Strom- und Spannungsmessgeräte
Strom- und Spannungsmessgeräte - Richtig messen
Für die Amateurfunk-Prüfung musst du wissen, wie Spannungsmessgeräte und Strommessgeräte richtig angeschlossen werden - und wie Messfehler die Ergebnisse beeinflussen.
- Spannungsmessgerät: Steht am Rand und schaut zu (parallel) - darf den Verkehr nicht stören → muss hochohmig sein
- Strommessgerät: Steht mitten im Strom (in Reihe) - darf den Fluss nicht bremsen → muss niederohmig sein
Fragen AI101-AI102: Messgeräte richtig anordnen
Frage AI101: Wo werden die Messgeräte angeschlossen?
Frage AI101 zeigt einen Endverstärker (PA) und fragt nach der richtigen Anordnung für die Messung der Gleichstrom-Eingangsleistung:
Warum ist das richtig?
- Spannungsmessgerät bei 1: Misst die Versorgungsspannung parallel zur PA - Position 1 ist direkt an der Spannungsquelle
- Strommessgerät bei 3: Misst den Strom in der Zuleitung zur PA - muss in Reihe (im Stromfluss) liegen
- Spannung U: Am Eingang der Schaltung (parallel)
- Strom I: Der in die Schaltung fließt (in Reihe)
Frage AI102: Strommessgeräte erkennen
Frage AI102 zeigt verschiedene Messgeräte und fragt, welche Strommessgeräte sind:
Warum? Strommessgeräte erkennst du daran, dass sie in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet sind - der Strom fließt durch das Messgerät hindurch. Spannungsmessgeräte liegen dagegen parallel zum Verbraucher.
- Strommessgerät: Liegt IM Stromkreis (Leitung unterbrochen, Messgerät dazwischen)
- Spannungsmessgerät: Liegt PARALLEL zum Bauteil (zwei Anschlüsse an verschiedenen Punkten)
Frage AI103: Messfehler bei Leistungsberechnung
Frage AI103 fragt: Wenn Spannungs- und Strommessgerät jeweils 5 % zu wenig anzeigen - um wie viel wird die Leistung falsch bestimmt?
Warum nicht einfach 10 %? Die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom:
Wenn beide Werte um 5 % zu niedrig sind:
- Angezeigter Wert: $U_{anz} = 0{,}95 \times U_{real}$
- Angezeigter Wert: $I_{anz} = 0{,}95 \times I_{real}$
Das sind 90,25 % des wahren Wertes - also 9,75 % zu wenig!
- Wahre Werte: 10 V × 10 A = 100 W
- Angezeigte Werte: 9,5 V × 9,5 A = 90,25 W
- Fehler: (100 - 90,25) / 100 = 9,75 %
Frage AI104: Strom durch das Multimeter
Frage AI104 fragt: Ein Multimeter hat 10 MΩ Innenwiderstand. Bei einer Messung von 0,5 V - welcher Strom fließt durch das Gerät?
Warum? Das Ohm'sche Gesetz gilt auch für Messgeräte:
Warum ist das wichtig? Ein Spannungsmessgerät muss hochohmig sein, damit es der Schaltung kaum Strom entzieht. 10 MΩ ist ein typischer Wert für Digitalmultimeter - dadurch fließen nur wenige Nanoampere.
- $1\,\text{M}\Omega = 10^6\,\Omega$ (Mega = Million)
- $1\,\text{nA} = 10^{-9}\,\text{A}$ (Nano = Milliardstel)
- $1\,\mu\text{A} = 10^{-6}\,\text{A}$ (Mikro = Millionstel)
Frage AI105: HF-Leistungsmessung mit Thermoumformer
Frage AI105 fragt: Welches Messgerät eignet sich zur genauen Messung der effektiven Leistung eines modulierten Signals bis in den oberen GHz-Bereich?
Warum ist das richtig? Der Thermoumformer nutzt ein geniales Prinzip:
- Der HF-Strom fließt durch einen dünnen Draht
- Der Draht erwärmt sich proportional zur Stromstärke
- Die Temperatur wird gemessen und als Stromwert angezeigt
Vorteile des Thermoumformers:
- Frequenzunabhängig: Funktioniert von DC bis in den GHz-Bereich
- Wellenformunabhängig: Misst korrekt bei Sinus, Rechteck oder modulierten Signalen
- Effektivwert: Zeigt automatisch den RMS-Wert (thermisch wirksamer Wert)
- Oszilloskop: Zeigt Signalform, aber keine direkte Leistungsanzeige
- Diodentastkopf: Spitzenwertgleichrichter - bei modulierten Signalen ungenau
- Digitalmultimeter: Nicht für hohe Frequenzen ausgelegt
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort / Merke |
|---|---|---|
| AI101 | Messgeräte-Anordnung | Spannung bei 1 (parallel), Strom bei 3 (in Reihe) |
| AI102 | Strommessgeräte erkennen | 2, 3, 4 - liegen IN REIHE im Stromkreis |
| AI103 | Messfehler Leistung | 5% + 5% = 9,75% (nicht 10%!) |
| AI104 | Strom durch Multimeter | $I = U/R = 0{,}5\,\text{V} / 10\,\text{M}\Omega = 50\,\text{nA}$ |
| AI105 | HF-Leistungsmessung | Thermoumformer (frequenzunabhängig, Effektivwert) |
- Spannungsmessung: PARALLEL schalten, HOCHOHMIG (MΩ)
- Strommessung: IN REIHE schalten, NIEDEROHMIG
- Fehler multiplizieren sich: Bei $P = U \times I$ addieren sich relative Fehler nicht einfach!
- HF-Leistung: Thermoumformer = frequenzunabhängig, misst Effektivwert
Wissenskontrolle
0 / 5 Fragen richtigWie sollten Strom- und Spannungsmessgeräte zur Feststellung der Gleichstrom-Eingangsleistung des dargestellten Endverstärkers (PA) angeordnet werden?
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Für die Messung der Gleichstrom-Eingangsleistung werden verschiedene Messgeräte verwendet. Bei welchen der Instrumente in der Abbildung handelt es sich um Strommessgeräte?
Ein Spannungs- und ein Strommessgerät werden für die Ermittlung der Gleichstromeingangsleistung einer Schaltung verwendet. Das Spannungsmessgerät zeigt 10 V, das Strommessgerät 10 A an. Falls beide dabei im Rahmen ihrer Messgenauigkeit jeweils einen um 5 % zu geringen Wert anzeigen würden, würde man die elektrische Leistung um ...
Für ein digitales Multimeter ist folgende Angabe im Datenblatt zu finden: Kleinste Auflösung 100 μV, Innenwiderstand 10 MOhm in allen Messbereichen. Sie messen eine Spannung von 0,5 V. Welcher Strom fließt dabei durch das Multimeter?
Zur genauen Messung der effektiven Leistung eines modulierten Signals bis in den oberen GHz-Bereich eignet sich ...