Strom- und Spannungsmessgeräte Klasse A

Kniff: Gebraucht werden Spannung und Strom, beide an der PA. Spannung wird quer gemessen, also parallel zur Speisung — Platz 1. Der Strom muss durch das Messgerät hindurch und zwar genau der der PA, also in Reihe in dem Zweig, der zur PA führt — Platz 3. Die Plätze 2 und 4 liegen zwar auch in Reihe, führen aber den falschen Strom: bei 2 fließt PA und TX zusammen, bei 4 nur der TX.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Spannungsmessgerät bei 1, Strommessgerät bei 2. – Die Spannung ist richtig angeschlossen, der Strom nicht: durch 2 fließt der Strom der PA und der des TX gemeinsam. Man erhielte die Leistungsaufnahme der ganzen Station, nicht die der PA.
• Spannungsmessgerät bei 3, Strommessgerät bei 4. – Beides verkehrt. Ein hochohmiges Spannungsmessgerät bei 3 liegt in Reihe und schneidet die PA von der Versorgung ab; bei 4 fließt nur der Strom des TX.
• Spannungsmessgerät bei 3, Strommessgerät bei 1. – Die Plätze genau getauscht. Ein Strommessgerät bei 1 liegt quer über der Speisung, also als Kurzschluss am Netzteil, und ein Spannungsmessgerät bei 3 unterbricht den Weg zur PA.

Kniff: Die Bauart verrät die Lage. Ein Strommessgerät muss vom Strom durchflossen werden und liegt deshalb in Reihe in seinem Zweig; ein Spannungsmessgerät liegt quer. In der Zeichnung liegen 2, 3 und 4 jeweils in Reihe in einer Leitung, nur 1 hängt quer über der Speisung. Welchen Strom die drei jeweils anzeigen, ist eine andere Frage — gefragt ist nur, welche Instrumente Strommessgeräte sind.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 1, 2 und 3 – Bei 1 stimmt es nicht: der Platz liegt quer über der Speisung. Ein Strommessgerät ist dort ein Kurzschluss über das Netzteil — das ist der Platz für das Spannungsmessgerät.
• 2, 4 und 1 – Wieder ist 1 dabei, obwohl dieser Platz quer liegt. Und 3 fehlt, obwohl es in Reihe im Zweig zur PA liegt und deren Strom führt.
• 1, 3 und 4 – Auch hier ist der Querzweig 1 mitgezählt, und 2 fehlt, das genau wie 4 in Reihe in der oberen Leitung liegt.

Die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom. Sind beide Faktoren um 5 % zu klein, wird das Produkt um 0,95 · 0,95 verfälscht — also auf 90,25 %.

Lösungsweg:

1. Beide Anzeigen: Faktor 0,95
2. Leistung: 0,95 · 0,95 = 0,9025
3. Abweichung: 1 − 0,9025 = 0,0975, also 9,75 % zu niedrig

Kniff: Die Fehler addieren sich nicht, sie multiplizieren sich. Deshalb sind es nicht 10 %, sondern 9,75 % — die fehlenden 0,25 % sind das Produkt der beiden Einzelfehler.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 10,25 % zu hoch bestimmen. – Die Richtung stimmt nicht: Zu kleine Messwerte ergeben eine zu kleine Leistung.
• 5 % zu niedrig bestimmen. – Nur ein Fehler gerechnet. Beide Messgeräte liegen daneben, und beide gehen ins Produkt ein.
• 5 % zu hoch bestimmen. – Falsche Richtung und nur ein Fehler berücksichtigt.

Das Messgerät liegt mit seinem Innenwiderstand parallel zur Messstelle. Der Strom durch das Gerät ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz aus Messspannung und Innenwiderstand.

Lösungsweg:

1. I = U / R
2. I = 0,5 V / 10 000 000 Ω
3. I = 0,00000005 A = 50 nA

Kniff: Die Angabe zur Auflösung von 100 μV steht nur da, um abzulenken — sie hat mit dem Strom nichts zu tun. Gebraucht werden nur die 0,5 V und die 10 MΩ.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 500 nA – Eine Zehnerpotenz zu viel — das wäre ein Innenwiderstand von 1 MΩ.
• 200 nA – Entspräche 2,5 MΩ. Angegeben sind 10 MΩ.
• 10 nA – Hier wurde die 10 aus "10 MΩ" als Ergebnis übernommen, ohne zu rechnen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI104

Ein Thermoumformer misst die Wärme, die das Signal in einem Widerstand erzeugt. Wärme entsteht immer nach dem echten Effektivwert — unabhängig von Kurvenform, Modulation und Frequenz.

Kniff: Nur die Wärme lügt nicht. Ein Diodentastkopf misst den Spitzenwert und rechnet ihn auf einen Sinus um — bei moduliertem Signal ergibt das einen falschen Wert.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ein Digitalmultimeter. – Ein gewöhnliches Multimeter arbeitet bis in den Kilohertzbereich. Im Gigahertzbereich zeigt es nichts Brauchbares mehr an.
• ein Messgerät mit Diodentastkopf. – Die Diode gleichrichtet und liefert den Spitzenwert. Bei moduliertem Signal ist der Rückschluss auf den Effektivwert falsch.
• ein Oszillograf. – Ein Oszilloskop zeigt den Verlauf, aber es misst keinen Effektivwert — und bei Gigahertz reicht seine Bandbreite meist nicht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AI105