Was ist eine Brückenschaltung?

Eine Brückenschaltung ist eine elektrische Schaltung, die eine Parallelschaltung von zwei Serienzweigen von Komponenten verwendet. Es hat normalerweise vier Komponenten, mit Abgriffen in der Mitte der parallelen Zweige zum Vergleichen der Leistung oder für spezielle Ausgänge. Die Brückenschaltung kann passive Geräte wie Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und sogar Dioden verwenden. Bei Dioden wird die Diodenbrückenschaltung allgemein als Brückengleichrichter oder Graetzbrücke bezeichnet. Die Brückenschaltung kann auch aktive Komponenten wie Bipolar- und Feldeffekttransistoren verwenden.

Die Wheatstone-Brücke ist eine Brückenschaltung, die drei bekannte Widerstände und einen unbekannten Widerstand an der Testwiderstandsposition verwendet. Bei einer Gleichstromversorgung (DC) mit geerdetem Minuspol hängt die Ausgangsspannung am gemeinsamen Knoten zweier in Reihe geschalteter Widerstände vom Verhältnis der in Reihe geschalteten Widerstände ab. Wenn die DC-Versorgungsspannung 12 Volt (V) beträgt, mit einem 6-Kilo-Ohm (k-Ohm)-Widerstand in Reihe mit einem weiteren 6-k-Ohm-Widerstand, beträgt der Ausgang +6 V bezogen auf Masse. Falls ein weiteres Reihenpaar parallel zum ersten Widerstandssatz ist und die Widerstände gleich sind – zum Beispiel ein 3 k-Ohm in Reihe mit weiteren 3 k-Ohm –, wird die Spannung am gemeinsamen Knoten für beide 3 k -Ohm-Widerstände beträgt ebenfalls +6 V bezogen auf Masse, und die resultierende Spannung an den gemeinsamen Knoten beträgt 0 V. Die Wheatstone-Brücke kann den Widerstand indirekt durch eine Spannungsnullanzeige messen, die eine Funktion der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen von . ist zwei Spannungsteiler.

Spezialisierte Versionen der Wheatstone-Brücke umfassen die Kelvin-Brücke und die Maxwell-Brücke. Die Kelvin-Brücke ist wie eine Wheatstone-Brücke mit zusätzlichen Widerständen, die es ermöglichen, sehr niedrige Widerstände zu messen, während die Maxwell-Brücke die Induktivität misst, indem sie eine Brücke mit einer Kapazität und einem Widerstand verwendet. In Bezug auf voreilende und nacheilende Spannungen erzeugt eine mit einem Widerstand in Reihe geschaltete Induktivität eine nacheilende Spannung über dem Widerstand. In der Zwischenzeit erzeugt ein mit einer Kapazität in Reihe geschalteter Widerstand auch eine nacheilende Spannung über der Kapazität. Eine unbekannte Induktivität kann durch Erfassen einer Nullspannung an der Brücke bei einer gegebenen Kapazität erkannt werden.

Oszillatoren vom Brückentyp, die sinusförmige Wellenformen erzeugen, umfassen die Brücken-T-Schaltung und den Wien-Brückenoszillator. Die Brücken-T-Schaltung verwendet eine Brücke und eine T-Anordnung von Widerstand, Kapazität und Induktivität, um den sinusförmigen Ausgang für Brücken-T-Schaltungsoszillatoren zu steuern und steuert Ausgangs- und Phasenverschiebungen für Brücken-T-Schaltungsfilter. Wien-Brückenoszillatoren verwenden eine Widerstands-Kapazitäts-Brückenschaltung, um die vom Oszillator erzeugte sinusförmige Ausgabe zu steuern. Es gibt auch spezielle Brückenschaltungen wie die Murray-Schleifenbrücke, die zur Abschätzung von Fehlerorten in Kabeln verwendet wird, und die Fontana-Brücke, die ein Wandler von Spannung zu Strom ist, der Operationsverstärker verwendet.