FUNKAMATEUR – Bauelementeinformation SL (1)610C SL (1)

Meßtechnik (5) –
Brückenschaltungen
Dipl.-Ing. HEINZ W. PRANGE – DK8GH
In vorhergehenden Beiträgen haben wir uns mit den grundlegenden
Zusammenhängen von Meßbrückenschaltungen beschäftigt. In diesem
stelle ich eine Widerstandsmeßbrücke vor, die Sie mit Bauteilen aus der
sprichwörtlichen Bastelkiste (gewissermaßen als Wochendprojekt) aufbauen
und in vielen Elektronik-Anwendungen als Hilfseinrichtung benutzen
können.
■ Widerstandsmeßbrücke
In der Praxis kommt es hin und wieder vor,
daß man für eine bestimmte Schaltung Widerstände
mit gleichen Werten braucht, bei
denen es nicht ausreicht, sich nur auf die
Angabe des Farbkodes zu verlassen. Die
Widerstände sollen beispielsweise untereinander
eine nur geringe Abweichung,
z. B. 1 %, haben. Oder eine andere Forderung:
Man ist sich nicht ganz sicher, ob der
tatsächliche Widerstandswert nicht doch zu
weit vom Sollwert abweicht, der in irgendeiner
Schaltung gefordert ist usw.
Bild 1 zeigt eine ganz auf die praktischen
Bedürfnisse abgestellte Schaltungsanordnung,
die man als „Brettschaltung“ oder
auch als kompaktes Gerät aufbauen kann.
Abweichend von der vorliegenden Schaltung,
sind einige Varianten möglich, auf
die ich noch zu sprechen komme.
Den Brückenabgleich kontrolliert man
mit einem Anzeigemeßinstrument, dessen
Zeiger in der Skalenmitte steht und somit
positive und negative Spannungen anzeigen
kann. Dieses sogenannte Null- oder
Mitteninstrument benutzen wir mit Hilfe
des 3poligen Umschalters S3 auch zur
Kontrolle der Batteriespannung. Doch dazu
später mehr.
■ Meßbrücke als Gerät aufgebaut
Bild 2 zeigt einen Vorschlag für die Gestaltung
der Frontplatte, wenn die Schal-
S1
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R13 4,7k
1
1k
1,5k
2,2k
3,3k
4,7k
6,8k
SA
R14
(s. Text)
S3
1 2 3
1 2 3
S2
Bu1
Instr.
R15
(s. Text)
1
tung als Gerät aufgebaut wird. Natürlich
sind auch individuelle Eigenlösungen denkbar.
Dabei sollte jeder Hobby-Elektroniker
eine gut bedienbare und ablesbare (sprich
ergonomische) Lösung wählen.
Kern der Gesamtschaltung ist die in einem
früheren Einsteigerbeitrag bereits besprochene
Widerstandsmeßbrücke gemäß
Bild 3. Der Widerstand R A aus Bild 3 ent-
Stückliste Meßbrücke
2 Drehschalter, 1 Ebene, 6 Stufen (SA, SB)
1 Kipp- oder Schiebeschalter (S1)
1 Tastschalter, Schließer (S2)
1 Drehschalter, 2 Ebenen, 3 Stufen (S3)
Metallschichtwiderstände 1% oder besser:
R1 = 1 kΩ R9 = 4,7 kΩ
R2 = 1,5 kΩ R10 = 47 kΩ
R3 = 2,2 kΩ R11 = 470 kΩ
R4 = 3,3 kΩ R12 = Poti 4,7 kΩ lin.
R5 = 4,7 kΩ R13 = 4,7 kΩ
R6 = 6,8 kΩ R14 = vgl. Text
R7 = 47 Ω
R8 = 470 Ω
R15 = vgl. Text
spricht einem der mit dem Drehschalter
SA im Bild 1 auswählbaren Widerstände
R1 bis R6. Der Widerstand R B (Bild 3) ist
gleichbedeutend mit dem Widerstand R13
im Bild 1. Der Widerstand R C im Bild 3
schließlich ist im Bild 1 mit R13 bezeichnet.
Den zu untersuchenden oder zu messenden
Widerstand schließt man als R X
an die Buchsen Bu1 und Bu2 an.
Widerstandswerte sind bekanntlich aus
Kosten- und Fertigungsgründen in so-
R7 R8 R9 R10 R11 R12
47 470 4,7
k
47
k
470
k
SB
Bu2
RX
R16
VD
4,7k
lin.
Bild 1:
Schaltung einer
Widerstandsmeßbrücke
mit
Nullinstrument
und
umschaltbaren
Meßbereichen
Einsteiger
genannten E-Reihen, E6, E12, usw., genormt.
■ Anwendung für Werte der E-Reihen
Die Zahl hinter dem E gibt an, wie viele
Werte in der betreffenden Reihe innerhalb
einer Dekade vorgesehen sind.
Die E6-Reihe enthält beispielsweise die
Werte 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7 und 6,8.
Unsere vorliegende Brückenkonstruktion
geht davon aus, daß der Praktiker oft
Widerstandswerte aus der preisgünstigen
E6-Reihe nimmt, deren Werte eine Toleranz
von ±20 % haben dürfen, für manche
Anwendungen jedoch mit genauerem Wert
ausgesucht oder ihr wahrer Wert zu bestimmen
ist.
Der Grundgedanke für unsere Meßbrücke
ist, sie so zu bestücken, daß bei Anschluß
eines Widerstandes der E6-Reihe an die
Buchsen Bu1 und Bu2 das Instrument Null
anzeigt, wenn Soll- und Istwert übereinstimmen.
Liegt eine Toleranz vor, zeigt
das Instrument diese als positiven oder
negativen Ausschlag an. Und wenn man
sich die Mühe macht, an die Skalenstriche
die Werte der Toleranz anzuschreiben –
diese direkt ablesen kann.
Ein „Bestückungsbeispiel“ der Brücke
macht das deutlicher. Bild 4 geht von
den in der Schaltung eingetragenen Widerstandswerten
aus. Hat der Widerstand R x
(als zu untersuchender Widerstand) tatsächlich
den in der Reihe vorgesehenen
Wert, muß das Instrument keinen Ausschlag,
also Null anzeigen!
Ist der Widerstand dagegen größer – sagen
wir 5 %, dann zeigt das Instrument diese
Abweichung mit einem Ausschlag in positiver
Richtung an. Ist sie größer als 5 %,
ist der Ausschlag größer. Bei einem kleineren
Widerstandswert als dem Sollwert,
ergibt sich ein Ausschlag in negativer
Richtung, usw.
Die Genauigkeit ist natürlich nur so groß,
wie genau die Werte der Festwiderstände
in der Schaltung sind. Darum setzen wir
später in die tatsächliche Schaltung Widerstände
mit einer sehr geringen Toleranz
ein.
■ Andere Widerstandsdekaden
Ändern wir nun den vorher erwähnten Widerstand
R C auf den 10fachen Wert, kann
ich an die Buchsen Bu1 und Bu2 einen
gegenüber vorher 10mal so großen Wert
anschließen, und die Auswerteverhältnisse
sind wieder wie vorher, denn es kommt ja
nur auf die Verhältnisse der Widerstände
in der Brücke an.
Wir erkennen daraus: Mit der Wahl des
Widerstands R C kann ich die Dekade festlegen,
in der die Brücke einzusetzen ist;
mit R A wähle ich den Wert aus der E-
Reihe innerhalb einer Dekade aus.
FA 4/95 • 395