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Richtigmessen und prüfen in Haushalt, Hobby und Auto Mit dem Multimeter Fehler finden Das Multimeter als Universalwerkzeug Moderne Messgeräte in der Praxis Frank Sichla IM HAUS BAND 23 FRANZIS DO IT YOURSELF Leicht gemacht, Geld und Ärger gespart!

Richtig messen und prüfen in Haushalt, Hobby und Auto · PDF file11 Solarstrom mit Multimeter optimal nutzen 109 11.1 Wie erzeugt die Solarzelle den Strom? 112 ... Kilo steht dabei

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Richtigmessen und prüfenin Haushalt, Hobby und Auto

Mit dem Multimeter Fehler finden

Das Multimeter als Universalwerkzeug

Moderne Messgeräte in der Praxis

Frank Sichla

IM HAUS BAND 23

Richtig messen und prüfen in Haushalt, Hobby und Auto

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Leicht gemacht, Geld und Ärger gespart!

Frank Sichla

FRANZISDO IT YOURSELF

FRANZISDO IT YOURSELF

IM HAUS BAND 23

Elektronische Geräte sind aus dem täglichen Leben

nicht mehr wegzudenken – und es werden immer

mehr: ob im Haushalt, beim Hobby, in der Freizeit

oder bei elektronischen Anwendungen im Auto –

mit einem richtig eingesetzten Vielfachmess-

instrument können Sie die meisten Fehler finden

und im Handumdrehen beheben.

Schritt für Schritt zeigt Ihnen der Autor, wie Sie

die Fehler finden, wenn ein Gerät defekt ist: Sie

können mit einem Multimeter Batterien, Akkus

oder elektronische Bauteile kontrollieren,

Lampen testen, Sicherungen, Stecker und

Leitungen prüfen und so manches Haushalts-

gerät reparieren. Messungen an der Autoelektro-

nik helfen, defekte Teile ausfindig zu machen.

Der Autor stellt das Vielfachmessinstrument als

ein überaus nützliches und preiswertes Universal-

werkzeug vor und hilft Ihnen, Geld zu sparen.

Besuchen Sie uns im Internet: www.franzis.de

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23

ISBN 978-3-7723-4169-4

EUR 14,95 [D]

Aus dem Inhalt• Richtig messen leicht gemacht

• Mit dem Vielfachmessinstrument Fehler finden

• Auto, Caravan und Boot unter die Lupe nehmen

• Batterien und Akkus auf dem Prüfstand

• Solarstrom mit einem Multimeter optimal nutzen

Zum AutorFrank Sichla ist Elektronikingenieur und Fachbuchautor.In diesem Buch zeigt er Schritt für Schritt, was manmit dem Multimeter in Alltag und Hobby alles messenund prüfen kann.

Leicht gemacht, Geld und Ärger gespart!

4169-4 U1+U4 18.07.2007 12:33 Uhr Seite 1

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1 Elektrische Grundlagen 9

1.1 Spannung 10

1.2 Strom 11

1.3 Widerstand und Ohmsches Gesetz 12

1.5 Elektrische Leistung 13

1.4 Von Pico bis Giga: Vorsatzzeichen bei Maßeinheiten 13

1.6 Wechselspannung 14

1.7 Wichtige elektronische Bauteile 17

2 Sicherheit geht vor 19

2.1 Auf spannungsfestes Multimeter achten 21

2.2 Messleitungen korrekt anschließen 23

3 Tipps zum Kauf eines Multimeters 25

3.1 Analoge Messgeräte 26

3.2 Digitale Messgeräte haben die Nase vorn 28

4 Richtig messen leicht gemacht 31

4.1 Messfehler vermeiden 32

4.2 Spannung messen 34

4.3 Strom messen 36

4.4 Widerstände und Kondensatoren prüfen 38

4.5 Durchgangstest prüft Verbindung 40

4.6 Dioden und Transistoren testen 41

4.7 Trafos und Kontaktbauelemente 42

4.8 Wichtige Anwendertipps auf einen Blick 43

5 Strom komfortabel ohne Berührung messen 45

5.1 Wechselstrom-Zangen-Amperemeter 46

5.2 Allstrom-Zangen-Amperemeter 47

5.3 Stromzangen-Multimeter für maximalen Messkomfort 48

5.4 Messgrenzen der Stromzange 49

Inhaltsverzeichnis

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6 Defekte Haushaltsgeräte reparieren 51

6.2 Gerätesicherung prüfen 52

6.1 Zuerst Netzstecker aus Steckdose ziehen 52

6.3 Durch Strommessung zum Fehler 53

6.4 Unterschiedlichste Lampen prüfen 54

6.5 Heizwendeln im Fön oder elektrischen Wärmeofen 57

6.6 Haushaltsgeräte mit Motoren 58

6.7 Fehlersuche bei Kleingeräten 60

6.8 Verlängerungskabel und Steckdosenleiste prüfen 62

6.10 VDE-Prüfzeichen 64

6.9 Sicherheitsniveaus elektrischer Geräte 64

7 Die Elektroinstallation im Griff haben 65

7.1 Die einzelnen Leitungen im Stromkabel 67

7.2 Unterschiedliche Sicherungen 69

7.3 Netzspannung richtig messen 70

7.4 Der Fehlerstrom-Schutzschalter spricht an: Was tun? 72

7.5 Eine Sicherung reagiert: Vorgehen bei der Fehlersuche 73

7.6 Kleinspannungen messen 74

8 Auto, Caravan und Boot unter die Lupe nehmen 75

8.1 Betriebsspannung sicher messen 76

8.2 Die Autobatterie 77

8.3 Batterie mit Sonnenstrom aufladen 79

8.4 Spannungswandler 80

8.5 Tipps für den Autobastler 81

8.6 Leitungsfarben im Auto informieren über Verwendungszweck 83

8.7 Motor und Akku im Elektroboot 84

9 Defekte elektronische Geräte reparieren 85

9.1 Stromversorgung bei eingebautem Trafo prüfen 86

9.2 Steckernetzteil auf korrekte Spannung testen 89

9.3 Fehlersuche bei Batterien oder Akkus 91

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Inhaltsverzeichnis

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9.4 Die elektronische Schaltung auf Fehler prüfen 92

9.5 Kopfhörer und Lautsprecherboxen checken 94

10 Batterien und Akkus auf dem Prüfstand 95

10.1 Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien 96

10.2 Lithiumbatterien 98

10.3 Silberoxydbatterien für Armbanduhr und Fotoapparat 99

10.4 Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte 100

10.5 Günstige Batterien so gut wie teure? 101

10.6 AccuCell ersetzt Einwegbatterie 102

10.7 Bleiakku als Autobatterie 104

10.8 Bleigelakkus für hohe Ströme 106

10.9 Nickel-Cadmium- und Nickel-Metall-Hydrid-Akkus 107

10.10 Lithium-Ionen-Akkus speichern lange Strom 108

11 Solarstrom mit Multimeter optimal nutzen 109

11.1 Wie erzeugt die Solarzelle den Strom? 112

11.2 Kristalline Solarzellenmodule 113

11.3 Unterschiedliche Solarmodule auf Leistung prüfen 115

11.4 Amorphe Dünnschichtzellen 116

12 Ausflug in die Hobbyelektronik 117

12.1 Bausätze sind Trumpf 118

12.2 Optimierte Fehlersuche bei elektronischen Schaltungen 119

13 Mit dem PC Messergebnisse

automatisch auswerten 123

13.1 PC-Multimeter 124

13.2 Computer-Messkarten für unterschiedlichste Anwendungen 126

Stichwortverzeichnis 127

Inhaltsverzeichnis

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1 Elektrische Grundlagen

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9Bevor es ans Messen und Prüfen von elektrischenGeräten in Haushalt, Hobby und Auto geht,

muss man sich mit einigen Grundbegriffen der Elek-trotechnik anfreunden: elektrische Spannung, elek-trischer Strom, Widerstand und Leistung. Obwohldiese Begriffe längst die Welt der Fachleute verlas-sen haben, hat doch so mancher Schwierigkeiten,sie zu erklären und damit umzugehen. Dieses Buchbeschreibt deshalb zunächst genau diese Grund-lagen – denn sie sind die Voraussetzung für richti-ges Messen in der Praxis.

