Elektronik Tipp: Messgeräte, Multimeter, Anschaffung

mAngeregt durch ein Gespräch, welches ich zufällig beim Arzt mit einem ebenfalls im Wartezimmer wartenden Hobbyelektroniker geführt habe, möchte ich mal ein paar Zeilen zum Thema Messgeräte bzw. Multimeter schreiben.

Sobald man sich mit Elektronik im weitesten Sinne beschäftigt, wird es bei Zeiten notwendig, mal das eine oder andere elektrische Geschehen zu messen. Steht schon ein Multimeter oder ähnliches zur Verfügung, ist das eigentlich kein großes Unterfangen. Einschalten, anschließen und messen.

Wenn man jedoch vielleicht gerade ein neues Messwerkzeug sucht oder mit dem (Elektronik) Hobby beginnt, kommt manchmal die Frage auf, was für eine Variante es werden soll. Im Allgemeinen wird man wohl immer zu Multimetern greifen, da sie in der Lage sind, verschiedene Aufgaben zu erledigen. Meist geht es um Spannung, Strom und Widerstand, die aktuellen Geräte können aber dann doch mehr, je nachdem, was man ausgeben möchte.

Grundfunktionen

Folgende Funktionen sollte ein Multimeter auf jeden Fall besitzen:

  • Strom im Ampere Bereich (min. 10A).
  • Strom im mA Bereich (oft bis 500mA).
  • Spannung bis 500V DC/1000V AC.
  • Widerstand bis 10 Megaohm.
  • Diodentest.
  • Akustisch unterstützter Durchgangsprüfer.

Sinnvoll aber nicht unbedingt Pflicht, ich möchte allerdings nicht darauf verzichten:

  • Kapazität.
  • Induktivität.
  • Frequenz und Temperatur (Temp. über einen externen Messfühler).
  • Automatische Bereichsumschaltung.

Luxus, aber auch diesen möchte ich nicht mehr vermissen:

  • USB Anschluss mit geeigneter Messsoftware für den PC
  • Transistor Verstärkungsfaktor Messung

Analoges MultimeterAnaloge Varianten

Ehe jetzt jemand ‚diese alten Dinger‘ schreit sei erwähnt, dass die Ausführungen mit Zeiger durchaus ihre Berechtigung haben. Einer der größten Vorteile ist eben der, dass die Strom- und Spannungsmessungen bei vielen Geräten keine eigene Stromversorgung benötigen und sich deshalb nicht aus Energiespargründen abschalten müssen. Ebenso werden, durch die Trägheit des Meßwerkes, u. U. Störungen bzw. Spitzenwerte ausgeglichen und recht stabile Werte angezeigt. Dies kann von Vorteil, aber auch von Nachteil sein. Es ist einfach davon abhängig, was man messen möchte. Ich nutze meine Analogmultimeter z. B., wenn ich Ladeströme und/oder Akkuspannungen über einen längeren Zeitraum erfassen möchte und das Loggen via PC nicht möglich ist.

Display MMDigitale Ausführungen

Die Masse der benutzten Multimeter wird allerdings digital sein. Bei präzisen Messungen ist bei diesen ein Ablesefehler eher die Ausnahme, die Messwerte sind i. d. R. präzise bis hinter das Komma. Eigentlich sind hier nur die Qualität und die Auflösung der Werte, dass Zünglein an der Waage. Von der Ausstattung her gibt es einfache Varianten mit den Grundfunktionen bis hin zu kompletten Messlaboren incl. Oszilloskop.

 

Bei gelegentlichen Niederspannungsmessungen an Leuchtdioden, Batterien oder ähnlichem, muss man sich sicherlich nicht die teuersten Geräte auf den Tisch legen. Wer sich aber täglich an 230V Leitungen begeben muss, sollte doch schon darauf achten, dass vor allem die Sicherheitsrelevanten Eigenschaften seines Messgerätes stimmen. Wer professionell mit Strom und Spannung zu tun hat, wird aber meist ohnehin auf andere Geräteklassen zurückgreifen :-)

Eigentlich wollte ich hier auch noch ein paar Tipps zum Umgang mit diesen Geräten geben, merke aber beim Schreiben, dass dieses Thema zu umfangreich ist, um ‚mal eben‘ abgehandelt zu werden. Dazu werde ich wohl einen eigenen Beitrag erstellen.

Messen...

 

Natürlich geht’s auch so :mrgreen:

 

 

Möchte man ununterbrochen Messungen über einen längeren Zeitraum vornehmen, sollte das Messgerät Unterstützung durch den Computer anbieten. Auf diese Weise lassen sich u.a. Entladekurven von Akkus oder die Stabilität einer Stromversorgung aufzeichnen. Leider habe ich viele Multimeter erlebt, die sich auch bei angeschlossenem PC nicht davon abbringen lassen, sich nach einigen Minuten abzuschalten. Einer Langzeitmessung ist das natürlich eher abträglich. Zusätzlich sollte auch vorher ein Blick auf die mitgelieferte Software geworfen werden, oft ist diese nicht mehr, als die Verlagerung des Displays auf den Computermonitor, die Schnittstelle sollte dann ggf. verfügbare Alternativsoftware unterstützen.




