S26-FUS-U6 – PTC in Brückenschaltung: Schaltzeichen und Spannungsanalyse
Aufgabenstellung
Die dargestellte Schaltung wird von einer konstanten Gleichspannung gespeist. Hat der Widerstand -R4 eine Temperatur von 60 °C, beträgt die Spannung $U_{AB}$ = 0 V.
1. Zeichnen Sie das normgerechte Schaltzeichen für den Widerstand -R4 in den Schaltplan ein. (2 Pkte.)
2. In welcher Weise verändern sich $U_4$, $I_{3,4}$ und $U_{AB}$, wenn die Temperatur des Widerstands über 60 °C ansteigt? (8 Pkte.)
1. Zeichnen Sie das normgerechte Schaltzeichen für den Widerstand -R4 in den Schaltplan ein. (2 Pkte.)
2. In welcher Weise verändern sich $U_4$, $I_{3,4}$ und $U_{AB}$, wenn die Temperatur des Widerstands über 60 °C ansteigt? (8 Pkte.)
PTC = Positive Temperature Coefficient = Kaltleiter. Bei 60 °C ist die Brücke abgeglichen (U_AB = 0 V).
Musterlösung
**Zu 1: Schaltzeichen für -R4 (PTC)**
Siehe Bild
**Zu 2: Analyse bei Temperaturerhöhung über 60 °C**
Aus der PTC-Kennlinie: Bei Temperaturen über 60 °C steigt der Widerstand -R4 stark an.
**U_4 (Spannung über -R4):**
-R4 liegt in Reihe mit -R3. Bei steigendem R_-R4 und konstanter Gesamtspannung: Mehr Spannungsabfall an -R4 → $U_4$ **steigt**.
**I_3,4 (Strom durch -R3 und -R4):**
Gesamtwiderstand des Zweigs (-R3 + -R4) steigt → $I_{3,4}$ **sinkt**.
**U_AB (Brückenspannung):**
Bei 60 °C: U_AB = 0 V (Brücke abgeglichen). Bei steigendem R_-R4 verschiebt sich Potential an Punkt B (weniger Strom, weniger Spannungsabfall an -R3, mehr an -R4 → Punkt B steigt in Richtung +U). Punkt A bleibt konstant (Festwiderstände -R1/-R2). Damit ändert sich U_AB und nimmt einen von 0 V verschiedenen Wert an (|U_AB| **steigt**). Die Spannung $U_{AB}$ wird negativ.
Siehe Bild
**Zu 2: Analyse bei Temperaturerhöhung über 60 °C**
Aus der PTC-Kennlinie: Bei Temperaturen über 60 °C steigt der Widerstand -R4 stark an.
**U_4 (Spannung über -R4):**
-R4 liegt in Reihe mit -R3. Bei steigendem R_-R4 und konstanter Gesamtspannung: Mehr Spannungsabfall an -R4 → $U_4$ **steigt**.
**I_3,4 (Strom durch -R3 und -R4):**
Gesamtwiderstand des Zweigs (-R3 + -R4) steigt → $I_{3,4}$ **sinkt**.
**U_AB (Brückenspannung):**
Bei 60 °C: U_AB = 0 V (Brücke abgeglichen). Bei steigendem R_-R4 verschiebt sich Potential an Punkt B (weniger Strom, weniger Spannungsabfall an -R3, mehr an -R4 → Punkt B steigt in Richtung +U). Punkt A bleibt konstant (Festwiderstände -R1/-R2). Damit ändert sich U_AB und nimmt einen von 0 V verschiedenen Wert an (|U_AB| **steigt**). Die Spannung $U_{AB}$ wird negativ.