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Negative Ladungsträger, sogenannte Elektronen,kann man von ihren Atomen trennen, so dass sich

zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen bilden. Manspricht auch von einer elektrischen Spannung, die denUnterschied dieser Ladungen zwischen den beidenPolen angibt. Spannungsquellen besitzen deshalb im-mer zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen. Ein Bei-spiel ist die Steckdose in der Wohnung, an der eineSpannung von 230 Volt (V) anliegt. Wie bei einem Bo-gen, der gespannt wurde, steht auch an der Steckdosepotenzielle Energie bereit. Die elektrische Spannung istquasi der Druck zwischen beiden Polen. Sie ist dieVoraussetzung, dass elektrischer Strom fließen kann,wenn man einen Stromverbraucher daran anschließt.Man kann sich eine Spannungsquelle am besten alsWassergefäß nach Abb. 1.1 vorstellen. In Elektrotech-nik und Elektronik treten Spannungswerte zwischeneinigen Millivolt und mehreren hundert Volt auf. Millibedeutet dabei 10-3. Ein Millivolt ist deshalb einTausendstel Volt. Ein Multimeter kann meist alle Span-

nungen genau anzeigen, die in der Praxis anzutreffensind. Techniker sprechen bei der Bezeichnung Milliauch von einem Vorsatzzeichen.

1.1 Spannung

Abb. 1.1 – Eine elektrische Spannungsquelle gleicht einemWasserbehälter.

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Schließt man an die beiden Pole einer Spannungs-quelle einen Stromverbraucher an, fließt ein elektri-

scher Strom, weil sich die Elektronen oder negativenLadungsträger bewegen. Der elektrische Strom verhältsich nach Abb. 1.2 wie Wasser in einer Leitung: So wiedurch die beiden Schläuche eine bestimmte MengeWasser fließt, fließen durch jeden metallischen Leitereine bestimmte Anzahl von Elektronen pro Sekunde.Diese elektrische Stromstärke wird in Ampere (A) ange-geben. In Elektrotechnik und Elektronik treten meistStröme zwischen einigen Mikroampere (µA) und meh-reren Ampere auf. Mikro heißt dabei 10-6, so dass 1 µAein Millionstel Ampere ist. Ein Multimeter kann Strömebis 1 A oder noch größer korrekt erfassen. Da die Elek-tronen negativ geladen sind, bewegen sie sich außer-halb der Spannungsquelle vom Minus- zum Plus-Pol(Abb. 1.3). Man spricht dabei auch von der physikali-schen Stromrichtung. Bei ihrer Bewegung erzeugen sieein Magnetfeld, dessen Stärke mit der Stromstärke zu-nimmt (Abb. 1.4). Dieser Elektromagnetismus wird inder Elektrotechnik genutzt.

1.2 Strom

Abb. 1.2 – So wie durch die beiden Schläuche einebestimmte Menge Wasser fließt, fließt durch jeden metalli-schen Leiter eine bestimmte Anzahl von Elektronen proSekunde. Man spricht dabei von der Stromstärke, die inAmpere angeben wird.

Abb. 1.3 – Die Elektronen fließen vom Minus- zum Plus-Pol.

Abb. 1.4 – Strom von 1 A kann eine Kompassnadel durchsein Magnetfeld ablenken, wenn man das stromdurchflos-sene Kabel mehrmals um den Kompass wickelt.

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Kein Metall ist ein idealer Leiter, sondern besitzteinen Widerstand. Wenn ein Strom fließt, kommen

deshalb die Elektronen nie ganz ungehindert voran.Bestimmte Materialien, wie beispielsweise Kohle, sindweder ein guter elektrischer Leiter noch ein Isolator, derkeinen Stromfluss mehr zulässt. Die Techniker nennensie deshalb Widerstandsmaterialien und stellen darausBauelemente her, die Widerstände heißen. Dabeigelten folgende Zusammenhänge: Je kleiner der Strom-fluss (I), desto größer ist der Widerstand (R), und jegrößer die Spannung (U) wird, umso größer ist auch derStrom (I), der fließen kann. Man spricht dabei vomOhmschen Gesetz, das Georg Simon Ohm entdeckthatte. Dieses Gesetz drückt man in folgender Formelaus: U = R x I. Der elektrische Widerstand wird in derMaßeinheit Ohm (Ω) angegeben. Jedes elektronischeMultimeter kann Widerstände von wenigen Ohm überviele Kiloohm (kΩ) bis zu zwei Megaohm (MΩ) messen.Kilo steht dabei für 103, Mega für 106. Ein Kiloohm sinddeshalb 1.000 Ohm, ein Megaohm entspricht einer Mil-lion Ohm.

Wann braucht man das Ohmsche Gesetzbeim Messen?Wenn sich nicht alle drei Werte – also Spannung, Stromund Widerstand – einfach messen lassen. Wenn Span-nung und Widerstand bekannt sind und deshalb derStrom auszurechnen ist, lässt sich die Formel in I = U / Rumstellen. Ist dagegen der Widerstand der gesuchteWert, gilt R = U / I. Das hört sich an dieser Stelle theo-retischer an als es in der Praxis ist. Wir kommen späteranhand von vielen Beispielen auf diese Formel zurück,so dass auch der mathematisch unbedarfte Leser dasOhmsche Gesetz erfolgreich anwenden kann. Vor allem, wenn man den Strom bestimmen möchte, der ineiner Leitung fließt, leistet das Ohmsche Gesetz wert-volle Dienste. Das Kapitel 4 Richtig messen leicht ge-

macht informiert im Abschnitt Messen ohne Leitung

auftrennen darüber ausführlich.

1.3 Widerstand und Ohmsches Gesetz

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Wie bei Spannung, Strom und Widerstand be-schrieben, gibt es verschiedene Vorsatzzeichen,

die vor den Maßeinheiten Volt, Ampere oder Ohm ste-hen. Gleiches gilt für Kapazitäten bei Kondensatoren,die meist in Nano- oder Picofarad angegeben sind. DieVorsatzzeichen sind erforderlich, weil in der Praxis die

Messwerte meist zu groß oder zu klein sind, um alleinmit der Grundmaßeinheit auszukommen. Die folgendeTabelle informiert über alle Vorsatzzeichen, die es inder Elektrotechnik gibt. Man muss bei jeder Messungdarauf achten, ob in der Messbereichsangabe desMultimeters ein Vorsatzzeichen steht oder nicht.

1.4 Von Pico bis Giga: Vorsatzzeichen bei Maßeinheiten

Vorsatzzeichen bei Maßeinheiten

Giga (G) 109 Faktor 1.000.000.000

Mega (M) 106 Faktor 1.000.000

Kilo (k) 103 Faktor 1000

Milli (m) 10-3 Faktor 0,001

Mikro (µ) 10-6 Faktor 0,000.001

Nano (n) 10-9 Faktor 0,000.000.001

Pico (p) 10-12 Faktor 0,000.000.000.001

Die Leistung (P) ist in der Elektrotechnik die Energie,die ein elektrisches Gerät benötigt, um zu funk-

tionieren. Sie ist das Produkt aus elektrischer Spannungund Stromstärke und wird in Erinnerung an den Dampf-maschinen-Konstrukteur in Watt (W) angegeben. Die

Kurzbezeichnung P steht für das englische Wort power.Es gilt folgende Formel: P = U x I. Ein Beispiel: Eine Span-nung (U) von 230 V und eine Stromstärke (I) von 0,2 Aergeben eine Leistung (P) von 46 W. Gleiches gilt für ei-ne Spannung von 23 V und eine Stromstärke von 2 A.

1.5 Elektrische Leistung

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Bei elektrischen Spannungenmuss man zwischen Gleich-

spannungen mit einem Plus- undeinem Minus-Pol und Wechsel-spannungen unterscheiden. EineWechselspannung liegt zum Bei-spiel in der Steckdose des Wohn-zimmers vor. Gegenüber demGleichstrom besitzt der Wechsel-strom zwei Vorteile: Er lässt sicheinfacher produzieren und miteinem Trafo hoch- oder herunter-transformieren. Das ist für den ver-lustarmen Transport des Stromsüber große Entfernungen wichtig.Die Wechselspannung in der Wohn-zimmersteckdose ist mit 230 V des-halb gefährlich hoch, weil so dieKabel den Strom mit wenigen Ver-lusten weiterleiten. Um Strom überviele Kilometer verlustarm zu trans-portieren, verwenden die Energie-

versorgungsunternehmen sogarmehrere hundert Kilovolt Wechsel-spannung. Man spricht dabei auchvon Hochspannung.

