Widerstandsnetzwerke I

Mit dem Wissen über Reihen- und Parallelschaltungen können wir nun auch komplexere Widerstandsnetzwerke analysieren. Die folgenden Aufgaben dienen ausschließlich der Übung in der Analyse und Berechnung solcher Widerstandsschaltungen und haben in der Praxis – zumindest in der hier dargestellten Form – kaum Bedeutung.

Dennoch lassen sich diese Aufgaben sehr einfach systematisch lösen, indem zunächst eindeutig erkennbare Reihen- oder Parallelschaltungen schrittweise zu einem Gesamtwiderstand zusammengefasst werden. Die Widerstandswerte sind dabei bewusst so gewählt, dass sich die Lösung ohne Taschenrechner vollständig im Kopf ermitteln lässt. Man muss lediglich wissen, dass sich bei zwei gleich großen Widerständen, die parallel geschaltet sind, der Gesamtwiderstand halbiert.

ED115: Wie groß ist der Gesamtwiderstand der dargestellten Schaltung?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung aus zwei horizontalen Leitern und mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten; im oberen horizontalen Zweig drei 200-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet; parallel zum zweiten 200-Ω-Widerstand zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe; ebenso parallel zum dritten 200-Ω-Widerstand zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe; im unteren horizontalen Zweig ein 150-Ω-Widerstand.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus zwei horizontalen Leitern und mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten. Im oberen horizontalen Zweig gibt es drei 200-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet. Parallel zum zweiten der drei 200-Ω-Widerstände liegen zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe. Ebenso liegen parallel zum dritten der drei 200-Ω-Widerstände zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe. Ein horizontaler Leiter führt vom Ende des dritten der drei 200-Ω-Widerstände über einen 150-Ω-Widerstand zum unteren Anschlusspunkt. Es sind keine weiteren Zahlen, Werte oder Textbeschriftungen vorhanden.

Lösen wir exemplarisch die erste Prüfungsaufgabe in Abbildung NE-9.2.1. Im Schritt 1 fassen wir die Reihenschaltungen der $\qty{100}{\ohm}$-Widerstände zusammen. Diese ergeben jeweils $\qty{200}{\ohm}$-Widerstände, wie in Abbildung NE-9.2.2 gezeigt.

Im Schritt 2 fassen wir nun die Parallelschaltungen zusammen. Da hier zwei $\qty{200}{\ohm}$-Widerstände parallel geschaltet sind, halbiert sich der Widerstandswert auf $\qty{100}{\ohm}$, wie in Abbildung NE-9.2.3 dargestellt.

Im letzten Schritt 3 addieren wir alle verbleibenden Widerstandswerte der Reihenschaltung. Daraus ergibt sich ein Gesamtwiderstand von $\qty{550}{\ohm}$ wie in den Abbildungen NE-9.2.3 und NE-9.2.4 gezeigt.

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung aus zwei horizontalen Leitern und mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten; im oberen horizontalen Zweig drei 200-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet; parallel zum zweiten 200-Ω-Widerstand zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe; ebenso parallel zum dritten 200-Ω-Widerstand zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe; im unteren horizontalen Zweig ein 150-Ω-Widerstand.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus zwei horizontalen Leitern und mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten. Im oberen horizontalen Zweig gibt es drei 200-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet. Parallel zum zweiten der drei 200-Ω-Widerstände liegen zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe. Ebenso liegen parallel zum dritten der drei 200-Ω-Widerstände zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe. Ein horizontaler Leiter führt vom Ende des dritten der drei 200-Ω-Widerstände über einen 150-Ω-Widerstand zum unteren Anschlusspunkt. Es sind keine weiteren Zahlen, Werte oder Textbeschriftungen vorhanden.
Abbildung NE-9.2.1: Schritt 0 - Ausgangsschaltung
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1) Kurze Zusammenfassung: Ein Schaltplan mit zwei linken Anschlussklemmen, einer oberen Hauptleitung mit drei in Serie liegenden Widerständen, einer unteren Leitung mit einem Widerstand, zwei Brückenwiderständen zwischen Knoten und einer rechten vertikalen Verbindung zwischen oberer und unterer Leitung.

2) Detaillierte Beschreibung: Links sind zwei offene Anschlussklemmen (je ein kleiner offener Kreis) für die obere und die untere horizontale Leitung. Auf der oberen Leitung liegen von links nach rechts drei horizontale Widerstände: zuerst ein Rechteck „R1 = 200 Ω“, danach ein schwarzer Knotenpunkt (Punkt), dann „R2 = 200 Ω“, wieder ein schwarzer Knotenpunkt, dann „R8 = 200 Ω“ und am rechten Ende nochmals ein schwarzer Knotenpunkt. Vom ersten oberen Knoten (zwischen R1 und R2) führt eine senkrechte Leitung nach unten zu einem horizontalen Widerstand „R3,6 = 200 Ω“; von dessen rechtem Ende führt eine senkrechte Leitung wieder nach oben zum zweiten oberen Knoten (zwischen R2 und R8). Oberhalb der oberen Leitung ist zwischen dem zweiten oberen Knoten und dem rechten oberen Knoten ein weiterer horizontaler Widerstand „R5,7 = 200 Ω“ eingezeichnet; dorthin führen kurze senkrechte Abzweige nach oben, die den Widerstand zu einer oberen Brücke machen. Die untere horizontale Leitung beginnt links an der unteren Anschlussklemme, enthält mittig einen horizontalen Widerstand „R4 = 150 Ω“ und verläuft weiter nach rechts. Am rechten Bildrand verbindet eine senkrechte Leitung den rechten oberen Knoten mit der unteren Leitung. Alle Verbindungen sind mit geraden Linien gezeichnet; Knoten sind als schwarze Punkte markiert; weitere Bauteile oder Spannungs-/Stromquellen sind nicht dargestellt.
Abbildung NE-9.2.2: Schritt 1 - Reihenschaltungen zusammengefasst
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1) Kurze Zusammenfassung:
Schaltplan einer rechteckigen Leiterschleife mit vier in Reihe liegenden Widerständen zwischen zwei offenen Anschlussklemmen links, beschriftet „R1 = 200 Ω“, „R2,3,6 = 100 Ω“, „R5,7,8 = 100 Ω“ und „R4 = 150 Ω“.