Wer sein Hobby schon längere Zeit betreibt, hat sehr oft mehrere DMM (Digital Multi Meter) im Einsatz. Meist ein teureres, welches am Arbeitstisch verbleibt und ein mobil genutztes, dass zum Einsatz kommt, wenn sich das Messobjekt nicht zum Tisch bringen lässt (Multimeter 2 go :mrgreen: ). Für den stationären Einsatz sollte über ein Tischgerät nachgedacht werden. Diese sind standfester und haben idealerweise eine eigene Stromversorgung. Bei den Geräten zum Umhertragen, ist auch die Beschaffenheit des Gehäuses zu beachten. Es ist sehr frustrierend, wenn nach der 3. Benutzung der Ständer abbricht oder die Display-Schutzscheibe herausfällt. Brauchbare Tischgeräte bekommt man ab ca. 150€, die normale mobile Bauart schon ab ca. 50€, wenn man eine bestimmte Grundausstattung wünscht. Soll es etwas mehr an Funktionen und auch Qualität sein, muss man in etwa das doppelte kalkulieren, hier bestätigen aber auch Ausnahmen die Regel. Man kann durchaus auch Glück mit Sonderangeboten oder Discounterware haben! Es kann aber eben auch passieren, dass man eher ein ‚Schätzeisen‘ als ein Multimeter erhält. Idealerweise sollte beim Neukauf vorher ggf. ein Rückgaberecht vereinbart werden.

 

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Android App: ElectroDroid

electrodroid_screenshot_app_android_www.michael-floessel.deAls Elektroniker hat man ja des öfteren (wenn nicht immer) auch mit Mathematik und Berechnungen zu tun. Daneben gibt es auch Farbcodes, Simulatoren und andere Dinge, die man nicht immer im Kopf hat. Hier gibt’s ElectroDroid (Goolge Play), eine nette App, die sich als Helferlein für diese Sachen bereitstellt. Zusätzlich noch der Link zur Entwicklerseite, es gibt wohl weitere Versionen für andere Betriebssysteme. Ich habe mich allerdings nur um die Androidversion gekümmert, schaut am besten selber mal nach ;-)

Das Tool gibt es in einer kostenlosen und einer Pro Version, welche dann 1,99€ kosten will. Bisher habe ich nur die Free-Version installiert, sie hat bislang für mich völlig ausgereicht.

Einige der Funktionen:

  • Widerstandsfarbcode
  • SMD Widerstandscode
  • Spulenfarbcodes
  • Ohmsches Gesetz
  • Blindwiderstand
  • Spannungsteiler
  • Vorwiderstände LED
  • NE 555
  • LM 317
  • Verlustleistung
  • noch einige mehr!

Eine gute Wahl, um einige Dinge von seinem Androiden erledigen zu lassen :-)

 

Wenn man darüber hinaus noch günstiges Elektronikzubehör sucht, ist Reichelt immer eine gute Wahl: 



reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik


(Affiliate)

Berechnung des Stromverbrauchs mal zerlegt

Beispielbild zu einem Artikel auf www.michael-floessel.de - Energiekosten PCWer hier öfter vorbeischaut, hat vielleicht auch meinen Artikel zum Thema ‚Tipps zum Stromsparen‚ gelesen. Es gab dazu einiges an Mailverkehr, mehrfach auch Anfragen, wie diese Kostenrechnungen aufgebaut sind. Eine gute Gelegenheit für mich zu versuchen, dass mal auseinander zu nehmen. Hoffentlich kommt was verständliches dabei raus :mrgreen:

 

 

Watt, Kilowatt, Stunde, Kosten

Im Prinzip beruht die Rechnung auf der Multiplikation der Leistungsaufnahme eines Gerätes mit der Zeit, in der es in Betrieb ist. Deswegen halte ich auch die Bezeichnung kW/h für fraglich, hier wird nichts geteilt, eher kW*h. Ich bleibe da lieber bei kWh, aber im Prinzip hier jetzt auch egal :-D

Kilo kommt von 1000, aus diesem Grunde gibt man die Leistungsaufnahme i.d.R. in kW an, also in Kilowatt. 1kW sagt aus, dass hier 1000 * 1 W Leistungsaufnahme vorliegen. Da spielt die Zeit noch keine Rolle. Auch ist es falsch, von 1 kW Stromaufnahme zu sprechen. Watt = Leistung, nicht Strom = Ampere!

Bei 1000 W wäre die Stromaufnahme (P = U * I -> Leistung in Watt berechnet man, indem Strom (I) und Spannung (U) multipliziert werden bzw. die Formel entspr. umstellt) 1000W : 230V = 4,34 A, um den Unterschied kurz anzuschneiden. Um sich da nicht in Einheiten und Abkürzungen zu verirren, muss man so ein paar Grundkenntnisse im Hinterkopf behalten. Das hier aber nur am Rande, um Missverständnisse zu reduzieren.

Zurück zum Thema…

Ich gehe mal einfach von folgenden Gegebenheiten aus:

  • Ein Gerät das nicht permanent in Betrieb ist
  • 1000W Leistungsaufnahme
  • Stromkosten 0,25€ für die kWh

Benutzt man nun dieses Gerät, nimmt es 1000 W an Leistung auf. Also 1 kW. Erstmal einfach so.  Nun kommt die Zeit in’s Spiel. Hier werden die Leistungsangaben auf die Zeit bezogen. Läuft das Gerät eine Stunde lang, hat es 1 kW in der Stunde aufgenommen, also 1 kWh. Da die kWh 25 Cent kostet, hat es eben auch genau diesen Betrag an Kosten verursacht. Bleibt das Gerät nur 30 Minuten in Betrieb, also 0,5 Stunden, muss man 1000 W * 0,5 Stunden rechnen, das ergibt 0,5 kWh, bei 0,25€ pro kWh Stromkosten ist folgerichtig die Stromrechnung um 12,5 Cent gestiegen.

Wichtig ist bei der Berechnung, die Zeit in Stunden und die Leistung in kW als Werte zu nutzen. Man kann da schnell durcheinander kommen, die Zeit bezieht sich ja immer auf 60 Minuten, nicht auf 100. Eine Viertelstunde sind eben 0,25 Stunden, nicht 0,15. Irgendwie hat man gerne die Minuten im Gedankengang, passiert jedenfalls mir gerne.

Und natürlich die Kilowatt’s und Watt’s :-D

  • 1 W = 0,001 kW
  • 10 W = 0,01 kW
  • 100 W = 0,1 kW
  • 1000 W = 1 kW

So, und nun hoffe ich, dass irgendwer mit dem Geschreibsel hier was anfangen kann :mrgreen:

 

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 2

So, nun der nächste Teil zu dem Beitrag hier.