KurvenformIm Gegensatz zur Gleichspannungbesitzt die Wechselspannung eineKurvenform, meist ist es eine Sinus-kurve. Die Wechselspannung be-steht deshalb aus unendlich vielensogenannten Augenblickswerten,die sich ständig ändern (Abb. 1.5).Daneben ändert sich auch die Pola-rität der Spannung: Der obere Teilder Sinuskurve ist die positive, deruntere Teil die negative Halbwelle.Neben der Sinusform kann dieWechselspannung auch Sägezäh-nen oder Rechtecken gleichen. Isteine unbekannte Wechselspan-nung zu bestimmen, so müssen alle

Augenblickswerte auf einer hori-zontalen Zeitachse (t) aufgetragensein. Das macht das Oszilloskop, in-dem es den zeitlichen Verlauf derSpannung auf einem Bildschirm an-zeigt. Das Bild, das so entsteht,heißt Oszillogramm.

UnterschiedlicheSpannungswerteBei der Wechselspannung sind ver-schiedene Werte zu unterscheiden.Der Scheitel- oder Spitzen-Wert (US)einer Wechselspannung gibt dieWeite der Schwingung nach obenund nach unten, also den Aus-schlag an. Man spricht dabei auchvon der Amplitude. Obwohl dieSchwingungsweite auch der nied-rigste Augenblickswert sein kann,geht man bei US immer vomHöchstwert aus. An der 230-V-

1.6 Wechselspannung

Abb. 1.5 – Wichtige Werte einer sinusförmigen Wechselspannung; der obere Teil ist die positive, der untere die negativeHalbwelle.

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Wohnzimmersteckdose liegt dieserSpitzenwert bei 325 V. Der soge-nannte Spitze-Spitze-Spannungs-wert (USS) bezeichnet den Unter-schied zwischen dem höchsten unddem niedrigsten Augenblickswert.Es gilt folgende Formel, um dasGanze auszurechnen: USS = 2 x US,bei der Steckdose im Wohnzimmersind das 2 x 325 V = 650 V. Die Ef-fektivspannung U oder Ueff ist einMittelwert, der der Leistung einerGleichspannung entspricht. Es istder Wert, den eine Gleichspannunghaben müsste, damit sie die gleicheZahl von Ladungsträgern oder Elek-tronen transportiert wie dieseWechselspannung. Hat die Wech-selspannung eine Sinusform, giltdeshalb für die Effektivspannungdie Formel Ueff = 0,707 x US. Für dieWohnzimmersteckdose sind das diebekannten 0,707 x 325 V = 230 V.Anders dagegen bei einer gleichge-

richteten Wechselspannung, beider die untere, negative Halbwellefehlt, siehe Abb. 1.6 – hier errech-net sich die Effektivspannung nachder Formel U = 0,637 x US. Für Strö-me, die bei einer Wechselspannungfließen, gelten die genannten For-meln ebenfalls – nur, dass statt Ufür die Spannung jetzt I für denStrom in die Formeln einzusetzenist.

Was haben nun die unterschied-lichen Wechselspannungswertemit dem Messen zu tun? Die Ant-wort ist einfach: Messinstrumentesind keine Alleskönner. EinfacheMultimeter können nur die sinus-förmige Wechselspannung oderden sinusförmigen Wechselstromrichtig anzeigen. Andere Modelleerfassen dagegen den Effektivwertunabhängig von der Kurvenform –egal, ob Sinusform, Rechteckform,Dreieckform oder Impulse. Diese

Multimeter sind recht intelligentund deshalb auch etwas teurer.Man erkennt sie am Kürzel RMS,Root Mean Square. Das bedeutetfrei übersetzt, den Mittelwertdurch Wurzelziehen bilden. Preis-werte RMS-Multimeter lassen sichvon der Firma Reichelt beziehen.

FrequenzWechselspannungen schwingenmit einer bestimmten Frequenz (f)oder Häufigkeit pro Sekunde, die inHertz (Hz) angeben wird. 1 Hz ist ei-ne Schwingung pro Sekunde (s). DieDauer einer Schwingung oder Peri-ode (t) hängt von der Frequenz ab,es gilt folgende Formel: t (s) = 1 / f(Hz). Das 230-Volt-Lichtnetz besitzteine Frequenz von 50 Hz, so dass dieSchwingungsdauer bei t = 1 / 50 =0,02 Sekunden oder 20 Millisekun-den (ms) liegt. Den Wechselstromkann ein Multimeter nur in einem

1.6 Wechselspannung

Abb. 1.6 – Wichtige Werte einer gleichgerichteten Wechselspannung.

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bestimmten Frequenzbereich kor-rekt messen, der immer die 230-V-Netzfrequenz von 50 Hz abgedeckt.Bei Multimetern ist der Frequenzbe-reich für eine korrekte Strom- undSpannungs-Messung meist rechteng. Man sollte ihn auf jeden Fallkennen, die Bedienungsanleitunginformiert darüber.

Was macht ein Trafo?Um aus der 230-V-Wechselspan-nung eine handhabbare Betriebs-spannung zu machen, brauchenviele elektrische und vor allem elek-tronische Geräte einen Transforma-tor, kurz Trafo. Dieser transformiertdie 230 V auf z. B. 12 V oder 24 VWechselspannung herunter (Abb.1.7). Der Trafo nutzt dafür zweiSpulenwicklungen auf einemEisenkern: Die erste Spule oder Pri-märspule erhält die 230 V aus derSteckdose und erzeugt im Eisen-kern ein veränderliches Magnet-feld. Dieses Feld durchdringt diezweite Spule oder Sekundärspulein einem zweiten Stromkreis und

erzeugt dort eine Spannung, die so-genannte Sekundärspannung. Die-se meist viel kleinere Spannung als230 V muss vor allem für elektroni-sche Geräte in eine Gleichspannung

umgewandelt und diese dann sta-bilisiert werden. Viele neue Gerätenutzen statt eines Trafos ein Schalt-netzteil, das die Betriebsspannungelektronisch generiert.

1.6 Wechselspannung

Abb. 1.7 – Ein Trafo macht aus einer 230-V-Wechselspanung eine handhabbareBetriebsspannung. Dazu nutzt er zwei Spulen in unterschiedlichen Stromkreisen.

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Neben den bereits beschriebenen Widerständengibt es andere elektrische sowie elektronische Bau-

teile, die in fast jedes elektronische Gerät und in vieleelektrische Anlagen eingebaut sind. Das Buch be-schreibt im Folgenden die fürs Messen wichtigen Bau-teile.

KondensatorDieses Bauteil kann eine elektrische Ladung und damitelektrische Energie speichern. Der Kondensator bestehtaus zwei elektrisch leitenden Flächen, den Elektroden,die einen geringen Abstand zueinander haben. Dazwi-schen liegt ein Bereich mit isolierendem Material, demsogenannten Dielektrikum. Das kann ein Kunststoff,Luft oder ein Vakuum sein. Dieses Dielektrikum beein-flusst entscheidend die Eigenschaften des Kondensa-tors. Werden die beiden Elektroden mit einer konstan-ten Spannung verbunden, fließt kurzzeitig ein Strom,der die eine Elektrode positiv und die andere negativauflädt. Diese elektrische Ladung bleibt erhalten, auch

wenn man den Kondensator von der Spannungsquelletrennt – der Kondensator behält deren Spannung. Ent-nimmt man vom Kondensator eine Ladung, also einenStrom, sinkt seine Spannung wieder. Die gespeicherteLadung steigt mit der Spannung. Dieses Speicherver-mögen des Kondensators bezeichnen Techniker alsKapazität. Je größer die Kapazität, umso mehr Ladungoder Elektronen kann er bei einer bestimmten Span-nung speichern. Die Bilder 1.8 und 1.9 zeigen Grund-aufbau und Schaltzeichen.

DiodeSie ist ein sogenanntes Halbleiterbauelement, dasStrom nur in eine Richtung durchlässt. Zu den Halb-leitermaterialien gehören Silizium, Selen und Germani-um. Die Diode besitzt mit Anode und Kathode zweiverschiedene Elektroden (Abb. 1.10). Die Kathode er-kennt man am Strich im Schaltbild (Abb. 1.11) oder aufdem Gehäuse der Diode. Ein Strom kann nur fließen,wenn an der Anode eine etwas höhere Spannung liegtals an der Kathode – und das hat elektrische Folgen:Liegt an der Kathode eine sinusförmige Wechselspan-nung, so fließt nur während der positiven (oberen)Halbwellen Strom durch die Diode – sie sperrt die ne-gativen (unteren) Halbwellen. Sie erfüllt so die Funkti-on eines Gleichrichters, der aus Wechselstrom einenpulsierenden Gleichstrom macht, oder sie dient alselektronischer Schalter.