2) Detaillierte Beschreibung:
- Links sind zwei offene runde Anschlussklemmen übereinander zu sehen (oben und unten), ohne direkte Verbindung zwischen ihnen.
- Vom oberen linken Anschluss führt eine horizontale Leiterbahn nach rechts zu einem rechteckigen Widerstand mit der Aufschrift „R1 = 200 Ω“. Danach folgt ein schwarzer Knotenpunkt.
- Es schließt sich ein weiterer rechteckiger Widerstand an, beschriftet „R2,3,6 = 100 Ω“. Danach folgt erneut ein schwarzer Knotenpunkt.
- Danach folgt ein dritter rechteckiger Widerstand mit der Aufschrift „R5,7,8 = 100 Ω“. Am rechten Ende der oberen Leitung ist ein weiterer schwarzer Punkt zu sehen.
- Von dort verläuft die Leitung senkrecht nach unten am rechten Rand und dann horizontal nach links über die untere Leitung.
- Etwa mittig der unteren Leitung befindet sich ein vierter rechteckiger Widerstand mit der Beschriftung „R4 = 150 Ω“.
- Die untere Leitung setzt sich nach links fort bis zum unteren linken offenen Anschluss. Es sind keine weiteren Bauteile, Spannungsquellen oder Beschriftungen vorhanden.
Abbildung NE-9.2.3: Schritt 2 - Parallelschaltungen zusammengefasst
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1) Kurze Zusammenfassung: Ein einfacher Schaltplan mit einem einzelnen Widerstand in einer horizontalen Leitung; darüber steht „R_{1,2,3,4,5,6,7,8} = 550 Ω“.

2) Detaillierte Beschreibung: Eine waagrechte Leitung verläuft von links nach rechts zwischen zwei offenen Anschlussklemmen (jeweils kleine, ungefüllte Kreise an den Enden). In der Mitte der Leitung befindet sich ein rechteckiges Symbol für einen Widerstand, das in Reihe in die Leitung eingebunden ist. Direkt oberhalb des Rechtecks steht die Textbeschriftung „R_{1,2,3,4,5,6,7,8} = 550 Ω“. Weitere Bauteile, Markierungen oder Achsen sind nicht vorhanden.
Abbildung NE-9.2.4: Schritt 3 - Reihenschaltung zusammengefasst

ED116: Wie groß ist der Gesamtwiderstand der dargestellten Schaltung?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten; im oberen horizontalen Zweig drei 400-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet; parallel zum zweiten 400-Ω-Widerstand zwei 200-Ω-Widerstände in Reihe; ebenso parallel zum dritten 400-Ω-Widerstand zwei 200-Ω-Widerstände in Reihe; im unteren horizontalen Zweig ein 150-Ω-Widerstand.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern und mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten. Im oberen horizontalen Zweig gibt es drei 400-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet. Parallel zum zweiten der drei 400-Ω-Widerstände liegen zwei 200-Ω-Widerstände in Reihe. Ebenso liegen parallel zum dritten der drei 400-Ω-Widerstände zwei 200-Ω-Widerstände in Reihe. Ein horizontaler Leiter führt vom Ende des dritten der drei 400-Ω-Widerstände über einen 150-Ω-Widerstand zum unteren Anschlusspunkt. Es sind keine weiteren Zahlen, Werte oder Textbeschriftungen vorhanden.
ED114: Wie groß ist der Gesamtwiderstand der dargestellten Schaltung?
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten; im oberen horizontalen Zweig drei 100-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet; parallel zum zweiten 100-Ω-Widerstand zwei 50-Ω-Widerstände in Reihe; ebenso parallel zum dritten 100-Ω-Widerstand zwei 50-Ω-Widerstände in Reihe; im unteren horizontalen Zweig ein 50-Ω-Widerstand.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern und mit zwei Anschlusspunkten links oben und unten. Im oberen horizontalen Zweig gibt es drei 100-Ω-Widerstände in Reihe geschaltet. Parallel zum zweiten der drei 100-Ω-Widerstände liegen zwei 50-Ω-Widerstände in Reihe. Ebenso liegen parallel zum dritten der drei 100-Ω-Widerstände zwei 50-Ω-Widerstände in Reihe. Ein horizontaler Leiter führt vom Ende des dritten der drei 100-Ω-Widerstände über einen 50-Ω-Widerstand zum unteren Anschlusspunkt. Es sind keine weiteren Zahlen, Werte oder Textbeschriftungen vorhanden.

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