Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannung nach Widerstand berechnen


von J. F. (maerklinh0)


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Hallo Leute,
irgendwie stehe ich komplett auf dem Schlauch.
Ich habe folgende Schaltung:

+18V----------R1--[U1]----R2-------|
                                   |
                                   |
-18V-------------------------------|

R1 = 820 Ohm
R2 = 0,83 Ohm (Innenwiderstand des Bauelements) 
http://www.tme.eu/de/details/aqy212s/ssr-einphasen-relais/panasonic/

Als erstes I ausrechnen:
I = U / (R1+R2)
I = 18 / 820,83
I = 0,021A

U1 ausrechnen
U1 = R1 x I
U1 = 820 * 0,019
U1 = 17,22V

Irgendwie kommt mir die Spannung U1 zu hoch vor. Wo liegt mein Fehler?

von Michael B. (laberkopp)


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Jochen F. schrieb:
> Wo liegt mein Fehler?

Wahrscheinlich 2 Fehler:

a) wenn du +18 und -18 schreibst, liegen dazwischen 36V.

Wahrscheinlich meinst du +18V und Masse mit 0V.

b) I hast du richtig berechnet und dann den Spannungsanfall an R1 auch, 
aber das ist der Spannungabfall an R1, nicht die Spannung am Punkt U1.

Die Spannung am Punkt U1 ist U-U(R1), also 18-17.22, also 0.78V 
gegenüber Masse mit 0V.

c) wenn es wirklich von +18V nach -18V wäre, also 36V, wäre der Strom 
doppelt so hoch und die Spannung an U1 -16.44V

von J. F. (maerklinh0)


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Michael B. schrieb:
> Jochen F. schrieb:
>> Wo liegt mein Fehler?
>
> Wahrscheinlich 2 Fehler:
>
> a) wenn du +18 und -18 schreibst, liegen dazwischen 36V.
>
> Wahrscheinlich meinst du +18V und Masse mit 0V.

Richtig. Mein Fehler

> b) I hast du richtig berechnet und dann den Spannungsanfall an R1 auch,
> aber das ist der Spannungabfall an R1, nicht die Spannung am Punkt U1.
>
> Die Spannung am Punkt U1 ist U-U(R1), also 18-17.22, also 0.78V
> gegenüber Masse mit 0V.

Alles klar.

> c) wenn es wirklich von +18V nach -18V wäre, also 36V, wäre der Strom
> doppelt so hoch und die Spannung an U1 -16.44V

Ich habe mir die Schaltung hier auf die schnelle zusammen gebastelt. Für 
R1 habe ich einen Trimmer verwendet und als Spannungsquelle das 
Schaltnetzteil das ich später verwende. Wenn ich nun die Spannung mit 
dem Messgerät nach R1 messe komme ich auf die 16,44V

Jetzt bin ich endgültig verwirrt.

von Route_66 H. (route_66)


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Jochen F. schrieb:
> Ich habe mir die Schaltung hier auf die schnelle zusammen gebastelt.

Wie?
Zeigen!

Dein verlinktes Bauelement hat nur im angesteuerten Zustand die 0,83 
Ohm. Wie steuerst du es an?

von Der Andere (Gast)


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Jochen F. schrieb:
> Wenn ich nun die Spannung mit
> dem Messgerät nach R1 messe

Von wo nach wo misst du?
Eine Spannung ist immer eine Potentialdifferenz.

Das ist wie mit Höhenlinien auf einer Karte.
Wenn du von 2200m Seehöhe zu 1800m gehst hast du -400m Höhe gewonnen. 
Trotzdem bist du gegenüber Meerlevel noch auf 1800m
So ist das mit der Spannung. Masse entspricht Meelevel.

von Stefan K. (stefan64)


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Jochen F. schrieb:
> Als erstes I ausrechnen:
> I = U / (R1+R2)
> I = 18 / 820,83
> I = 0,021A
>
> U1 ausrechnen
> U1 = R1 x I
> U1 = 820 * 0,019
> U1 = 17,22V

Bei diesen Werten verfälscht Deine Rundung das Ergebnis sehr:

I = U / (R1+R2)
I = 18V / 820,83 Ohm
I = 0,021929A

U1 ausrechnen
U1 = R1 x I
U1 = 820 Ohm  * 0,021929A
U1 = 17,9818V

U2 = 0,83 Ohm * 0,021929A
U2 = 0,0182V = 18,2mV

Nachdem R1 ungefähr 1000 * R2 ist, kannst Du mit hinreichender 
Genauigkeit auch mit einem Blick sagen, daß an R1 ca. 1000 mal soviel 
Spannung wie an R2 abfällt (siehe auch die Werte oben, 17,98V <-> 
18,2mV).