1.7 Wichtige elektronische Bauteile

Abb. 1.8 –Aufbau einesPlattenkondensa-tors. (Wikipedia/Jens Both)

Abb. 1.9 – An diesen Symbolen kann man einen Kondensator erkennen. (Wikipedia/Jens Both)

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TransistorEr ist ein elektronisches Halbleiter-bauelement, das in elektrischenGeräten Ströme und Spannungenverstärkt. Fachleute sprechen des-halb auch von einem aktiven Bau-element – im Gegensatz zu Kon-densatoren und Dioden, die alspassive Bauelemente gelten. Esgibt zwei Arten von Transistoren,die sich grundsätzlich durch die Artder Ansteuerung unterscheiden: Bi-polar- und Feldeffekttransistor. Miteinem Multimeter sind die bipolarenTransistoren leichter messbar, diedurch Stromfluss angesteuert wer-den. Sie besitzen nach Abb. 1.12zwei Elektroden, die sich Emitter (E)und Kollektor (C) nennen sowie eineSteuerelektrode namens Basis (B).Emitter steht dabei für „Aussender“und Kollektor für „Sammler“. Einkleiner Strom, der durch die Basis-Emitter-Strecke fließt, steuert dabeieinen großen Strom auf der Kollek-tor-Emitter-Strecke. Das Verhältnisvon Kollektor- zu Basis-Strom ist derStromverstärkungsfaktor. Je nachAufbau unterscheidet man hiernpn- und pnp-Transistoren: n stehtdabei für negativ dotierte Zone, pfür positiv dotierte Zone.

Neben bipolaren Transistorengibt es noch sogenannte Feld-effekttransistoren. Ihre drei Elektro-den heißen Source (Senke), Drain(Quelle) und Gate (Gitter), die

Steuerelektrode. Feldeffekttransis-toren steuern den Stromfluss zwi-schen Drain und Source mit einemelektrischen Feld, das eine Span-nung am Gate erzeugt. Dieses Feldreicht in den leitenden Kanalzwischen Source und Drain hinein.Auch bei den Feldeffekttransistorengibt es zwei Möglichkeiten in punk-to Aufbau: Der Kanal kann positiv

(p) oder negativ (n) dotiert sein. BeiAnlegen einer Gate-Spannungbildet sich das elektrische Feld undbeeinflusst den Stromfluss. Feld-effekttransistoren sind also im Un-terschied zu bipolaren Transistorenspannungsgesteuert.

1.7 Wichtige elektronische Bauteile

Abb. 1.10 – Aufbau einer Halbleiter-diode. (Wikipedia/MovGPO)

Abb. 1.11 – Allgemeines Schalt-zeichen einer Diode. (Wikipedia/WolfgangS)

Abb. 1.12 – Aufbau und Schaltsym-bole von npn- und pnp-Transistor.

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6 Defekte Haushaltsgeräte reparieren

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Heute sind im Haushalt viele Elektrogeräte selbstverständlich, und die gehen abund zu mal kaputt. Mit dem Multimeter lässt sich der Fehler oft finden und selbst

beheben. Die Widerstandsmessfunktion des Multimeters und der Durchgangstestsind dabei unentbehrlich und führen oft zum Ziel. Falls verschiedene Drähte zu lösensind, um Geräteteile besser messen zu können, sollte man eine Skizze anfertigen.Diese stellt sicher, dass man die Kabel später wieder richtig anschließt. AbgebauteEinzelteile, auch Schrauben, sind übersichtlich so hinzulegen, dass sie nicht verlorengehen können. Sie sollten an Ort und Stelle wieder einsetzbar sein. Eine Reparatur isterst beendet, wenn das Gerät im ordnungsgemäßen Zustand eine Zeit lang wiederfunktioniert hat. Man sollte es deshalb nach der Reparatur ausgiebig testen.

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Bevor man sich ans Messen macht, ist der Netz-stecker aus der Steckdose zu ziehen, wenn das

Haushaltsgerät mit 230 V läuft. Schaltet man das Gerätnur aus, besteht die Gefahr, dass der Außen- oder Pha-senleiter nicht vom Gerät getrennt wurde – denn derSchalter trennt immer nur eins der beiden Netzkabelvon der Steckdose. Der Außenleiter ist das Kabel, dasdie lebensgefährliche Spannung von 230 V führt. Dasandere Kabel ist gefahrlos berührbar, weil es mit der

Erde oder dem sogenannten Nullpunkt des Systemsverbunden ist. Da man aber nicht weiß, welches Kabeldie Phase ist, ist höchste Vorsicht angebracht. Stecktman den Stecker um 180 Grad gedreht erneut in dieSteckdose, erscheinen die gefährlichen 230 V auf deranderen Leitung! Das kann auch passieren, wenn manden Stecker nicht dreht, aber eine andere Steckdosebenutzt. Kurzum: Vor jeder Messung ist deshalb zukontrollieren, ob der Stecker gezogen ist!

Ist das Haushaltsgerät kaputt, lohnt sich zuerst einBlick auf die interne Sicherung, die viele Elektro-

geräte besitzen. Sie kann durch Überlastung immermal kaputt gehen. Leider ist die kleine Glassicherungim Gerät nicht immer leicht zu finden. Hat man sie auf-gespürt, lässt sie sich an ihren Anschlüssen auf Durch-gang checken. Diesen Test beschreibt das KapitelRichtig messen leicht gemacht im Unterkapitel Durch-

gangstest prüft Verbindung. Signalisiert das Multi-meter eine leitende Verbindung durch entsprechende

Anzeige oder einen Ton, so ist die Sicherung OK.Reagiert das Multimeter anders, muss man die defekteSicherung durch eine andere, gleichwertige ersetzen.Dabei ist darauf zu achten, ob die Sicherung flink,mittelträge oder träge ist, erkennbar an den Buch-staben F, M und T. Außerdem muss der Strom stimmen.Da eine Sicherung nicht ohne Grund durchbrennt, istdas Innenleben des Geräts vor der Inbetriebnahme ge-nau in Augenschein zu nehmen. Manchmal hilft auchdie Nase, indem sie zu verbrannten Stellen führt.

6.1 Zuerst Netzstecker aus Steckdose ziehen

6.2 Gerätesicherung prüfen

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Einen Hinweis auf die Fehlerursa-che kann der Stromverbrauch

des Geräts liefern, der sich bequeman den Kontakten des Ein-Aus-Schalters messen lässt. Um zu wis-sen, wie groß der Strommessbereichdes Multimeters sein muss, ist zu-nächst der Nennstrom des Geräts zuerrechnen. Dazu braucht man vomTypenschild nach Abb. 6.1 die Nenn-leistung, in diesem Fall 1450 W.Diese Zahl ist durch 230 V zu teilenund man erhält den Nennstrom:1450 W / 230 V = 6,3 A. Wie der Zu-satz 100 W vermuten lässt, könnenLeistung und Strom auch etwashöher sein.

Einen Strom von 6,3 A kann einMultimeter im 10-A-Bereich mes-sen. Um einen Schaltfunken an denMultimeteranschlüssen zu vermei-den, sollte man beim Strommesseneine zweite Person hinzuziehen undentsprechend der Hinweise im

Kasten vorgehen. Bild 6.2zeigt die Strommessungan einem Staubsauger.

Wenn sich kein Strommessen lässt, kann daszwei Ursachen haben: Ein-mal kann die Stromzufuhrdefekt sein, weil einStecker lose, das An-schlusskabel defekt oderder Anschluss am Haus-haltsgerät unterbrochenist. Zum anderen kann dasHaushaltsgerät selbstkaputt sein: wegen einerdurchgebrannten Motor-wicklung oder auch nurwegen einer losen Verbin-dung. Prüft man das vom230-V-Netz getrennteGerät weiter, erhält manGewissheit.

6.3 Durch Strommessung zum Fehler

Abb. 6.1 – Das Typenschild einesmodernen Staubsaugers informiertüber die Nennleistung, mit der manden Nennstrom errechnen kann.

