Zwei Spannungsteiler, eine Differenz
Eine Brücke bemerkt kleine Änderungen
Eine Wheatstone-Brücke besteht aus vier Widerständen in zwei Spannungsteilern; jeder liefert einen Anteil der Versorgung. Der Vergleich ihrer Mittelpunkte zeigt Widerstandsänderungen; der Abgleichwiderstand stellt das Gleichgewicht ein. Ein Kiloohm (kΩ) sind 1000 Ohm, ein Millivolt (mV) ein Tausendstel Volt.
EXPERIMENTIERTISCH
Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.
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Warum es funktioniert
Ideale unbelastete Brücke mit zwei festen oberen Widerständen von 10 kΩ. Ohne Messverstärkerlast, Temperaturdrift oder Umrechnung von Widerstand in Kraft.
Vs ist Versorgung, Rs Sensorwiderstand und Rt Abgleichwiderstand. Vleft = Vs × Rt/(10000 + Rt); Vright = Vs × Rs/(10000 + Rs), mit Ohmwerten. Differenz = Vright − Vleft; null bedeutet Gleichgewicht, nicht ausgeschaltete Versorgung.
Schwierigkeit
Aufbauen · Aufbauen
Einschalten bei 5 V mit Sensor und Abgleich jeweils 10 kΩ. Erhalte 0 V Differenz.
Brauchst du einen Tipp?
Vs = 5 V; Rs = Rt = 10 kΩ → 0 V
Erforschen · Eine Größe ändern
Lasse 5 V und Abgleich 10 kΩ; stelle den Sensor auf 15 kΩ. Lies +0.50 V Differenz.
Brauchst du einen Tipp?
Vs = 5 V; Rs = 15 kΩ; Rt = 10 kΩ → +0.50 V
Selbst lösen · Aufgabe lösen
Gleiche bei 5 V und Sensor 7 kΩ auf einen Differenzbetrag von höchstens 5 mV ab.
Brauchst du einen Tipp?
Vs = 5 V; Rs = Rt = 7 kΩ → 0 V
Zusatzwissen und Schaltungsrezepte
Eine Brücke bemerkt kleine Änderungen
Ein nützliches Muster
Im Gleichgewicht können beide Mittelpunkte bei 2.5 V liegen und ihre Differenz bei 0 V. Die Differenzmessung verbirgt die gemeinsame Spannung.
Außerhalb des Modells
Reale Brückensensoren wandeln Dehnung oder Temperatur in Widerstandsänderungen um. Kleine Differenzen brauchen oft einen Verstärker.
Eine typische Falle vermeiden
Eine Brückendifferenz von null bedeutet keinen stromlosen Zustand der vier Widerstände.
Die abgeglichene Brücke bekommt doppelte Versorgung; die Widerstandsverhältnisse bleiben gleich. Die Differenz…
- steigt auf 5 V
- bleibt 0 V
- wechselt das Vorzeichen
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Beide Mittelpunktspannungen wachsen gleich und bleiben gleich groß; ihre Differenz bleibt null.