschaltung von Widerständen ist der Gesamtwiderstand gleich der Summe der Teilwiderstände.
Zur großen Verwunderung eines Technikers ist in einer Schaltung ein sehr großer und ein sehr kleiner Widerstand (gemeint ist die Bauform) in Reihe geschaltet. Er beobachtet, dass der Große (Bauform) heißer wird, als der Kleine (Bauform). Wie ist das möglich? Die Erklärung ist ganz einfach. Der Große hat in diesem Fall auch den größeren Widerstandswert. Der Kleine hat den kleineren Widerstandswert. Am Widerstand mit dem größeren Widerstandswert fällt auch die größere Spannung ab. Damit hat er auch die größere Leistung. Dieses Beispiel soll verdeutlichen dass es sehr sinnvoll ist, nicht nur von einem großen Widerstand zu reden, sondern, wenn ein großer Widerstandswert gemeint ist, das auch zu sagen.