Vorgehen beim Messen des Stromverbrauchs eines Haushaltsge-

räts (die einschlägigen Sicherheitsvorschriften sind zu beachten)

Gerät ausschalten Netzstecker aus Steckdose ziehen Gerät öffnen Multimeter auf AC und 10 A stellen Messstrippen in 10-A-Buchse und COM-Buchse stecken Messspitzen an Schalterkontakte des Geräts halten Multimeter so aufstellen, dass Anzeige gut sichtbar zweite Person steckt Netzstecker in Steckdose Anzeige am Multimeter ablesen zweite Person zieht Netzstecker aus Steckdose

Abb. 6.2 – Ein Anwender misst den Stromver-brauch des Staubsaugers. Eine zweite Personsteckt dafür kurzzeitig den Netzstecker in dieSteckdose. Die einschlägigen Sicherheitsvor-schriften sind zu beachten.

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Auch Lampen lassen sich prüfen, wenn sie nichtmehr leuchten, um so dem Grund dafür auf die

Spur zu kommen. Während früher nur die Glühbirnefür Licht sorgte, sind heute weitere Arten von Leuchtenin Haus und Wohnung anzutreffen. Zunächst kam dieLeuchtstoffröhre dazu. Es folgten die Halogenlampenund die Energiesparlampen als kompakte Leuchtstoff-röhren (Abb. 6.3). Auch das Licht von Leuchtdioden,die beispielsweise nach Abb. 6.4 flackernde Kerzenimitieren, macht immer mehr von sich reden.

Wenn eine Lampe nicht mehr leuchtet, ist sie wahr-scheinlich durchgebrannt. Bei einer Glühlampe ist dasmeist am durchtrennten Leuchtfaden zu erkennen. Istnichts zu sehen, hilft das Multimeter mit einer Durch-gangsprüfung oder Widerstandsmessung nach Bild6.5. Dazu stellt man den großen Drehschalter des Multi-meters auf den kleinsten Widerstandsbereich undmisst den Kaltwiderstand der Lampe. Ist kein Wider-stand messbar, ist die Lampe durchgebrannt. Das funk-tioniert nicht bei einer Energiesparlampe, aber bei einernach Abb. 6.6 herausgenommenen Leuchtstofflampe.Deren Starter lässt mit dem Durchgangsprüfer desMultimeters ebenfalls testen. Der Starter besitzt eineninternen Schalter, der die Leuchtstoffröhre zum „Zün-den“ bringt, wenn man sie einschaltet. Der Wider-standswert muss also sehr hoch sein. Weiter muss einegewisse Kapazität messbar sein, da parallel ein Stör-schutzkondensator eingelötet ist (Abb. 6.7). Prüft mandie gesamte Schaltung einer Leuchtstoffröhre nachAbb. 6.8 mit einem Durchgangstest, sollte das wegendes Kondensators fehlschlagen, auch wenn die Lampein Ordnung ist. Vorher ist die Schaltung selbstverständ-lich vollständig vom 230-V-Netz zu trennen! Zeigt dasMultimeter dagegen einen gewissen Widerstand an, istder Kondensator kaputt.

6.4 Unterschiedlichste Lampen prüfen

Abb. 6.3 – Innenansicht einer Energiesparlampe.(Wikipedia/Ulfbastel)

Abb. 6.4 – Leuchtdioden imitieren flackernde Kerzen.(solarversand.de)

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Beim Prüfen von Leuchtdioden-Lampen istdarauf zu achten, dass es sich um Diodenhandelt. Der große Drehschalter des Multi-meters ist entsprechend auf das Diodensym-bol zu stellen. Bei der Prüfung sind beideAnschlüsse der Diodenlampe wie bei einereinzelnen Diode zu vertauschen. Wie derDiodentest genau funktioniert, beschreibtdas Kapitel Richtig messen leicht gemacht

im Abschnitt Funktioniert die Diode ein-

wandfrei?

Die kaputte Lampe einerLichterkette findenRegelmäßig zur Weihnachtszeit gibt esimmer mal wieder Scherereien mit derChristbaumbeleuchtung, den Lichterkettenim Garten oder den stolzen Lampen aufeinem Schwibbogen. Ist eine Lampe der

Sind mehrere Halogenlampen nach Abb.6.9 an einer Schiene montiert und leuchtennicht, so ist die Schiene mit Sicherheit span-nungslos. Man sollte prüfen, ob dies durcheinen Kurzschluss der Schiene passiert ist –dann ist meist die Sicherung defekt –, oderob mit den Kontakten der Spannungsver-sorgung etwas nicht stimmt. Die Span-nungsversorgung kann ein Trafo oder einelektronisches Netzteil sein. Diese Kompo-nenten machen aus der 230-V-Netzspan-nung eine 12-V-Wechselspannung für dieHalogenleuchten.

6.4 Unterschiedlichste Lampen prüfen

Abb. 6.5 – So lässt sich prüfen, ob der Leuchtfaden der Glühbirnedurchgebrannt ist. Der Kaltwiderstand dieser 60-W-Glühlampe beträgt61,7 Ω. Das sind 7 Prozent vom Heißwiderstand (882 Ω).

Abb. 6.6 – An jeder Seite dieser Neonröhre istein Widerstand von 3,8 Ω messbar.

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Lichterkette defekt, sind auch alle anderen dunkel, weilsie in Reihe zusammengeschaltet sind. Man weiß des-halb nicht, welche Lampe die kaputte ist. Die Lösung:Man misst mehrmals den Widerstand einzelner Lam-pen, um so den typischen Widerstand einer einzelnenLeuchte festzustellen. Danach sind alle anderen Lam-pen an der Reihe, so dass der Abweichler schnell ge-funden ist. Prüft man die Weihnachtsbeleuchtung zei-

6.4 Unterschiedlichste Lampen prüfen

Abb. 6.7 – Der Störschutzkondensator in diesem Starterbesitzt eine Kapazität von 11 nF.

Abb. 6.8 – Typische Schaltung einer Leuchtstoffröhre.

Abb. 6.9 – 12-V-Halogenlampen an einer Stromversorgungsschiene.

tig vor dem Fest, halten die Baumärkte ein großes Sorti-ment an Ersatzlampen bereit. Nehmen Sie immer diedefekte Lampe mit zum Einkauf. Nur so können Sieganz sicher sein, das richtige Ersatzmodell zu erhalten.

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Nicht nur der Leuchtfaden einer Glühlampe, auchdie Heizwendel eines Föns, eines elektrischen

Lockenwicklers oder eines elektrischen Wärmeofenskann durchbrennen. In diesem Fall ist im spannungs-losen Zustand am Gerätestecker ein hoher bis sehrhoher Widerstand messbar. Obwohl das Gerät dafürnicht ans 230-V-Netz angeschlossen sein darf, muss estrotzdem eingeschaltet sein, sonst ist der Widerstandnicht zu ermitteln. Ist das Gerät indes in Ordnung, misstdas Multimeter einen kleinen Widerstand im Ohm-bereich. Je größer die Leistung der Heizwendel, umsokleiner der Messwert. Es gilt für den zu erwartenden

Messwert folgende „Faustformel“: Messwert R (Ω) =10.000 / Nennleistung (W). Die Nennleistung ist amGerät abzulesen. Bei 10 W Nennleistung kommt manlaut Formel auf einen Widerstand von 1 kΩ, bei 500 Wsind es 20 Ω. Aber diese Werte gelten nur ganz unge-fähr, schon deshalb, weil es Kaltwiderstände sind. Einanderes Beispiel ist der elektrische Lockenwickler, beidem die Faustformel Messwert R (Ω) = (230 V)2 / Nenn-leistung (W) gilt. Das Modell in Bild 6.10 hat eine Nenn-leistung von 16 W, so dass sich rechnerisch 3,3 kΩInnenwiderstand ergeben – messbar sind dagegen nur1,5 kΩ. Messen ist deshalb auf jeden Fall angebracht.

6.5 Heizwendeln im Fön oder elektrischen Wärmeofen

Abb. 6.10 – Das Multimeter zeigt am Lockenwickler einen Widerstand von1,5 kΩ.