Bitte haltet mich nicht für arrogant, ich möchte mit solchen Blogbeiträgen einfach nur versuchen, einem Elektronikfan Tipps zu geben, um erfolgreich seinem Hobby nachzugehen ohne allzuviel Theorie mit sich herum zu schleppen. Es ist aber schwierig Erfolge zu verbuchen, wenn man bestimmte Grundkenntnisse nicht hat. Beschreibt mal jemandem das Autofahren, der den Unterschied zwischen Gas und Bremse nicht kennt ;-) Wer keine Erfolge in seinem Hobby verbuchen kann, wird schnell frustriert aufgeben, das wäre schade!

Zum eigentlichen Thema! Wenn benötigt, gehe ich übrigens in den Beispielen immer von einer Betriebsspannung von 12V bei einem maximalen Strom von 1A aus.

Strommessung - - www.michael-floessel.de

Dieses kleine Schaltbild soll mal eine einfache Strommessung darstellen und den Stromfluss verdeutlichen. Der Strom würde vom Pluspol durch das Messgerät und den Widerstand zum Minuspol fließen. An +/- liegt währenddessen die Spannung von 12V an. Je höher der Widerstandswert ist, desto weniger Strom wird fließen. Die Baugröße des Widerstandes hat übrigens in der Realität wenig mit dessen Widerstandswert zu tun, eher mit der Leistung, die er ‚verbraten‘ kann. Egal ob mann nun den Widerstand oder das Messgerät entfernt oder die Verbindung kappt, der Stromfluss wäre unterbrochen. An +/- würde aber trotzdem die Versorgungspannung anliegen. Auch wenn der Widerstand bei mehren 1000 Ohm liegt, werden die 12V unverändert an den Eingängen zu messen sein, ebenso wenn der Widerstandswert sehr klein ist. Lediglich wenn die Stromversorgung überfordert ist, wird irgendwann auch die Eingangsspannung zusammenbrechen, davon gehe ich in den Beispielen aber nicht aus. Eine Strommessung muss also immer innerhalb des fließenden Stromes stattfinden. In der Praxis kann es durchaus vorkommen, dass man zu diesem Zweck mal ein Bauteil auslöten oder eine Leiterbahn unterbrechen muss. Es gibt allerdings mittlerweile auch Messgeräte, die den Strom u. U. ohne Eingriff in die Schaltung erfassen können, kommt auf die Gegebenheiten an.

Spannungsmessung - - www.michael-floessel.de

Im Unterschied zur Strommessung wird die Spannung an den jeweiligen Bezugspunkten gemessen. Hier im Bild einfach an + und -. Zusätzlich ist rechts ein Taster ‚T‘ zu erkennen. So wie er jetzt gezeichnet ist, kann kein Strom fließen. Die Spannung wäre aber an +/- trotzdem zu messen. Beim Drücken von ‚T‘ würde wieder ein Strom fließen, die Spannung an +/- würde sich dadurch aber nicht ändern. Wenn man nun das Amperemeter aus dem ersten Bild in der gezeigten Weise in die Schaltung einfügt, würde bei geschlossenem ‚T‘ ein Stromfluss angezeigt werden. Wie hoch dieser ist, wird durch den Widerstand in der Schaltung festgelegt.

Innerhalb einer Schaltung gibt es natürlich dann auch wieder verschiedene Stellen, an denen man bestimmte Details messen kann. Hier ändern sich natürlich die Bezugspunkte und auch die Werte, die man erwarten kann. Dazu schreibe ich bei Zeiten aber noch einiges mehr ;-) Mit diesen Beispielen hier würde man die Gesamtstromaufnahme und die Betriebsspannung einer Schaltung messen.

Also nochmal als Zusammenfassung:

  • Strom, gemessen in Ampere, Formelzeichen ‚I‘, fließt durch die Bauteile.
  • Spannung, gemessen in Volt, Formelzeichen ‚U‘, liegt an den Bezugspunkten an.
  • Widerstand, gemessen in Ohm, Formelzeichen ‚R‘, wird durch vorgegebene Werte festgelegt.

 

Strom, Spannung, Widerstand, Kennzeichnungen – 1

IRUStrom, Spannung und Namen

Bei relativ vielen Anfragen die ich bekomme, werden die Begriffe Strom und Spannung bunt durcheinander gemischt. Nebenbei, in Radio + TV kommt das auch gern‘ vor :-D

Jedenfalls ist es sinnvoll, diese Begriffe richtig einzuordnen. Wenn man selber etwas elektronisches aufbauen möchte und dazu vielleicht auch eine kleinere Berechnung nötig ist, kommt man um ein sauberes trennen der Begriffe nicht herum. Es ist nicht möglich einen Vorwiderstand zu berechnen, wenn der Unterschied zwischen Strom, Spannung und Widerstand nicht klar ist.

In einer der letzten Emails stand z.B. in etwa das folgende:

‚In meiner Platine fließen 12 Volt bei 2 Ampere‘.

Laut mitgesendetem Stromlaufplan war es ein mit dem NE555 aufgebautes Lauflicht. 3x NE 555 mit jeweils 2 LEDs parallel, einfach Schaltung für Schaltung hintereinander geschaltet, kaskadierbar. Kann man so machen, sollte auch funktionieren, braucht aber niemals 2 Ampere, jedenfalls nicht, wenn alles richtig aufgebaut ist. Gemeint war, wie so oft, es stehen 2 A zur Versorgung zur Verfügung. Deswegen benötigt die Schaltung diese aber nicht. Man KANN dann die Stromversorgung bis zu 2 Ampere belasten, das heißt nicht, dass die Elektronik diese auch braucht. Gilt übrigens auch für PC-Netzteile! Ein 400W Netzteil KANN diese Leistung bringen, muss aber nicht. Braucht der PC weniger Strom, wird auch das Netzteil nur das liefern, was benötigt wird.