Gruß, Stefan

von Michael B. (laberkopp)


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Jochen F. schrieb:
> Ich habe mir die Schaltung hier auf die schnelle zusammen gebastelt. Für
> R1 habe ich einen Trimmer verwendet

Na auf was hast du ihn denn gestellt ? Stellst du ihn auf 0, geht sicher 
was kaputt.

> Wenn ich nun die Spannung mit dem Messgerät nach R1 messe komme ich
> auf die 16,44V

Bleibt für R2 1.56V.

Welche Anschlüsse des AQY212 hast du denn verwendet, den Eingang oder 
den Ausgang ?

Ich befürchte, daß du den Eingang verwendst, und bei ca. 20mA fallen 
dann ca. 1.2V an der LED ab.

Wenn du jedoch den Ausgang an Stelle von R2 verwendest, wäre das 
PhotoMOS normalerweise ABGESCHALTET und es fliesst fast gar kein Strom, 
egal wie der Trimmer steht, und wenn der Eingang des PhotoMOS mit Strom 
versorgt wird, das Ding also einschaltet, dann sind die 0.83 Ohm bloss 
typisch, maximal wären es 2.5 Ohm und weil deine LED viel zu viel Strom 
bekommt, 20mA statt der empfohlenen 3mA, wohl sogar eher weniger, also 
z.B. 0.5 Ohm

Ich befürchte, du hast die Grundlagen eines PhotoMOS rein gar nicht 
verstanden, und glaubst, die LED am Eingang würde den Widerstand des 
eingeschalteten Ausgangs haben.

An 18V= braucht das PhotoMOS am Eingang einen festen Vorwiderstand von 
6kOhm (5.6kOhm), und zwar richtig rum gepolt, verkehrtherum geht es 
kaputt, und wird dann den Ausgang niederomig (unter 2.5 Ohm) verbinden 
so daß Lasten bis 500mA eingeschaltet werden können.

von J. F. (maerklinh0)


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Michael B. schrieb:
> An 18V= braucht das PhotoMOS am Eingang einen festen Vorwiderstand von
> 6kOhm (5.6kOhm), und zwar richtig rum gepolt, verkehrtherum geht es
> kaputt, und wird dann den Ausgang niederomig (unter 2.5 Ohm) verbinden
> so daß Lasten bis 500mA eingeschaltet werden können.

Ich habe den PhotoMOS noch nicht hier. Ich bin gerade dabei die 
Schaltung zu entwickeln. Von daher bin ich dir für deine Ausführung 
dankbar.

Der Andere schrieb:
> Jochen F. schrieb:
>> Wenn ich nun die Spannung mit
>> dem Messgerät nach R1 messe
>
> Von wo nach wo misst du?
> Eine Spannung ist immer eine Potentialdifferenz.
>
> Das ist wie mit Höhenlinien auf einer Karte.
> Wenn du von 2200m Seehöhe zu 1800m gehst hast du -400m Höhe gewonnen.
> Trotzdem bist du gegenüber Meerlevel noch auf 1800m
> So ist das mit der Spannung. Masse entspricht Meelevel.

Hier ist mir heute morgen auf die Schnelle wohl ein Fehler unterlaufen. 
Ich habe heute Abend die Schaltung noch einmal mit einer LED als 
Verbraucher aufgebaut. Für die Konfusion muss ich mich entschuldigen.

+18V---------R1---------R2(LED)------|
                                     |
0V-----------------------------------|

Gemessen habe ich zwischen R1 und R2(LED) nach 0V. Hier hatte ich bei R1 
= 822 Ohm eine Spannung von 3,02V vor R2(LED).

Die Spannung vor R2 soll später 1,2V sein.

von Teo D. (teoderix)


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Jochen F. schrieb:
> Die Spannung vor R2 soll später 1,2V sein.

Warum?
Das hängt halt von der verwendeten, uns leider unbekannten, LED (< da 
unbedingt mal drauf klicken!) ab!?

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Mach's doch nicht so geheimnisvoll. Was willst du wirklich?

Möchtest du das Relais mit den 18V ansteuern und suchst den passenden
Vorwiderstand?

Falls ja:

Du brauchst einen Steuerstrom von mindestesn 3mA und höchtens 50mA. Bei
20mA beträgt der Spannungsabfall an der Eingangs-LED 1,2V (Abb. 7 im
Datenblatt). Der Vorwiderstand muss also (18V - 1,2V) / 20mA = 840Ω
haben. Die von dir angedachten 820Ω passen also ganz gut.