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10 Batterien und Akkus auf dem Prüfstand

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95Akkus und Batterien ermöglichen den netzunabhängigen Be-trieb vieler Geräte im Haushalt. Moderne Funkanwendungen

wie funkbasierte Türklingel, Funk-Alarmanlage oder funkbasierteAudio-Video-Übertragungssysteme benötigen passende Batte-rien – und der Bedarf nimmt zu. Was liegt näher, als sich mit demMultimeter vom elektrischen Zustand einer Batterie oder einesAkkus zu überzeugen (Bild 10.1) und die Aufladung eines Akkuszu überwachen. Batterietechnologien unterscheiden sich vorallem durch die verwendeten Materialien für die beiden Elektro-den: Die Anode ist der Plus-, die Kathode der Minuspol. Im Fol-genden beschreibt das Buch zunächst unterschiedliche Trocken-batterien und wie man ihren Entladungsgrad feststellen kann.

Abb. 10.1 – Mit jedem Multimeter lässt sich dieSpannung an Batterien und Akkus messen.

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Sind als 1,5-V-Batterien bekanntoder auch als 9-V-Blockbatte-

rien, die aus mehreren Einzelzellenbestehen. Alkali-Mangan-Batterienoder kurz Alkaline-Batterien sindauf Grund ihrer langen Lagerfähig-keit, hohen Kapazität und Belast-barkeit weit verbreitet. Alkali-Man-gan-Knopfzellen sind außerdemeine preiswerte Alternative zuSilberoxyd-Knopfzellen. Sie besit-zen die gleiche Nominalspannung,aber andere Spannungs-Charakte-ristiken bei der Entladung. Im Gegensatz zu Alkaline-Batterien sind Zink-Kohle-Batterien weniger leistungs-fähig. Da diese allerdings kaum Geld kosten, werden siebei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch ge-nutzt – Beispiele sind Fernbedienungen oder Digital-multimeter. Aus einer Alkaline-Batterie erhält man runddreimal mehr Energie als aus einer gleichgroßen Zink-Kohle-Batterie. Sie ist deshalb deutlich langlebiger, wasden höheren Preis rechtfertigt. Der Grund ist nach Abb.10.2 die höhere Kapazität, die zur Fläche unter den Ent-ladekurven proportional ist.

Entladungsgrad einer 9-V-Blockbatterie feststellenDie gemessene Leerlaufspannung (ohne angeschlosse-nen Stromverbraucher) informiert darüber, wie sehrsich die Batterie entladen hat. Über diesen Entladungs-grad kann man mit Hilfe des Kastens auf ihren Nutzwertschließen. Eine Zelle einer Zink-Kohle- oder Alkali-Man-gan-Batterie hat eine Nennspannung von 1,5 V, in einer9-V-Blockbatterie stecken deshalb sechs Zellen. Je nachGerät lassen sich die Zellen noch bis etwa 0,9 V Span-nung nutzen. Im Bild 10.3 liefert die Batterie etwa 8 V,das sind 1,33 V pro Zelle – die 9-V-Batterie ist damitbrauchbar.

10.1 Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien

Abb. 10.2 – Typisches Entladeverhalten von Zink-Kohle- und Alkali-Mangan-Batterien.

Abb. 10.3 – An einer älteren 9-V-Batterie liegt die Leerlauf-spannung ohne angeschlossenen Stromverbraucher bei 8 V.

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Wer über ein Sortiment an Widerständen verfügt, kanndie Höhe der Entladung auch mit einer indirektenStrommessung bestimmen: einfach einen Widerstandmit bekannter Größe parallel zu den Batteriepolenschalten und darüber die Spannung messen. Aus bei-den Werten lässt sich mit dem Ohmschen Gesetz derfließende Strom errechnen. Bei kleinen Batterien soll-ten in diesem Stromkreis rund 10 mA und bei großenBatterien rund 100 mA Strom fließen. Bei unserer 9-V-Batterie haben wir nach Abb. 10.4 einen Widerstand150 Ω gewählt und darüber 6,6 V Spannung gemes-sen. Nach dem Ohmschen Gesetz I = U / R fließt damitein Strom von 6,6 V / 150 Ω = 44 mA. Das Kapitel Rich-

tig messen leicht gemacht beschreibt im UnterkapitelMessen ohne Leitung auftrennen diese indirekteStrommessung ausführlich.

10.1 Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien

Gemessene Leerlaufspannung pro Zelle Nutzwert der Zink-Kohle- und Alkali-Mangan-Batterie

über 1,55 V sehr gut

1,4 V bis 1,55 V gut

1,2 V bis 1,4 V brauchbar

1 V bis 1,2 V noch brauchbar

Abb. 10.4 – Bei Belastung mit einem 150-Ω-Widerstand geht die Spannung „in die Knie“.

Unterschiedliche Blockbatterien

Bezeichnung IEC-Bezeichnung sonstige Bezeichnung Maße in mm

Flachbatterie (Zink-Kohle) 3 R 12 - 62 x 22 x 67

6 V Flat Pack (Alkali-Mangan) 4 LR 61 - 48,5 x 35,6 x 9,2

9 V EBlock (Zink-Kohle) 6 F 22 - 26,5 x 17,5 x 48,5

9 V EBlock (Alkali-Mangan) 6 LR 61 6 AM 6 26,5 x 17,5 x 48,5

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Beruhen auf Lithium in verschie-denen Kombinationen mit an-

deren Materialen. Sie lassen sich mitmindestens zehn Jahren sehr langelagern und können hohe Strömeliefern. Anwendungen sind die„Stützbatterie“ im Computer, pro-fessionelle Fototechnik, Funk-Gara-gentoröffner oder die Funk-Auto-verriegelung. Die Nennspannungeiner traditionellen Lithiumbatteriebeträgt 3 V. Abb. 10.5 zeigt die typi-sche Ausführung, die wie eineetwas dickere runde Scheibe aus-sieht. Es gibt auch Lithiumbatterienmit anderen Formen und Spannun-gen, die die Abb. 10.6 bis 10.8 zei-gen.

Wie bei den Zink-Kohle- undAlkaline-Batterien informiert dieLeerlaufspannung (ohne ange-

schlossenen Stromverbraucher)über den Entladungsgrad. Alterna-tiv lässt sich auf den Entladungs-grad schließen, wenn man die Bat-terie mit einem Widerstand voneinigen 10 Ω bis 100 Ω belastet.Dabei darf die gemessene Span-nung nur unwesentlich abfallen.Bild 10.9 zeigt die Entladekurven:Die steigende Spannung zu Beginnder Entladung ist ein typischesKennzeichen der Lithiumzelle.

10.2 Lithiumbatterien

Abb. 10.5 – 3-V-Lithium-Batterie.

Abb. 10.6 – 6-V-Lithiumbatterie fürFotozwecke.

Abb. 10.7 –Lithiumtechnologiein einer 9-V-Block-batterie.

Abb. 10.8 – Zwei Lithiumbatterienmit je 1,5 V.

Abb. 10.9 – Entladekurven von Lithiumbatterien: Typisch ist die zu Beginn stei-gende Spannung.

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Silberoxydbatterien sind alsKnopfzelle in fast jede elektro-

nische Armbanduhr eingebaut. Inkonventioneller Form findet mansie außerdem viel im Fotobereich.Der Entladungsgrad lässt sich wiebei den Vorgängermodellen fest-stellen, indem man die Leerlauf-spannung (ohne angeschlossenenStromverbraucher) misst. DieNennspannung der Silberoxyd-zellen beträgt 1,55 V. Fotobatterienbesitzen vier Zellen und kommenso auf 6 V. Die Tabelle informiertüber den Nutzwert der Batterien in

Abhängigkeit von der gemessenenLeerlaufspannung, wenn die Nenn-spannung bei 1,55 V liegt.

Silberoxydbatterien sind zwarlanglebig, lieben es aber, ihrenStrom kontinuierlich über die Zeitabzugeben. Eine Belastung miteinem Widerstand ist zwar möglich,

sollte aber deshalb bei den kleinenKnopfzellen nur so kurz wie mög-lich sein! Die gemessene Spannungdarf dabei nur unwesentlich abfal-len. Ein guter Messwert für dieKnopfzelle an einem 1-kΩ-Wider-stand ist 1,4 V.