Jedenfalls ist es dann auch per Ferndiagnose via Email schwierig, den richtigen Faden zu finden. Wenn 2 LEDs 2 Ampere ziehen (mehr als 2 sind nie gleichzeitig in der Schaltung aktiv), denke ich zuerst an Kurzschluss oder ähnliches. War da aber nicht der Fall, es waren einfach falsch verbaute LEDs.

Ich versuche, URI mal aufzudröseln:

  • Die Spannung ist das, was in einer Schaltung zwischen 2 Punkten zur Verfügung steht. Die Betriebsspannung z.B. liegt nach dem Einschalten an. Dort, wo sie in die Schaltung eingespeist wird. Egal, ob schon ein Strom fließt oder nicht. Sie wird in Volt angegeben, in den Formeln kurz ‚U‘.
  • Der Strom fließt innerhalb einer Schaltung. Er kann niemals fließen, wenn kein geschlossener Stromkreis zur Verfügung steht. Würde man z. B. die Leiterbahn unterbrechen, die von den Klemmen der Stromversorgung zur eigentlichen Elektronik führt, wird auch kein Strom durch die Schaltung fließen. Die Spannung würde an den Einspeisepunkten aber trotzdem zur Verfügung stehen. Der Strom wird in Ampere gemessen, in Formeln ‚I‘.
  • Der Widerstand reduziert den Stromfluss! Je höher ein Widerstand ist, desto weniger Strom wird fließen. Das können auch lange oder dünne Leitungen sein, es muss nicht unbedingt der Widerstand als Bauteil sein. Sobald ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird vom Eingang zum Ausgang des Widerstandes auch ein Spannungsabfall messbar sein. Das ist physikalisch einfach so, wenn man sich nicht näher mit dem Elektronenfluss beschäftigen möchte, einfach so hinnehmen :-D Der Widerstand hat die Einheit Ohm, Formelzeichen ‚R‘. Zum Thema Rechnen & Elektronik steht auch immer wieder was hier im Blog, einfach die Suche nutzen oder in der Kategorie ‚Elektronik‘ schauen.

O.K., soviel wollte ich gar nicht schreiben. Aber zur Verdeutlichung schicke ich nachher wohl noch einen Artikel hinterher :mrgreen:

 

 

Tipp: LM317T, einfacher Spannungsregler

LM 317 T

Da ich oft auf einstellbare Spannungsquellen zu Bastelzwecken angesprochen werde, hier ein Vorschlag für eine preiswerte Lösung. Für die meisten Modellbauexperimente und Elektronikbasteleien, sollte das Teil eigentlich ausreichen.

LM317T, einfacher Spannungsregler, Fehler, InformationenEr ist schon ein paar Jährchen alt und hat seine Schwächen, reicht aber in vielen Fällen aus:

Das Bauteil

Eigentlich ist er ein integrierter Schaltkreis. Also ein IC, welches eine komplette Spannungsregelung enthält. Braucht man eine einstellbare Ausgangsspannung und kommt mit max. 1,5 Ampere an Strom aus (typabhängig), ist er eine günstige Lösung, welche mit 4-5 externen Bauteilen zufrieden ist, um ein geregeltes Netzteil aufzubauen. Jedenfalls dann, wenn man keine Besonderheiten in die Schaltung einfügt, bzw. davon verlangt.

Link zum Datenblatt!

Eckdaten:

  • 1,2V – 37V Ausgangsspannung (max. ca. 3V unter Eingangsspannung)
  • max. 40V Eingangsspannung
  • max. 1,5 Ampere, je nach Typ
  • interne Strombegrenzung
lm317t_beispiel

Hier eine einfache Beispielschaltung für eine einstellbare Ausgangsspannung von 1,2V – ca. 20V. Geht man von 1 Ampere maximalem Ausgangsstrom aus, liegt man eigentlich immer richtig. Allerdings sollte ein Auge auf die Temperatur des 317 geworfen werden, ein mittlerer Kühlkörper schadet sicher nicht. Vor allem dann, wenn bei gering eingestellter Ausgangsspannung ein höherer Strom fließt. P = U * I!

Wenn man also bei z.B. 24V Eingangsspannung nur 2V am Ausgang benötigt, dabei aber 1A an Strom fließt, sind das immerhin rund 22 W, die das IC da verbraten muss.

LM317T Belegung

 

Ach ja, auf die Anschlüsse achten! Von links nach rechts sind dies:

Adjust, Out, In!

 

 

 

Es gibt natürlich mittlerweile viele Lösungen, die effizienter und auch eleganter arbeiten als der alte 317T., für eine preiswerte und vor allem mit geringem Aufwand zu realisierende Lösung, betrachte ich ihn aber immer noch als gute Wahl.

 

Elektronik Tipps: Transistor und Gleichstromverstärkung (B)

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deTransistor und Gleichstromverstärkung (B)

Im Artikel zur Funktion eines Transistors war die Rede vom Verstärkungsfaktor ‚B‘.

‚B‘ gibt an, um ein wie Vielfaches der Kollektorstrom (also der Strom vom Kollektor zum Emitter) höher ist, als der Basisstrom.

Schaltbild Transistor

Nehmen wir das mal ein wenig auseinander.

Wenn in einem Transistor von der Basis zum Emitter KEIN Strom fließt, ist er gesperrt. Vom Kollektor kann also auch kein Strom zum Emitter fließen.

Jetzt gibt es bei jedem Transistor einen Bereich, in dem ein (meist recht geringer) Stromfluss von der Basis den Transistor leitend macht.

Dies bedeutet, dass auch ein Strom vom Kollektor zu Emitter fließen kann. Aber wie hoch wird dieser sein?