Es genügen aber auch schon 10mA, um das Relais sicher einzuschalten.
Bei 10mA beträgt der Spannungsabfall an der Eingangs-LED 1,17V. Der
Vorwiderstand muss in diesem Fall also (18V - 1,17V) / 10mA = 1683Ω
haben. Nimm 1,6kΩ (aus E24) oder 1,8kΩ (aus E12), und der Käse ist
gegessen.

Noch eine Anmerkung: Eine LED ist kein ohmscher Widerstand.

von J. F. (maerklinh0)


Angehängte Dateien:

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Es war nicht meine Absicht das ganze so chaotisch zu veranstalten.
Im Anhang die Schaltung. Der Lokdecoder mit 18V soll über die beiden 
Ausgänge DEC_LV & DEC_LH die beiden PhotoMOS schalten.

Dem Datenblatt des PhotoMOS habe ich folgende Werte für die LED 
entnommen:
1.25V und 0,9mA

Das ergibt mit der Rechnung R1 = R2 = (R18V - 1,25V) / 0,0009A = 18611 
Ohm

Mehr wollte ich eigentlich nicht. Nur versuche ich auch das zu 
verstehen.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Jochen F. schrieb:
> Dem Datenblatt des PhotoMOS habe ich folgende Werte für die LED
> entnommen:
> 1.25V und 0,9mA

Die 1,25V gelten für 50mA LED-Strom. Bei 18V Steuerspannung ist es
allerdings unerheblich, ob du mit 1V, 1,25V oder 1,5V rechnest.

Die 0,9mA Steuerstrom sind allerdings etwas knapp bemessen, da das
Relais erst ab 3mA garantiert einschaltet (Tab. 2 im Datenblatt). In
meinem letzten  Beitrag habe ich mit 10mA und 20mA gerechnet, um auf der
sicheren Seite zu sein.

Gerade sehe ich, dass das Datenblatt einen Steuerstrom von 5mA
empfiehlt. Bei 18V entspricht dies einem Vorwiderstand von 3,3kΩ. Darauf
beziehen sich auch die anderen Angaben, wie bspw. der On-Widerstand und
die Schaltzeiten.

von J. F. (maerklinh0)


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Yalu X. schrieb:
> Jochen F. schrieb:
>> Dem Datenblatt des PhotoMOS habe ich folgende Werte für die LED
>> entnommen:
>> 1.25V und 0,9mA
>
> Die 1,25V gelten für 50mA LED-Strom. Bei 18V Steuerspannung ist es
> allerdings unerheblich, ob du mit 1V, 1,25V oder 1,5V rechnest.
>
> Die 0,9mA Steuerstrom sind allerdings etwas knapp bemessen, da das
> Relais erst ab 3mA garantiert einschaltet (Tab. 2 im Datenblatt). In
> meinem letzten  Beitrag habe ich mit 10mA und 20mA gerechnet, um auf der
> sicheren Seite zu sein.
>
> Gerade sehe ich, dass das Datenblatt einen Steuerstrom von 5mA
> empfiehlt. Bei 18V entspricht dies einem Vorwiderstand von 3,3kΩ. Darauf
> beziehen sich auch die anderen Angaben, wie bspw. der On-Widerstand und
> die Schaltzeiten.

Danke.

Ich muß mir eine gute Formelsammlung für E-Technik anschaffen. Wird 
Zeit.

von Manfred (Gast)


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Jochen F. schrieb:
> Ich muß mir eine gute Formelsammlung für E-Technik anschaffen.
Jochen - auch diese hilft nicht gegen mangelndes Grundlagenwissen.

Teo D. schrieb:
> LED (< da unbedingt mal drauf klicken!)
Dieser Hinweis von Theo ist gut gemeint und sollte befolgt werden.

Zu Grundlagen verweise ich immer gerne aufs 
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/index.htm, da sind viele 
Dinge gut strukturiert aufzufinden.

Deine Fragestellung war vom Ansatz her falsch, weil die LED eine Diode 
ist und kein Widerstand. Es interessiert der Strom durch diese, die 
Spannung ist weitgehend egal.

Deine LED hat 1 Volt, die Versorgung ist 18 Volt und es sollen 10 mA 
fließen: (18-1)/0,010 = 1,700 Ohm.

Rückwärts: Wenn die LED 2 V haben würde (18-2)/1700 = 9,4 mA.
Hätte sie nur 0,8 Volt: (18-0,8) = 10,1 mA.