10.3 Silberoxydbatterien für Armbanduhr und Fotoapparat

gemessene Leerlaufspannung Nutzwert der Silberoxydbatterie

über 1,55 V sehr gut

1,5 V bis 1,55 V gut

1,4 V bis 1,5 V brauchbar

1,3 V bis 1,4 V noch brauchbar

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Diese Batterien sind vor allem in Hörgeräten mon-tiert und besitzen eine sehr hohe „Energiedichte“,

also Kapazität pro Volumeneinheit. Das hat aber auchNachteile: Damit die Batterie lagerfähig ist, versiegeltsie der Hersteller nach Abb. 10.10 luftdicht. Man darfsie erst kurz vor Gebrauch entnehmen, und nach kurzerZeit ist sie einsatzfähig. Die Nennspannung einer Zink-Luft-Zelle beträgt 1,4 V. Um den Entladungsgrad festzu-stellen, ist wie bei allen anderen Batterien die Leerlauf-spannung zu messen.

10.4 Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte

Abb. 10.10 – Zink-Luft-Batterien sind luftdicht verpackt.

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Die Zeitschrift Guter Rat infor-mierte in der Ausgabe 3/2007

über einen großen Test von Mi-gnon- und Micro-Batterien. EinMP3-Player, eine Taschenlampeund eine Digitalkamera wurden da-mit so lange betrieben wie es ging.Die Preisunterschiede pro Ampere-stunde waren gewaltig. Das Fazitvon Guter Rat: „Sie können beden-kenlos bei Aldi, Lidl, Penny, Plus

und Rossmann die günstigen No-Name-Batterien kaufen. Sie bringenebenso viel Leistung wie die teuerenMarkenbatterien, zum Teil sogarmehr – und das zu einem Bruchteil

des Preises.“ Ob Batterie und Gerätlange funktionieren, hängt auchvom Umgang ab – der Kasten gibtTipps.

10.5 Günstige Batterien so gut wie teure?

Tipps zum Umgang mit Einwegbatterien

Im Gerät erschöpfte Batterien wegen Auslaufgefahr unverzüglich ge-gen neue austauschen.

Nur Batterien gleichen Typs und mit gleichem Entladungsgrad zusam-men verwenden.

Um die Selbstentladung gering zu halten, sind die Batterien bei mög-lichst niedriger Temperatur zu lagern.

Obwohl Batterien in Messgeräten meist jahrelang halten, sind wegenAuslaufgefahr Kohle-Zink-Batterien jährlich und Alkali-Mangan-Bat-terien alle zwei Jahre zu ersetzen.

Zur Kontrolle kann man ins Batteriefach einen Zettel mit dem Verwen-dungsdatum legen.

Bei Rundzellen ist der richtige Anschluss zu beachten. Laut Gesetz sind Batterien nach Gebrauch bei einer Batteriesammel-

stelle abzuliefern oder der Verkaufsstelle zurückzubringen.

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AccuCell ist die Produktbezeich-nung für eine wieder auflad-

bare Alkali-Mangan-Batterie, dieEinwegbatterien ersetzen kann. Sieist gefahrlos aufladbar und entlädtsich kaum selbst – ein großes Plusgegenüber herkömmlichen Akkus.AccuCell-Batterien (Bild 10.11) er-reichen eine deutlich höhere Spei-cherkapazität als Nickel-Cadmium-Akkus und sind fast schadstofffrei.Mit den traditionellen Akkusyste-men kann AccuCell trotzdem nichtkonkurrieren, weil dieser Batterie-typ keine hohen Ströme liefernkann. Laut Tabelle kann eine „dicke“Monozelle deshalb nicht sechsStunden lang ein Ampere liefern,also 6 Amperestunden, wohl aber100 Stunden lang 60 mA. Kurz zurErinnerung: Die Speicherkapazitätoder einfach Kapazität einer Batte-rie wird in „Ah“ angegeben, dassteht für „Ampere mal Stunden“.Die 6-Ah-Monozelle kann also auch60 Stunden lang 100 mA liefern.Die Obergrenze des Stroms liegt beider Monozelle bei 400 mA, die sie15 Stunden lang abgeben kann. DieNennspannung von AccuCell-Bat-terien liegt bei 1,5 V. Um sie ladenzu können, braucht man ein spe-zielles Ladegerät, übliche Batteriela-der scheiden aus. Bild 10.12 zeigtein Gerät, das Micro- und Mignon-Batterien laden kann, der Anschaf-fungspreis liegt bei 20 Euro.

Entladung verringert Kapazität:Was tun?Bei AccuCell-Batterien schrumpftmit der Zahl der Entladungen konti-nuierlich die Kapazität. Nach 100Ladungen/Entladungen hat sich dieKapazität ungefähr halbiert. DerHersteller gibt deshalb mit 25 bis500 Entladungen/Ladungen einenhohen Bereich an. Der Anwendermuss sich entscheiden, bis zuwelcher Kapazität er die Batterie

verwenden möchte. Um die Kapa-zität zu kontrollieren, kann man dieBatterie durch einen Widerstandbelasten und stündlich die Span-nung messen. Umso weniger dabeidie Spannung abfällt, desto größerist die Kapazität. Die zu verwen-denden Widerstandswerte sindlaut Tabelle von der Batterie abhän-gig. Bild 10.13 zeigt Entlade-kurven.

10.6 AccuCell ersetzt Einwegbatterie

Die vier Typen von AccuCell-Batterien

Typ Kapazität maximaler Strom

Micro AAA 750 mAh 50 mA

Mignon AA 1,8 Ah 100 mA

Baby C 3 Ah 200 mA

Mono D 6 Ah 400 mA

Abb. 10.11 – Die Familie derAkkuCell-Batterien.

Abb. 10.12 – AccuCell-Batterien las-sen sich nur mit einem speziellenLadegerät aufladen.

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12 Ausflug in die Hobbyelektronik

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117Die vorangegangenen Kapitel haben den Praktiker darüber informiert, wie imganz konkreten Fehlerfall vorzugehen ist: wenn ein elektrisches oder elektro-

nisches Gerät den Dienst quittiert, der Akku oder die Batterie nicht mehr will oderdie Elektroinstallation streikt. Überall muss man messen und hat es dabei meistauch mit elektronischen Bauteilen zu tun. Was liegt also näher, als in die Hobby-elektronik unter nutzbaren Praxisaspekten etwas tiefer einzusteigen. Wer beimThema Elektronik etwas dazulernen möchte, hat außerdem beste Karten: Denn dieBauelemente sind meist recht preiswert, und auch das „Drumherum“ an Lötwerk-zeug und Geräten gibt es schon für verblüffend wenig Geld. Was die Freude ver-miesen kann, sind Schaltungen, die nicht so funktionieren, wie sie sollen. Mit demMultimeter ist das kein Problem: Der Fehler lässt sich finden und beheben.

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Viele Elektronikfreaks setzen seitlangem auf Bausätze. Warum?

Sie sind ausgereift, von hoher Quali-tät und selbst erdachten Bauanlei-tungen in punkto Zeitersparnis undPreiswürdigkeit haushoch überle-gen. Mit einem kostengünstigenPaket erhält man nicht nur die erfor-derlichen Bauelemente, sondern

auch eine hochwertige und garan-tiert „stimmige“ Platine. So ist in-nerhalb kurzer Zeit ein funktionie-render Aufbau auf dem Bastel- oderKüchentisch realisierbar. Messun-gen sind dabei kaum wegzudenken.Damit man das Multimeter mög-lichst effektiv einsetzen kann, gibtes im Kasten einige Tipps.

Wenn man sich außerdem dieMühe macht, Bauelemente vordem Einlöten zu prüfen, lässt sichin der Praxis mancher Frust ver-meiden. Wie bei unterschiedlichs-ten Bauteilen vorzugehen ist, be-schreibt das Kapitel Richtig messen

leicht gemacht ausführlich.

12.1 Bausätze sind Trumpf

Tipps für die Bausatzpraxis

Eine Lötstelle ist erst perfekt, wenn sich ein ausgeglichener, überall glänzenderLötkegel gebildet hat.

Mit flachen Bauelementen beginnen, mit hohen enden.

Mehrere Bauelemente einsetzen und zunächst einseitig anlöten. Ist diese Lötstel-le ausgekühlt, wird der Rest gelötet.

Eine „dritte Hand“ oder ein Platinenhalter ist sehr hilfreich.

Im Zweifelsfall sind Bauelemente, wenn möglich, zu messen.

Bauelemente immer möglichst direkt auf der Platinenoberseite aufliegend anord-nen.

Beim Abschneiden oder -kneifen mit dem Werkzeug leicht gegen die Platinedrücken, um der Abscherkraft entgegenzuwirken.

