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Praktische Elektronik


Wir messen die Spannung in Schaltungen.


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Spannungen messen

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Spannungen messen

Wir haben bisher auf das Messen von elektrischen Größen wie Strom und Spannung verzichtet. Dennoch haben wird eine gewisses Verständnis für Zusammenhänge in elektronischen Schaltungen erworben. Um Zusammenhänge in der Elektronik beurteilen zu können ist es jedoch unerlässlich elektrische Werte zu messen. In der Digitaltechnik ist es einfach: LED reichen aus, um den Zustand 0 oder 1 zu bestimmen. In der Analogtechnik kommen wir nicht um ein Messgerät herum.

Wir werden uns zunächst mit der Messung von Spannungen befassen. Das hat folgende Gründe:

1.
Spannungen kann man leicht messen
2.
Die Schaltung muss nicht verändert werden, um Spannungen zu messen.
3.
Spannungen zu messen ist relativ ungefährlich für uns und die Schaltung
  • Aber wir messen nur Spannungen bis 24V.

Welches Messgerät?

Wer noch kein Messgerät hat, jetzt nicht umhin, eins zu kaufen.

Es ist empfehlenswert ein Multimeter, das Spannungen, Ströme und Widerstände messen kann. Beim Messen kann es immer wieder zu Fehlern kommen. Sie können fatale Folgen haben. Das Messgerät sollte uns unterstützen Fehler zu vermeiden.

Der häufigste und fatalste Fehler ist im Strom-Messbereich Spannungen zu messen. Wenn beim Umschalten des Messgeräts leicht auf Strommessung umgeschaltet werden kann, ist damit ein Schaden am Messgerät oder der Schaltung vorprogrammiert.

Deshalb sollten wir unbedingt ein Gerät verwenden, dass dieses nicht zufällig zulässt. Wir brauchen ein Gerät mit mindestens drei, am besten vier Messbuchsen.

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Bild 1: Die vier Buchsen eines geeigneten Multimeters
  • Dazu gehören auch geeignete Prüfleitungen und -spitzen.

Regeln beim Messen

  • Anfänger messen nur an Schaltungen mit Sicherung, unter 24V und 500mA.
1.
Vor dem Messen den Kopf einschalten
2.
Ist die richtige Messart am Messgerät eingeschaltet
3.
Besondere Vorsicht beim Messen von Strom
4.
Ist der richtige Messbereich eingeschaltet
  • Moderne Messgeräte wählen automatisch den Messbereich
  • Bei Strommessung kann das Gerät durch zu große Ströme zerstört werden.
5.
Nach dem Messen wird immer die Messart Spannung gewählt.
  • Niemals das Messgerät in der Messart Strom weglegen.
  • Wer diese Regeln nicht befolgt, bezahlt später.

Wir messen Spannungen

Wir messen einfach die Schaltungen aus dem Praktikum Reihenschaltung nach.

Reihenschaltungen_mit_LED_1.png Reihenschaltungen_mit_LED_2.png Reihenschaltungen_mit_LED_3.png Reihenschaltungen_mit_LED_4.png Reihenschaltungen_mit_LED_5.png Reihenschaltungen_mit_LED_6.png

Bild 2: Reihenschaltungen mit LEDs

Messgerät vorbereiten

1.
Messleitungen an das Gerät anschließen.
  • Wir verwenden die Buchsen für Spannungsmessung COM = schwarz und VΩ = rot.
  • Die schwarze Messleitung ist Plus, die rote Minus
2.
Wir schießen die Messleitungen noch nicht an.
3.
Wir wählen die Messart V- (nicht V~).
4.
Bei einem Gerät mit manueller Bereichswahl wählen wir 20V oder höher (10V gibt es meistens nicht und 2V oder 4V sind zu gering).

Messung vorbereiten

Häufig werden die Messwerte später benötigt. Wir legen also Papier und Stift bereit.

Für unseren Fall sollten wir unsere Messungen detailliert protokollieren.