Hier kommt ‚B‘ ins Spiel

Ein ‚B‘ von 100 würde bedeuten, dass bei einem Basisstrom von 1mA einen Kollektorstrom von 100mA fließen kann.

Natürlich nur dann, wenn dieser möglich ist. Wird durch weitere Bauteile in der Schaltung (z.B. ein Widerstand am Emitter) der Stromfluss schon begrenzt, dann wird auch nur dieser max. mögliche Strom fließen können.

Dabei muss man immer beachten, dass sich am Emitter der Stromkreis schließt! Ein dort vorhandener Widerstand wird den Basisstrom UND den Kollektorstrom beeinflussen!

Allerdings ist größtenteils der Basisstrom so gering, dass z.B. ein Vorwiderstand der LED (siehe unteres Schaltbild) von 560 Ohm keine allzu große Auswirkung auf den Basisstrom hätte. Arbeitet man aber aus irgendwelchen Gründen an den Grenzwerten des Transistors, kann dies schon zum Tragen kommen.

Transistor_Beispiel

In diesem Schaltbild ist eine einfache Ansteuerung einer LED aufgeführt.

Der Vorwiderstand R2 der LED ist so dimensioniert, dass bei voll geöffnetem Transistor nur die max. zulässigen 20mA für die LED fließen. Irgendwann hätte es also keinen Sinn den Basisstrom weiter zu erhöhen, wenn der maximale Strom durch die LED bereits erreicht ist.

Wie in der Transistorfunktion schon beschrieben, ist irgendwann keine Erhöhung des Kollektorstroms mehr möglich, der Transistor ist so weit offen, wie es geht.

Wird nun der Basisstrom weiter erhöht, wird der Transistor übersteuert. Arbeitet der Transistor als Schalter (also nur LED ein oder aus), ist dies meist in bestimmten Grenzen erwünscht, um sicherzustellen, dass der Kollektorstrom sein Maximum erreicht hat. Allerdings sollte man das in Grenzen halten (einige %), um das Bauteil nicht zu zerstören.

Um so etwas genau abzustimmen, muss unbedingt das Datenblatt des entspr. Typen zurate gezogen werden. Hier kann man anhand von Daten und Diagrammen ermitteln, ab welchem Basisstrom der Transistor leitend wird und wo sein Maximum liegt.

Innerhalb dieser Grenzen liegt dann der aussteuerbare Bereich. Das heißt, dass zwischen dem Punkt, ab dem der Transistor öffnet und dem, an dem er völlig leitend ist, jede Basisstromänderung eine Kollektorstromänderung um den Faktor ‚B‘ bewirkt.

Dies wird u. a. beim Audioverstärker ausgenutzt, um mit einem schwachen Musiksignal (z.B. vom MP3 Player) einen großen Lautsprecher zum Schwingen zu bringen. Leider ist dazu noch einiges an weiterer Elektronik notwendig. Unter anderem deshalb, weil der Aussteuerbereich eines einzigen Transistors dazu viel zu gering ist.

Hier kommt dann auch die Spannung von der Basis zum Emitter zum Tragen

Schaltbild Transistor

Die Strecke Basis-> Emitter (B-E), kommt einer Diodenstrecke gleich.

Dies bedeutet nun, dass der Bereich, in dem der Transistor leitend wird, dort eine Spannung von ca. 0,6-0,7V benötigt. Darunter wird kein ausreichender Basisstrom fließen und der Transistor nicht arbeiten.

Ein typischer Kleinsignaltransistor hat seinen Aussteuerbereich ca. bei 0,6-0,9V Spannung an B-E. Darunter leitet er nicht, darüber wird er übersteuert.

Daran kann man vielleicht schon erkennen, welcher Aufwand nötig werden kann, um einen Spannungsbereich von z.B. 0-2V auf 0-24V im Aussteuerbereich zu verstärken. (Dazu kommt aber auch noch ein eigener Blogbeitrag :-D )

Zusätzlich muss man im Hinterkopf behalten, dass kaum zwei identische Transistoren auch absolut den gleichen ‚B‘ besitzen. Oft wird schon im Datenblatt eine Toleranz für ‚B‘ angegeben, z.B. 100-140.

Durch die Exemplarstreuung ist dies nicht zu vermeiden. Will man also unbedingt so haargenau in diesem Bereich arbeiten, muss einiges an Abstimmmöglichkeiten geschaffen werden.

Im Modellbaubereich und der Digitaltechnik ist der Transistor aber zum Glück zu 99% als Schalter eingesetzt – an oder aus. Hier kommt man fast immer mit einfachen Faustformeln oder groben Überschlagsrechnungen aus.

Analog zum fließenden Wasser kann man sich ‚B‘ als Größe des Schiebers in einem Wasserhahn vorstellen. Und auch hier ist es eben so, dass es keinen Sinn macht, den Hahn noch weiter zu öffnen, wenn der Wasserstrahl nicht mehr stärker werden kann. Umgekehrt eben kein Wasserfluss, wenn der Wasserhahn geschlossen ist.

Zum guten Schluss noch die Formel zur Kollektorstromberechnung anhand von ‚B‘:

IC=IB*B
  • IC=Kollektorstrom
  • IB=Basisstrom
  • B=Verstärkungsfaktor ‚B‘

Eigentlich ja auch logisch:

Multipliziert man den Basisstrom mit ‚B‘, bekommt man den Kollektorstrom als Ergebnis.

 

Eselsbrücke: U=R*I

U=R*INicht lachen!

Es gibt viele Menschen, die auch eine einfache Formel nicht im Kopf auf die schnelle umstellen können, es klappt einfach nicht.

Hier hilft das ‚Mogeldreieck‘!

Einfach den gesuchten Wert mit dem Finger abdecken, die passende Formel bleibt über!

