Reihenschaltung vs. Parallelschaltung: Strom, Spannung, Ersatzwiderstand, Kondensatoren und Batterien
Bauteile hintereinander in einer Linie zu verbinden ist eine Reihenschaltung; sie nebeneinander mit verbundenen Enden anzuordnen ist eine Parallelschaltung. In Reihe fließt durch jedes Bauteil derselbe Strom, und die Spannung teilt sich auf die Bauteile auf. Parallel liegt an jedem Bauteil dieselbe Spannung, und der Strom teilt sich auf. Deshalb addieren sich Widerstände in Reihe, während der Ersatzwiderstand parallel der Kehrwert der Summe der Kehrwerte ist und sogar kleiner wird als der kleinste Widerstand. Nur bei Kondensatoren sind die Formeln umgekehrt: Parallel addieren sie sich, in Reihe gilt die Kehrwertformel.
| Merkmal | Reihenschaltung | Parallelschaltung |
|---|---|---|
| Gemeinsame Größe | Strom (durch jedes Bauteil fließt derselbe Strom) | Spannung (an jedem Bauteil liegt dieselbe Spannung) |
| Aufgeteilte Größe | Spannung, im Verhältnis der Widerstände aufgeteilt (Spannungsteiler): 2 kΩ und 1 kΩ an 12 V ergeben 8 V und 4 V | Strom, umgekehrt proportional zu den Widerständen aufgeteilt (Stromteiler): 3 A durch 10 Ω und 20 Ω teilen sich in 2 A und 1 A |
| Ersatzwiderstand | R = R1 + R2 + …: 100 Ω, 200 Ω und 300 Ω ergeben 600 Ω | 1/R = 1/R1 + 1/R2 + …: 100 Ω, 200 Ω und 300 Ω ergeben etwa 54,5 Ω; bei zwei Widerständen Produkt durch Summe |
| Ersatzkapazität (Kondensatoren) | 1/C = 1/C1 + 1/C2 + …, sie wird also kleiner: 10 µF und 22 µF ergeben etwa 6,88 µF | C = C1 + C2 + …, sie addiert sich: 10 µF und 22 µF ergeben 32 µF |
| Ersatzinduktivität (ohne magnetische Kopplung) | L = L1 + L2 + … (gleiche Form wie bei Widerständen) | 1/L = 1/L1 + 1/L2 + … (gleiche Form wie bei Widerständen) |
| Bauteil mit der größeren Leistung | Der größere Widerstand, da der Strom gleich ist (P = I²R) | Der kleinere Widerstand, da die Spannung gleich ist (P = V²/R); zwei gleiche Widerstände teilen sich die Leistung je zur Hälfte, die Nennwerte brauchen aber dennoch Reserve (Derating) |
| Wenn ein Bauteil unterbricht (offen ist) | Der Strom im ganzen Stromkreis hört auf | Durch die übrigen Bauteile fließt weiter Strom |
| Zusammenschalten von Batterien | Die Spannungen addieren sich (zwei 1,5-V-Batterien ergeben 3 V); die Kapazität (mAh) bleibt die einer Zelle | Die Spannung bleibt die einer Zelle; die Kapazitäten addieren sich, daher hält es länger |
| Beispiele aus der Elektronik | Spannungsteiler, Vorwiderstände zur Strombegrenzung von LEDs, hintereinanderliegende Wärmewiderstände (Sperrschicht → Gehäuse → Kühlkörper) | Parallelschalten von Leistungs-MOSFETs zur Senkung des Durchlasswiderstands, viele parallele Vias und Versorgungsleitungen zur Verringerung des IR-Drops, Entkopplungskondensatoren, Haushaltssteckdosen |
Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.