Merkst Du etwas? Richtig, durch den Widerstand prägt sich ein Strom ein, 
die Spannung der LED bzw. deren Widerstand ist zu vernachlässigen.

von J. F. (maerklinh0)


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Ich hatte zumindest Grundlagen vor 20 Jahren in der Ausbildung. Leider 
sind in der Zwischenzeit alle Unterlagen aus der Zeit abhanden gekommen. 
So langsam setzt da auch die ein oder andere Erinnerung ein. Ich habe 
das alles bis heute nicht gebraucht.

von Manfred (Gast)


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Jochen F. schrieb:
> Ich hatte zumindest Grundlagen vor 20 Jahren in der Ausbildung.
Gut, dann kannst Du meine drei Rechenbeispiele nachvollziehen?

Weiter vorne wurde Dir von Yalu X. ein konkreter Wert empfohlen, im 
Zweifel mache es einfach so.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Jochen F. schrieb:
> Ich muß mir eine gute Formelsammlung für E-Technik anschaffen.

Für so einfache Dinge brauchst du keine Formelsammlung. Mit den
folgenden einfachen Regeln kommst du schon sehr weit:

1. Für den Spannungsabfall U an einem Ohmschen Widerstand R, der vom
   Strom I durchflossen wird, gilt:

     U = I · R   (Ohmsches Gesetz)

2. Für die Reihenschaltung mehrerer Bauteile ist der Spannungsabfall Ug
   der gesamten Schaltung die Summe der einzelnen Spannungsabfälle U₁,
   U₂, U₃ ...:

     Ug = U₁ + U₂ + U₃ + ...

3. Für die Reihenschaltung ist der Strom durch alle Bauteile gleich:

     Ig = I₁ = I₂ = I₃ = ...

4. Für die Parallelschaltung mehrerer Bauteile ist der Strom Ig durch
   die gesamte Schaltung die Summe der Einzelströme I₁, I₂, I₃ ...:

     Ig = I₁ + I₂ + I₃ + ...

5. Für die Parallelschaltung ist der Spannungsabfall an allen Bauteilen
   gleich:

     Ug = U₁ = U₂ = U₃ = ...

Die Regel 1 kennst du wahrscheinlich schon, die Regeln 2 bis 5 sind so
trivial, dass man mit etwas gesundem Menschenverstand auch selber darauf
kommen kann. Für die Berechnung des Vorwiderstands einer LED brauchst du
nur die Regeln 1 bis 3.

Zusätzlich musst du wissen, welchen Strom die LED für einen sinnvollen
Betrieb benötigt und wie groß der Spannungsabfall bei diesem Strom ist.
Beides kannst du dem Datenblatt entnehmen.

Selbst wenn du kein Datenblatt zur Hand hast, bist du mit etwas
Erfahrung (zu der dir leider auch eine Formelsammlung nicht verhilft)
nicht komplett verloren:

Standard-LEDs sowie die LEDs in Optokopplern und Halbleiterrelais halten
i.Allg. mindestens einen Strom von 20mA aus und leuchten auch bei nur
5mA oder 10mA meistens schon ausreichend hell.

Der Spannungsabfall (bei (Leucht-)Dioden auch Flussspannung oder auf
englisch Forward Voltage genannt) hängt wegen der exponentiellen
I(U)-Kennlinie unter normalen Betriebsbedingungen nicht stark vom
Stromfluss ab. Man kann deswegen meist von festen Werten für die
Flussspannung ausgehen:

1
  LED-Farbe    Uf (Zirkawerte)
2
  ————————————————————————————
3
  infrarot          1,3V
4
  rot               1,9V
5
  gelb, grün        2,2V
6
  blau, weiß        3,4V
7
  ————————————————————————————

In Optokopplern und Halbleiterrelais werden praktisch ausschließlich
Infrarot-LEDs eingesetzt.

Eine Formelsammlung brauchst du nur für kompliziertere und hauptsächlich
für theoretischere Dinge, wie bspw. die Shockley-Gleichung für Dioden
oder die Kapazität eines Kugelkondensators. Ich selber habe keine und
auch nie den Wunsch danach gehabt. Für die wenigen Fälle, wo ich mal
eine Formel nachschlagen muss, ist Wikipedia vollkommen ausreichend.
Dort findet man auch Materialkonstanten u.ä.

von Route_66 H. (route_66)


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@Yalu X.
Eventuell könnte ncoh die Leistung in die Überlegungen einfliessen:
P = U x I
P = I² x R
P = U² / R

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Yalu X. schrieb:
> Eine Formelsammlung brauchst du nur für kompliziertere und hauptsächlich
> für theoretischere Dinge,
Ansichtssache: Hier steckt ein A6-Heftchen "P. Zastrow Formelsammlung 
für den Radio- und Fernsehtechniker" in der Schublade, gerade mal 16 
Seiten mit den absoluten Basics. So ein- oder zweimal pro Jahr schaue 
ich da rein :-)

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