Wer sich näher mit der Elektronik beschäftigt, kommt um das ohmsche Gesetzt nicht herum, vielleicht ist es mit so einem Merke etwas leichter ;-)

 

 

Nochmal mein Senf zu Diskussionen um Strom, Benzin und die Mehrbelastung im Alltag

In der aktuellen Berichterstattung zur Stromverteuerung ist immer wieder zu lesen und hören, dass ein xx-Köpfiger Haushalt xx Euro an Mehrbelastung zu erwarten hat.

Warum wird das nicht immer konkret mit den Kilowattstunden angegeben? Es gibt 4-Personen Haushalte, die mit 4000 kWh auskommen, andere brauchen 7000. Von Durchlauferhitzer bis Heizung kann man das doch gar nicht pauschalisieren. Meist ist aber immer eine Personenanzahl als Bezug angegeben.

Fast alle Menschen, mit denen ich in den vergangenen Tagen gesprochen habe, sehen beim Bezug auf den Vorjahresverbrauch deutlich schlechter aus, als in den beispielhaften Angaben zur Haushaltsgröße.

In einem anderen Blog habe ich vorhin gelesen, dass man wegen der 50 Euro im Jahr nicht jammern sollte. Geht’s noch? Wegen der Sicherheit! Ich glaube ich spinne. Da hat sich aber jemand sehr schön von der Märchenwelt-Argumentation der Stimmungsmacher einwickeln lassen.

Das sind bei normalen Familien NIEMALS nur 50 Euro! Eher pro Person. Und warum soll der Verbraucher das alles tragen?

WARUM? Die Energieerzeuger haben sich in den letzten Jahren die Taschen mit gigantischen Gewinnen vollgestopft, es wäre mal an der Zeit, diese Gewinne zu nutzen! Andere Unternehmen müssen die Konkurrenzfähigkeit ihres Betriebes auch aus den Gewinnen meistern. Aber der Stromkunde hat bereits mit der vergangenen Rechnung das bezahlt, was er bekommen hat! es wurde ihm nichts geschenkt. Er zahlt aber mit der aktuellen Rechnung schon Kosten, welche noch gar nicht angefallen sind. Und für die er in anderen Geschäftsmodellen gar nicht aufkommen müsste. Und darüber hinaus ist jetzt schon sicher, dass er für die Zukunft Dinge bezahlt, die noch gar nicht vorhanden sind.

Da kommen als ernst gemeinter Vorschlag Energieberater auf’s Tablett. Schön! Ich kann, wenn nötig, die Kosten eines Gerätes auf 3 Stellen hinter dem Komma berechnen. Tu‘ ich auch! Und was nützt mir das? NIX! Schon alleine deswegen, weil ich keine Ahnung habe, welchen Vorwand man sich in Zukunft einfallen lassen wird, um wieder mehr abzugreifen.

Und weil niemand in der Politik WIRKLICH den Willen oder die Fähigkeit bzw. Macht hat, etwas an den Energiepreisen zu reglementieren, muss ich jeden Cent der über ist dafür ausgeben, die aktuellen Kosten zu decken. Klar frisst ein neuer Kühlschrank evtl. weniger. Wovon soll man ihn denn noch bezahlen? Für viele stellt sich die Wahl zwischen einem neuen Gerät ODER der Notwendigkeit, aktuelle Abschläge und Nachzahlungen auszugleichen.

Es gibt hauptsächlich zwei Themen, welche mir im Augenblick sauer Aufstoßen. Nein, eigentlich nicht die Themen, eher die sehr oft sinnlos dahergelaberten Vorschläge zur Lösungen und die angeblichen Gründe, warum man doch Verständnis haben soll .

Strompreise

Energieberater sollen helfen…

Schön, dann weiß ich, was in meinem Haushalt viel verbraucht. Und dann? Kriegen die Haushalte (vor allem die Geringverdiener, Hartz 4 Empfänger oder alleinigen Brötchenverdiener) dann die sparsameren Geräte umsonst oder wenigstens WESENTLICH günstiger? Nein! Im Gegenteil! Hintenrum wird ja auch damit Umsatz generiert. Wer sich neues leisten kann, der wird auch Geld in Umlauf bringen. Diese Menschen werden aber auch meist nicht in den Genuss des Gefühls der Angst  kommen, im nächsten Jahr vielleicht ohne Strom dazustehen. Der Rest kann eben schauen, wo er bleibt. Und ja, solche Fälle gibt es nicht nur bei Hartz 4 Empfängern!

Nebenbei habe ich alle Standby Verbraucher auf das absolut notwendigste reduziert. Die Großgeräte sind nicht sehr alt, mein Verbrauch ist seit Jahren gesunken oder zumindest in etwa gleich geblieben. Trotzdem zahle ich seit Jahren nach, immer im kleinen bis mittleren (dreistelligen) Bereich. Und Entschuldigung, ich lebe nicht in einer Höhle, ich will nicht soweit kommen aus Sparsamkeitsgründen demnächst hier mit Petroleumlampen beleuchten zu müssen. Aber auch egal, dann wird Petroleum innerhalb einiger Jahre 50 Euro pro Liter kosten und ich muss neue, EU-Norm gerechte Lampen kaufen, sonst erlischt jeder Versicherungsschutz. Aber vielleicht liegt alles ja auch daran, dass bei der in Zukunft gewünschten Elektromobilität der Strom eben das nicht mehr verkauft Benzin ausgleichen soll.

Benzinpreise bzw. Fahrtkosten

‚Dann muss man halt mit dem Fahrrad zur Arbeit fahren’…

Ey, mir fliegt der Kopf weg. Das soll mir derjenige, der eine solche Scheiße von sich gibt, mal vormachen. Einfache Fahrt 30 km zur Arbeit. Mit dem Rad, jeden Tag! Und nebenbei, wer 8-10 Stunden am Tage gestanden hat, schweres geschleppt oder zusammengebaut hat, ist bestimmt immer scharf darauf, dann noch 10-30 km Fahrrad zu fahren! Und nicht vergessen, bei allen Infos die Realität im Auge zu halten. Es gibt auch Winter, -10°C, Schnee, Eis und vieles anderes. Und natürlich sind alle Menschen unter 30 und kerngesund.

