Stromteiler

Ein Stromteiler ist eine passive Schaltung, die einen Eingangsstrom annimmt und ihn auf zwei oder mehr parallele Pfade aufteilt, typischerweise mit Widerständen. Im Gegensatz zu einem Spannungsteiler, der mit Potentialdifferenz arbeitet, funktioniert ein Stromteiler durch die Ausnutzung der umgekehrten Beziehung zwischen Widerstand und Stromfluss: Pfade mit niedrigerer Impedanz führen mehr Strom. Die Ausgangsströme sind vorhersehbare Bruchteile des Eingangsstroms, bestimmt durch die relativen Werte der parallelen Widerstände.

In der einfachen Form mit zwei Widerständen teilt sich der Eingangsstrom I in zwei Zweige mit den Widerständen R1 und R2 auf. Der Strom durch R1 ist gleich I multipliziert mit R2 geteilt durch die Summe R1 plus R2. Diese umgekehrte Beziehung (niedrigerer Widerstand führt höheren Stromanteil) ist das Prinzip, das allen Stromteiler-Schaltungen zugrunde liegt. Die Formel gilt, ob es sich um reine Widerstände oder um komplexe Impedanzen wie Spulen oder Kondensatoren in Wechselstromschaltungen handelt.

Häufige Anwendungen und Grenzen

Stromteiler erscheinen in Shunt-Schaltungen zur Strommessung mit analogen Messgeräten: ein Präzisions-Shunt-Widerstand parallel zu einem Galvanometer führt den meisten Strom, während ein kleiner Teil durch das Messinstrument fließt. Sie werden auch in Sensornetzwerken und Signalaufbereitung verwendet, wenn ein Referenzstrom in bekannten Anteilen verteilt werden muss. Allerdings sind Stromteiler grundsätzlich verlustbehaftet: Sie verlieren Leistung in allen Zweigen, was sie für hocheffiziente Stromverteilung ungeeignet macht. Ihre Ausgangsimpedanz variiert mit der Last, daher funktionieren sie schlecht beim Ansteuern von variabler oder reaktiver Last.

Temperaturempfindlichkeit ist eine praktische Herausforderung. Da das Stromverhältnis vom Widerstandsverhältnis abhängt, führt jede thermische Drift der Widerstandswerte zu einer Drift der Stromaufteilung. In Präzisionsanwendungen ist die Verwendung von Widerstandspaaren mit aufeinander abgestimmten Temperaturkoeffizienten notwendig. Parasitäre Induktivität und Kapazität in realen Schaltungen verzerren das Teilungsverhältnis auch bei höheren Frequenzen, besonders bei nicht-ohmschen Impedanzen.

Stromteiler werden manchmal mit Stromquellen verwechselt, unterscheiden sich aber grundlegend. Eine echte Stromquelle hält den Ausgangsstrom unabhängig von der Last-Impedanz konstant; ein Stromteiler hängt davon ab, dass die Last-Impedanz seinem Design entspricht. Daher sind Stromteiler zuverlässiger, wenn sie hochohmige Lasten oder rein ohmsche Lasten bekannten Wertes ansteuern. Bei niedrigohmiger oder unvorhersehbarer Last wird die Aufteilung unvorhersehbar.