[INFO3] ET3 – Brückenschaltung – Wheatstonsche Brücke
Dieser Kurstext ist ein Auszug aus unserem Onlinekurs: ET3 – Berechnung von elektrischen Netzwerken
In diesem Kursabschnitt betrachten wir ausführlich die Wheatstonesche Brückenschaltung . In den Folgetexten stellen wir dir die spannungsgespeiste sowie stromgespeiste Brücke getrennt nacheinander vor.
“Die Brückenschaltung nach Wheatstone ist eine Stromverzweigungsschaltung der Gleichstromtechnik.”
Wheatstonesche Brückenschaltung – Grundlegendes
Die Brückenschaltung nach Wheatstone, besser bekannt unter dem Namen Wheatstonesche Brückenschaltung, ist eine Stromverzweigungsschaltung der besonderen Art.
Eine Brückenschaltung ist eine elektrische Schaltung. Die Besonderheit dieser Schaltung liegt darin, dass fünf Zweipole zusammengeschaltet sind. Die Form dieser Zusammenschaltung erinnert stark an ein groß geschriebenes H.
Die horizontale Linie des H’s ist die Querverbindung und wird als Brückenzweig bezeichnet.
Die Brückenschaltung besteht aus fünf Widerständen (Zweipolen) und aufgrund der Anordnung kann man auch von einer Parallelschaltung zweier Spannungsteiler sprechen, die über den Brückenzweig miteinander verbunden sind.
Kernaussage der Brückenschaltung
Ferner liegt die Besonderheit dieser Schaltung liegt darin, dass das Netzwerk fünf Widerständen besteht, die einen Ring bilden wie in der nächsten Abbildung dargestellt.
Die Brückenschaltung wird häufig von Technikern gewählt, da sie gegenüber einem einzelnen Spannungsteiler, den Vorteil birgt, dass im Brückenzweig sowohl die Spannung sowie den Strom durch Einstellung der Widerstände beeinflussen kann und sich zusätzlich die Polarität ändern lässt.
Der Techniker unterscheidet:
- Viertelbrücken : Ein Widerstand ist variable.
- Halbbrücken: Zwei Widerstände sind variable.
sowie
- Vollbrücken: Vier Widerstände sind variable.
Der Strom 
, welcher durch 
fließt ist abhängig von den Spannungen an 
und 
, bzw. von den Spannungen an 
und 
.
Folglich sind die Größe und die Richtung des Stroms 
durch die Größe der Widerstände und 
festgelegt.
Gesetzmäßigkeiten der Brückenschaltung – Übersicht
Zur Bestimmung einzelner Größen einer Brückenschaltung empfehlen wir dir als Techniker folgende Liste zu berücksichtigen:
Dabei gilt:
- Wenn die Spannung an größer als die an ist, so fließt der Strom in der obigen Schaltung sozusagen nach oben.
- Wenn die Spannung an kleiner als die an ist, so fließt der Strom entsprechend nach unten.
- Verändern wir nun die Widerstände um bestimmte Werte, so führt dies dazu dass die Spannung an Widerstand der Spannung am Widerstand entspricht.
sowie
- Daraus resultiert wiederum, dass jetzt auch die Spannung am Widerstand der Spannung am Widerstand entspricht.
und
- Somit ist der Strom
und die Brücke ist abgeglichen, bzw. es liegt ein Abgleich vor.
Der Widerstand 
ist unser Widerstand am Galvanometer. Hier solltest du die merken, dass ein Galvanometer den Nullpunkt in der Skalenmitte aufweist und sich somit einstellen lässt.
Durch die angegebene Spannungsgleichheit von 
sowie 
gilt für 
.
Wheatstonesche Brücke – Formeln und Abgleichbedingung
Nehmen wir nun in Gedanken das Ohmsche-Gesetz (
) hinzu, so können wir die Gleichungen direkt umformulieren zu:
Nun verbinden wir die beiden Gleichungen indem wir einfach die erste Gleichung durch die 2. Gleichung dividieren und erhalten danach die Beziehung:
Wenn nun der Strom ist, so gilt 
und 
.
Somit kürzen sich die Spannungen aus der obigen Gleichung komplett heraus und es verbleibt die Abgleichbedingung:
Abgleichbedingung
Abgleichbedingung: Nach 
aufgelöst →
Abgleichbedingung – abgeglichene Brücke ( nach aufgelöst)
Mit der letzten Gleichung haben wir eine Gleichung für eine abgeglichene Brücke verfasst.
Diese erlaubt uns einen unbekannten Widerstand 
unter Kenntnis der anderen Widerstände zu bestimmen.
Die Gleichung besagt, dass bei einem Strom die Beziehung der Widerstände (
) zueinander, nicht von den zugehörigen Strömen abhängt und folglich auch nicht von der Größe und Richtung der Spannungsquelle.
Diese Eigenschaft macht die Wheatstonesche Brücke auch für den Wechselstrom anwendbar.
Anwendungsbereiche für die Wheatstonesche Brücke
Nun stellen wir dir noch ein paar Bereiche vor in denen die Brückenschaltung bevorzugt eingesetzt wird.
Leistungselektronik:
- Brückengleichrichter (Wechselstrom in Gleichstrom)
- Endstufe in Verstärkern
Messtechnik
- Thomson-Brücke (Messung kleiner Widerstände)
- Schering-Brücke (Messung der Kapazität in der Hochspannungstechnik
Nachdem wir die Wheatstonesche Brücke kennengelernt haben, erklären wir dir im nächsten Kurstext ausführlich wie eine spannungsgespeiste Brücke aussieht.