‚Ein Auto mit weniger Verbrauch kaufen’…

Ja logisch, wer den Sprit kaum noch löhnen kann, hat ja mal eben 20.000 Euro für einen anderen Wagen über. Meiner braucht ca. 7,5 Liter/100 Kilometer. Was soll sich denn da noch rechnen?

‚Bus und Bahn‘

Ja bestimmt doch. Klappt immer, egal wohin. Kostet auch bestimmt weniger. Das ich nicht lache! Mal als Beispiel:

Eine Fahrt mit dem Bus von Duisburg Walsum bis zum Centro in Oberhausen dauert ca. 70 Minuten, wenn man Glück hat. WENN! In der Realität kommt aber der erste Bus so viel zu spät, dass man den Anschluss mit Sicherheit nicht bekommt. Dann sind das schon 1,5 Stunden. Für ca. 19 Kilometer… Übrigens kann man per Tagesticket mit Preisstufe A fahren. Das Monatsticket für diese Strecke gibt es aber nur in Preisstufe B. ist halt so. Habe ich Ende 2011 selber erfahren dürfen, als ich mal ca. 6 Wochen kein Auto hatte. Und wenn man dann noch am Samstag/Sonntag ran muss, wird das noch viel schlimmer. Da sind 2 Stunden mal zur Sicherheit einzuplanen. pro Tour. Hin und zurück irgendwo zwischen 3 und 4,5 Stunden. Großartig! Falls der Bus nicht einfach weg ist, weil er so voll war, dass niemand mehr hinein gepasst hat.

Nebenbei, habe ich nicht gerade noch lesen müssen, das man in der aktuellen Arbeitswelt flexibel sein muss? Auch längere und wirklich lange Arbeitswege in Kauf zu nehmen hat? Kann man aber irgendwann nicht mehr, wenn die Fahrtkosten den Unterschied zwischen ‚es geht gerade noch‘ oder ‚es ist kein Geld mehr da‘ ausmachen.

Und immer mal im Hinterkopf behalten:

Im Gegensatz zur anscheinend gängigen Meinung mancher, arbeiten nicht alle 8-17 Uhr im Büro! Viele Menschen, die dieses Land am Atmen halten, sind immer noch mit Körpereinsatz arbeitende, Handwerker und Malocher eben. Verkäufer(innen) und viele andere, die 8 Stunden (und oft mehr) rennen, stehen, Kartons stapeln und was weiß ich noch alles.

Klappt bestimmt super, wenn z.B. der kleine Dachdeckerbetrieb demnächst seine Leitern und Werkzeuge mit dem Rad zur 50 km entfernten Baustelle fährt. Oder die kleine Schlosserei besser das Material klebt anstatt zu schweißen, für die Maschinen kann leider der Strom nicht mehr bezahlt werden. Geht nicht? Ach! Die können dann ja einfach die Preise erhöhen! Logisch, wird von den Kunden sofort toleriert, Preiserhöhungen kommen im harten Wettbewerb immer gut. Von den Arbeitnehmern mal ganz zu schweigen, die jeden Tag wechselnde Einsatzorte haben. Macht aber nix, die haben ja immer ein Firmenfahrzeug, immer…

Mal einige Links aus den letzten Jahren, ohne Wertung, nur zum Verständnis und zur Information. 

Pendler in NRW – RP Online, Februar 2012

Fahrrad für den Arbeitsweg – Zeit Online

Keine Flexibilität bei Jobsuche – Handelsblatt

Verbraucher tragen Stromkosten der Industrie – Wirtschaftswoche

Änderungen bei Minijobs – www.iww.de

Jeder 4. nur Armutslohn – Spiegel Online

1600 Euro Netto im Monat – Süddeutsche.de

3127 Euro Brutto im Monat – Süddeutsche.de

Und ebenso wichtig: Von 400 Euro kann man natürlich leben, Fahrtkosten sind bei 400 Euro-Jobs bestimmt niedriger weil näher am Wohnort, Durchschnittslohn in Deutschland 2500 Euro Brutto. Alles Aussagen, die man immer wieder hört und liest und die einem suggerieren sollen, wie gut es doch die Deutschen haben. Im Vergleich zu irgendwo vielleicht, ich lebe aber nicht in ‚Irgendwo‘. Ich lebe im Land der Aufstocker und Reichen, in dem Land, in dem auch meine Beiträge und Ausgaben seit Jahrzehnten andere bereichert haben! Ich zahle meine Steuern in Deutschland und muss meinen Lebensstandard nicht auf Knien dankend mit dem der 3. Welt vergleichen lassen!

Da lese ich auch gerade noch das Argument mit der Pendlerpauschale… Haben einige mal ausgerechnet, was ein ’nicht gut Verdiener‘ mit 3 Kindern und Frau so an Lohnsteuer im Jahr bezahlt? Und dann mal nachgefragt, wie viel man wohl wiederbekommen kann? Na?

Ich könnte noch ewig viel dazu schreiben, es kommt immer ein neuer Gedanke auf, jetzt lasse ich es mal gut sein. Leider werden es die, die ich gerne ansprechen möchte nicht lesen. Jedenfalls nicht hier…

Deutschland mag kein schlechtes Land sein, noch nicht. Aber es gibt recht große Anstrengungen einiger Personen und Gruppen, dies schnell zu ändern.

So, auch das musste raus!

 

Elektronik Tipps: Funktionsprinzip NPN Transistor

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deDer Transistor

Mit den folgenden Zeilen will ich mal versuchen, die grundsätzliche Funktion des NPN Transistors zu beschreiben.

Es ist zwar bei einigen Menschen umstritten, zur Illustration halte ich mich dabei aber an das Wassermodell, es ist m. M. nach einer der besten Wege, die Arbeitsweise aufzuzeigen.