Messung durchführen

Spannungsmessung.png
Bild 3: Spannungsmessung mit einem Voltmeter
1.
Messung der Batteriespannung
  • Schwarz an Minus, Rot an Plus
  • Der Wert 4,xx wird angezeigt. Der genaue Wert hängt von der Batterie oder dem Netzgerät ab. Es kommt vor, das die letzte Stelle schwankt.
  • Den Wert notieren: Ubat =
  • Wenn wir die Messleitungen vertauschen, zeigt das Gerät -4,xx an. Eben, wir messen die umgekehrte Polarität.
2.
Messung der Spannungen in Schaltung 1
  • Schwarz an Minus, Rot an die Kathode der LED1: Der Wert sollte 0,00 sein.
  • Rot an Anode der LED1: Der Wert sollte zwischen 1,7V und 3,3V sein. Er hängt von der Farbe der LED1 ab. Bei einer roten LED1 ist es um 1,8V. Wir notieren den Wert Uled.
  • Wir messen die Spannung am Widerstand R1. Schwarz an den Anschluss, der mit der LED1 verbunden ist und Rot an Plus der Batterie. Wir notieren den Wert U1.
  • Wir rechnen nach: ist
      U1 + Uled =? Ubat
  • Wer Glück hatte, bei dem stimmt die Summe mit der Batteriespannung überein. Ansonsten: Willkommen in der Praxis. Die Theorie stimmt nicht? Doch, aber unser Messgerät nicht. Es mag noch so genau sein, aber eben nie völlig.
3.
Messung der Spannungen in Schaltung 2
  • Ist ähnlich wie Schaltung 2. Stimmt jetzt die Summer der Spannungen?
4.
Messung der Spannungen in Schaltung 3
  • Die Spannung an der LED3 sollte der Batteriespannung entsprechen.
5.
Messung der Spannungen in Schaltung 4
  • Die Spannung an LED4 ist etwas geringer als in Schaltung 1
  • Die Spannung an R4 und R5 sollte gleich sein. Fasst. Die Abweichung liegt aber nicht am Messgerät, sondern weil R4 und R5 nicht genau gleich sind.
6.
Messung der Spannungen in Schaltung 5
  • Wie hoch sind die Spannungen an den LEDs? Die Spannung an der grünen LED sollte höher sein als die an der roten.
  • Die Summe der Spannungen an den LEDs und dem Widerstand sollte die Batteriespannung ergeben.
7.
Messung der Spannungen in Schaltung 6
  • An welchem Bauelement fällt die gesamte Batteriespannung ab?

Regeln

  • Spannung wird immer parallel zu den Anschlüssen des Bauelements gemessen.
  • Der schwarze Anschluss liegt an Minus, der rote an Plus.
  • Die Schaltung muss nicht verändert werden.
  • Die Messwerte sind nie völlig genau. Die Abweichung hängt von der Genauigkeit des Messgeräts ab.

Ströme bestimmen

Wie wir in dem Praktikum Ströme messen sehen werden, ist das Messen von Strömen nicht so einfach wie Spannungen zu messen. Aber wir können Ströme berechnen.

In Schaltung 1 haben wird die Spannung U1 am Widerstand R1 beispielsweise mit 1,7V bestimmt. Der Widerstand R1 ist 1kΩ. Mit

I1 = U1 / R1
I1 = 1,7V / 1kΩ
I1 = 1,7V / 1000Ω
I1 = 0,0017A
I1 = 1,7mA

können wir den Strom durch R1 berechnen. Wir haben das ausführlich beschrieben. Letztlich war es sehr einfach: der Strom in mA entspricht der Spannung am 1kΩ Widerstand in Volt.

attention So simpel ist es auch wieder nicht.
Die Regel Spannung in Volt entspricht Strom in mA, trifft nur für den Widerstanswert 1kΩ zu. Oben stand schließlich:

I1 = U1 / R1

Wir müssen dividieren!

Aber eines können wir mitnehmen:
Wenn wir die Spannung in Volt einsetzen und den Widerstand in kΩ, ergibt sich der Strom in mA:

I1 = U1 / R1
I1 = 1,7V / 1kΩ
I1 = 1,7mA
Attention :-) Wer sich unsicher fühlt, verwendet einfach das Tool Ohm. Mamit kann der Strom durch beliebige Widerstände aus dem Spannungabfall berechnet werdem.

Regeln

  • Wenn die Spannung an einem Widerstand gemessen wurde, kann der Strom durch den Widerstand mit
   I = U / R

bestimmt werden.

  • Wenn die Spannung in Volt (V) eingesetzt wird und der Widerstand im Ohm (Ω), ergibt sich der Strom in Ampere (A).
  • Wenn die Spannung in Volt (V) eingesetzt wird und der Widerstand im Kiloohm (kΩ), ergibt sich der Strom in Milliampere (mA).