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Wie geht man bei der Fehler-suche vor, also wenn eine

elektronische Schaltung nicht funk-tioniert? Dieses Buch informiert imKapitel Defekte elektronische Ge-

räte reparieren und dort im Unter-kapitel Die elektronische Schaltung

auf Fehler prüfen über Grundla-gen. Die Fehlersuche beschränktsich dabei auf das Messen vonArbeitspunktspannungen aktiverBauelemente. Diese Spannungensind mit den Werten zu verglei-chen, die der Hersteller im Schalt-plan angibt. Bei vielen defektenelektronischen Geräten führt die-ses Vorgehen zum Erfolg – wennnicht, wird es mit dem Messenetwas komplizierter. Dieses Kapitelgibt deshalb weitere Tipps, aller-dings ohne zu tief ins Thema einzu-steigen, um den Anwender nichtzu verwirren. Um sich unnötige Ar-beit beim Messen zu sparen, sollte

man zunächst einige Dinge prüfen,über die der Kasten informiert.

Audioverstärker als BeispielUm den Fehler in der elektronischenSchaltung eines analogen Audio-verstärkers einer HiFi-Anlage zu fin-den, ist zunächst die Stromaufnah-me der Schaltung zu überprüfen. Istdiese in Ordnung, ist man meist aufSpannungsmessungen angewie-sen. Besonders wichtig sind dabeiMessungen an aktiven Bauelemen-ten wie Transistoren. In analogenAudioschaltungen sollte auf der Ba-sis-Emitter-Strecke immer eineGleichspannung von rund 600 mVmessbar sein.

Abb. 12.1 zeigt eine Emitterstu-fe. Durch Messen der Emitterspan-nung (UE) gegen Masse nach Bild12.2 kann man auf die Spannungan der Basis (UB) und auf die Kollek-torspannung (UC) schließen. Die

Basisspannung muss etwa 600 mVhöher als die Emitterspannungsein, und zwischen Kollektor undEmitter müssen einige Volt anlie-gen. Liegt die Speisespannung bei12 V, beträgt die Basisspannung UB

knapp 2,6 V, die Kollektorspan-nung UC liegt dagegen zwischen6 V und 9 V.

12.2 Optimierte Fehlersuche bei elektronischen Schaltungen

Die Platine vor dem Messen prüfen

Gibt es auf der Platine eine unzulässige Lötbrücke oder eine „verges-sene“ Lötstelle?

Ist die Betriebsspannung richtig gepolt?

Wurden Schaltkreise, Transistoren und Dioden richtig auf die Platinegelötet?

Sind alle externen Bauelemente angeschlossen?

Haben die einstellbaren Bauelemente eine Mittelstellung?

Abb. 12.1 – Spannungen an einerEmitterschaltung.

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Bipolare Transistoren in analogen Verstärkern kann mannach Abb. 12.3 durch einen Kurzschluss der Basis-Emit-ter-Strecke leicht in der Schaltung testen. Ist der Transis-tor in Ordnung, muss er jetzt die Kollektor-Emitter-Stre-cke dichtmachen, weil diese hochohmig geworden ist.Die Folge beim Messen: Die Spannung am Emitter-widerstand gegen Masse muss gegen null gehen, dieKollektorspannung dagegen ansteigen und knapp dieSpeisespannung von 12 V erreichen.

Mit Signalspannung dem Fehler auf der SpurKommt man mit Gleichspannungsmessungen nichtweiter, ist eine sehr kleine Wechselspannung in denAudioverstärker zu geben. Techniker sprechen auchvon einer Signalspannung, die dem zu verstärkendenAudiosignal gleichkommt und an verschiedenen Stellendes Verstärkers zu messen ist. So findet man den Defekt

12.2 Optimierte Fehlersuche bei elektronischen Schaltungen

Abb. 12.2 – Die Emitterspannung wird gemessen.

Abb. 12.3 – Dieser Transistor ist okay: Bei kurzgeschlosse-ner Basis-Emitter-Strecke lässt sich am Emitter gegen Massekeine Spannung mehr messen.

Abb. 12.4 – Der Audioverstärker als Black Box: DieEingangs-Signalspannung Uein und die Ausgangs-Signalspannung Uaus lassen sich gegen Masse messen.

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garantiert. Jeder Verstärker muss eine bestimmte Sig-nal-Eingangsspannung auf eine bestimmte Signal-Aus-gangsspannung verstärken. Bei der Fehlersuche ist des-halb das Prinzip der „Signalverfolgung“ zu nutzen: Dieeingespeiste Signalspannung verfolgt man ab dem Ver-stärkereingang, bis die fehlerhafte Verstärkerstufe ge-funden ist. Eine Stufe mit einem Transistor in Emitter-schaltung verstärkt die Signalspannung üblicherweiseetwa um den Faktor 10. Emitterschaltung bedeutet,dass das Ausgangssignal am Kollektor ausgegebenwird. Die Bilder 12.4 und 12.5 führen weiter in die Pra-xis.

Der Profi nutzt für die Signalmessung eine Frequenzvon meist 1 kHz – ein Signal, das kaum ein handelsüb-liches Multimeter erfassen kann, da der Wechselspan-nungs-Messbereich meist auf wenige 100 Hz begrenztist. Ein Ausweg ist ein Spannungsteiler nach Bild 12.6mit einem 100-Ω- und einem 100-kΩ-Widerstand, deran die Sekundärwicklung des Trafos anzulöten ist. Von

dort holt man sich eine kleine Wechselspannung mitder Frequenz von 50 Hz, die das Multimeter anzeigenkann. Die Sekundärwicklung des Trafos stellt die Be-triebsspannung für das Gerät bereit, die allerdingsnoch gleichgerichtet und stabilisiert werden muss. ImGegensatz dazu liegen an der sogenannten Primär-wicklung die 230 V aus der Steckdose an. Dort darfman den Spannungsteiler deshalb auf keinen Fall anlö-ten! Er sollte die Spannung etwa 1000:1 teilen, alsoaus 12 V Wechselspannung rund 12 mV machen. Jetztist noch ein sensibles, etwas besseres Multimeter erfor-derlich, das auch kleine Wechselspannungen misst –und schon kann man auf Fehlerjagd gehen. Dabeimisst man die Signalspannung in Transistorschaltun-gen an der Basis (Eingang) und meist am Kollektor(Ausgang). Hierbei darf die Basisspannung der Folge-stufe nicht wesentlich kleiner als die Kollektorspan-nung der vorangegangenen Verstärkerstufe sein. Sosieht man, was die einzelnen Verstärkerstufen mit derSignalspannung von 12 mV anstellen. Am Ende derKette stehen meist Verstärkerstufen mit einer Span-nungsverstärkung von 1 – warum? Diese verstärkennicht die Spannung, sondern den Strom. Ihr Innen-widerstand ist so gering, dass ein niederohmiger Laut-sprecher effizient betrieben werden kann. Wie einvierstufiger Transistorverstärker die 12 mV Wechsel-

12.2 Optimierte Fehlersuche bei elektronischen Schaltungen

Abb. 12.5 – Dieses Bild erlaubt einen Blick in die BlackBox: Das Audio-IC ist als Kasten in der Mitte zu erkennen.

Mögliche Verstärkung einer

12-mV-Signalspannung

erste Verstärkerstufe: etwa 120 mV zweite Verstärkerstufe: etwa 1,2 V dritte Verstärkerstufe: etwa 12 V bei voll aufge-

drehtem Lautstärkeregler vierte Verstärkerstufe: etwa 10 V wegen der

Stromverstärkung

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spannung verarbeiten könnte, zeigtder folgende Kasten.

Nun ergibt sich allerdings einkleines Problem: In allen zeitgemä-ßen Audioverstärkern trifft manganz oder teilweise auf integrierteSchaltkreise (ICs). Wenn man sichüber diese Dinger informiert, lassensich trotzdem Ein- und Ausgangs-Signalspannung messen. Infos fin-det man im Internet oder im Daten-blatt.

12.2 Optimierte Fehlersuche bei elektronischen Schaltungen

Abb. 12.6 – Spannungsteiler an der Sekundärwicklung des Netztrafos.

Bezugsquellen für elektronische Bausätze

Conrad ElectronicKlaus-Conrad-Straße 192240 Hirschauwww.conrad.de

ELV ElektronikMaiburger Straße 23-3626787 Leerwww.elv.de

Westfalia TechnicaIndustriestraße 158083 Hagenwww.westfalia.de

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