Das Wassermodell zeigt auf, wie sich ein Wasserkreislauf annähernd verhalten würde, wenn er mit den Funktionen eines elektronischen Bauelementes beeinflusst würde.

Einige Merkmale eines NPN-Transisitors (ohne Rücksicht auf Sonderbauformen!)

  • 3 Anschlussbeine, Basis, Collector, Emitter
  • Unterschiedlichste Bauformen
  • Reihenfolge der Anschlüsse nicht bei allen Typen gleich
  • Basis = Steueranschluss
  • Collector = positiver Anschluss
  • Emitter = negativer Anschluss, gemeinsamer Bezugspunkt

Schaltbild Transistor

 

C = Collector

B = Basis

E = Emitter

 

 

Collector (oder Kollektor, in der Elektronik ist eben Englisch der Stand der Dinge :-) )

Der Sammler. In der Regel der Anschluss, an dem die zu steuernde Spannung zur Verfügung steht. Diese wird über die Funktion des Transistors beeinflusst.

Basis

Der Steueranschluss. Über eine hier angelegte Spannung, bzw. den resultierenden Strom, wird der Transistor veranlasst, mehr oder weniger Strom vom Collector kommend fließen zu lassen. Beim Silizium NPN Transistor i.d.R. um die 0,7V positiver als der Emitter, um einen Strom vom Collector kommend fließen zu lassen.

Emitter

Der Versender, besser Ausgang. Hier fließen die von der Basis und vom Collector kommenden Ströme zusammen. Bei vielen Messungen ist er auch der Bezugspunkt.

Funktionsprinzip 

Transistor_Beispiel

Einfache Transistorschaltung zur Ansteuerung einer LED.

 

 

 

 

 

Wie man im obigen Schaltbild erkennen kann, soll dieser Transistor eine LED Ein und Ausschalten können. An seinem Collectoranschluss liegt die volle Betriebsspannung, der Emitter liegt an der LED, soll also nach Masse (-) durchschalten. An der Basis liegt keine Spannung an, das Poti wäre auf Masse/0V eingestellt.

Gesperrter NPN Transistor

 

Im Wassermodell würde sich das so darstellen, dass der Wasserdruck zwar anliegt, durch die geschlossene Klappe aber nicht fließen kann.

 

 

 

Öffnender NPN Transistor

Würde man nun das Poti aufdrehen, läge über dem Vorwiderstand eine gegenüber dem Emitter positive Spannung an. Bei/ab ca. 0,7V beginnt der Transistor zu leiten, abhängig vom Typ.

Kommt beim Wassermodell analog zu oberen Beschreibung auf die Basis ebenfalls Wasserdruck, beginnt sich die Klappe beginnt zu öffnen, das Wasser fließt.

Man verzeihe mir die Tatsache, dass die Druckverhältnisse in Bezug auf die Klappengröße nicht stimmen dürften :mrgreen:

An dieser Stelle bitte beachten, dass im Gegensatz zum Wassermodell die Basis eines Transistors nur einen sehr viel geringeren Strom benötigt, als durch den Collector fließen kann. Dies ist allerdings und sogar eine der Grundvoraussetzungen, um mit einem kleinen Strom einen großen fließen lassen zu können.

Trasnsistor offen

Irgendwann ist der Basisstrom so groß, dass der Transistor nicht mehr weiter öffnen kann. Er ist vollständig leitend.

Eine weitere Erhöhung des Basisstromes hätte keine weitere Wirkung mehr, der Transistor würde übersteuert. Am Emitter fließen die Ströme von Basis und Collector zusammen.

Wird der Strom über die Anschlüsse zu groß, wird das Beuteil zerstört. Die wichtigsten Größen finden sich im Datenblatt des jeweiligen Typs. Es gibt Transistoren für die verschiedensten Anwendungen, manche optimiert für das Schalten von Lasten, andere zur Verstärkung hoher Frequenzen und noch viele weitere.

In dem einfachen Beispiel oben arbeitet der Transistor als Schalter. Auf oder Zu. Wenn man den Steuerbereich der Basis sehr fein auswählt, kann er auch als Verstärker arbeiten. Eine (sehr) geringe Änderung des Basisstromes wird den Collectorstrom sofort in gleichem Sinne umgesetzt.

Der Bereich, in dem der Basisstrom sich ändern muss, ist in sehr kleinen Grenzen gehalten. Hier spielt der Verstärkungsfaktor ‚B‘ eine Rolle. Auf diesen gehe ich aber in einem separaten Artikel ein. Zur Verständnis nehme ich aber mal vorweg, dass bei einem ‚B‘ von 100, eine Änderung des Basisstromes um 1 mA eine Änderung des Collectorstromes von 100mA zur Folge hätte usw.

 Das Prinzip mal in einer einfachen Animation:

Animation zum Funktionsprinzip des NPN Transistors - www.michael-floessel.de

 

Kleine Animation zu steigendem/sinkendem Kollektorstrom nach Anlegen der Basisspannung.

 

 

 

Mir ist klar, dass eine so einfache Beschreibung der Vorgänge weitere Fragen aufwirft und Details übergeht. Ich hoffe, in den demnächst folgenden Beispielen diese Punkte so gut wie möglich klären zu können.

Zum PNP-Transistor werde ich natürlich auch noch einen eigenen Beitrag schreiben. Aus Erfahrung weiß ich, dass dieser (warum auch immer… ;-) ) mehr Verständnisprobleme mit sich bringt. Ich habe nur gerade keine Idee, wie ich das umsetzen soll ;-) *kopfkratz*

Rein technisch oder physikalisch

Wer mit meiner Darstellung der Funktionsweise nicht gut zurechtkommt, bei Wikipedia oder Elektronik-Kompendium sind die Erklärungen garantiert auch nicht schlecht!