Leerlauf und Kurzschluss sind zwei spezielle Begriffe, die entgegengesetzte Extreme der Widerstandszahlenlinie darstellen.

Wir können eine Schaltung betrachten, indem wir ein beliebiges Paar freiliegender Klemmen betrachten:

Im Kontext von zwei beliebigen Klemmen einer Schaltung:

Ein Kurzschluss bedeutet, dass die beiden Anschlüsse extern mit dem Widerstand R = 0 verbunden sind, genau wie ein idealer Draht. Dies bedeutet, dass für jeden Stromwert eine Spannungsdifferenz von Null vorliegt. (Beachten Sie, dass echte Drähte einen Widerstand ungleich Null haben!)

Ein offener Stromkreis impliziert, dass die beiden Anschlusspunkte extern getrennt sind, was einem Widerstand R=∞ entspricht. Dies bedeutet, dass unabhängig von einer Spannungsdifferenz kein Strom zwischen den beiden Anschlüssen fließen kann. (Beachten Sie, dass sehr hohe Spannungen dazu führen können, dass Strombögen auch über große Luft- oder Vakuumlücken fließen!)

Das Konzept, in zwei Anschlüsse einer Schaltung zu schauen und das Verhalten an diesen beiden Extremen zu betrachten, ist ein mächtiges.

In Theorie und Praxis hat das Wort „extern“ keine spezifische Bedeutung. Es ist eine willkürliche Grenze, um das „ursprüngliche“ Verhalten einer Schaltung vom neuen Verhalten zu trennen, wenn wir bestimmte Änderungen an einem beliebigen Knotenpaar vornehmen. Diese künstliche Grenze betrachtet den Rest der Schaltung, die Teile innerhalb der Black Box, als unverändert. Wenn wir diese Annahme treffen, können wir nur eine kleine Änderung außerhalb der Black Box vornehmen und deren Auswirkungen auf die Black Box sehen.

Verwendung in der praktischen Messung

Ein ideales Voltmeter ist ein offener Stromkreis. Ein offener Stromkreis ist eine Grenzannäherung für ein echtes Voltmeter, das einen großen (aber nicht unendlichen) Widerstand aufweist.

Ein ideales Amperemeter ist Kurzschluss. Ein Kurzschluss ist eine begrenzende Näherung für ein echtes Amperemeter, das einen kleinen (aber nicht Null) Widerstand aufweist.

Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Multimeter & Messungen.

Verwendung in der theoretischen Analyse

So wie ein Voltmeter und ein Amperemeter messen, indem zwei Sonden an einen Stromkreis angeschlossen werden, wird die theoretische Analyse häufig durch Betrachten von nur zwei Knoten eines Stromkreises durchgeführt.

Open und short circuit sind zwei nützliche Punkte auf der V-I-Kurve.

Insbesondere:

• Die Leerlaufspannung ist die Spannungsdifferenz, die zwischen zwei Klemmen gemessen wird, wenn kein Strom gezogen oder zugeführt wird.
• Der Kurzschlussstrom ist der Strom, der fließt, wenn die Klemmen gezwungen sind, eine Spannungsdifferenz von Null zu haben.

Wir verwenden diese beiden Werte in den äquivalenten Schaltungen von Levin und Norton.

Verwendung in robustem Design

Im praktischen Design möchten wir, dass die Schaltungen, die wir bauen, sowohl die normalen Bedingungen überstehen, für die sie ausgelegt sind, als auch einige ungewöhnliche Bedingungen, die gelegentlich auftreten, aber keine dauerhaften Schäden verursachen dürfen.

Offene Stromkreise treten auch dann auf, wenn sie unerwünscht sind. Zum Beispiel, wenn etwas getrennt oder unplugged ist, haben wir einen offenen Stromkreis Zustand.

Kurzschlüsse treten auch dann auf, wenn sie unerwünscht sind. Zum Beispiel, wenn ein Stecker kurzzeitig über zwei Klemmen kurzschließt, während er eingesteckt wird, oder eine winzige Metallrasur an der falschen Stelle landet, haben wir einen Kurzschlusszustand.

Wenn möglich, sollten offene und kurze Schaltungen an verschiedenen Stellen innerhalb des Stromkreises vorgesehen werden, insbesondere an exponierten Ein- und Ausgängen. Wir sollten so planen, dass Ausfälle vorübergehend und / oder behebbar sind, z. B. mit einem Leistungsschalter.

Verwendung in der Fertigung

Absichtliche R = 0 Ω-Widerstände (Kurzschluss) werden manchmal zu einer Leiterplatte hinzugefügt, weil der Konstrukteur die Flexibilität wünscht, den Wert zu ändern, ohne die Leiterplatte später neu gestalten zu müssen, wenn er in Zukunft einen Serienwiderstand ungleich Null (oder eine andere Serienkomponente) hinzufügen möchte.

In ähnlicher Weise werden manchmal absichtliche Jumper-Pads (offener Stromkreis) hinzugefügt, da der Konstrukteur die Flexibilität haben möchte, einen Abschnitt später anzuschließen, um möglicherweise einen parallelen Widerstand hinzuzufügen.

Beide können flexible Änderungen bei gleichen Herstellungskosten ermöglichen. Dies hält die Stückkosten niedrig und vermeidet teure Redesignzeiten.

Was kommt als nächstes?

Im nächsten Abschnitt, Thevenin Equivalent und Norton Equivalent Circuits, werden wir sehen, wie das Zwei-Terminal-Konzept angewendet werden kann, um eine vereinfachte Annäherung an das zu machen, was in der „Black Box Circuit“ oben beschriftet ist.