Spannung messen

Spannung ist die Messgröße, die du in der Elektronik am häufigsten bestimmst – und zum Glück die bequemste: Du musst nichts auftrennen und nichts umlöten. Du hältst einfach die beiden Prüfspitzen an zwei Punkte der laufenden Schaltung. Trotzdem lohnt es sich zu verstehen, was dabei passiert, denn das Voltmeter wird für die Dauer der Messung Teil der Schaltung und kann das Ergebnis verfälschen.

Parallel zum Messobjekt

Eine Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Deshalb liegt der Spannungsmesser parallel zu dem Bauteil oder Schaltungsteil, dessen Spannung du wissen willst. Die rote Leitung kommt an den Punkt mit dem (erwartet) höheren Potential, die schwarze an den niedrigeren – meist an Masse.

Hältst du die Spitzen an die Klemmen der Quelle, misst du deren Klemmenspannung; an einem einzelnen Bauteil misst du dagegen nur die Teilspannung, die an ihm abfällt. In einer Reihenschaltung ergeben die Teilspannungen zusammen die Gesamtspannung (Maschenregel).

So gehst du vor:

1. Rote Leitung in die VΩ-Buchse, schwarze in COM (Multimeter).
2. Drehschalter auf V⎓ für Gleichspannung oder V~ für Wechselspannung; ohne Autorange den Bereich oberhalb des erwarteten Werts wählen.
3. Schwarze Spitze an den Bezugspunkt, rote an den Messpunkt.
4. Wert ablesen; ein Minuszeichen bedeutet nur, dass der Messpunkt negativer ist als der Bezugspunkt.

Mit einem Zeigerinstrument musst du bei Gleichspannung zusätzlich die Polarität einhalten, und ein zu klein gewählter Bereich lässt den Zeiger mit Wucht gegen den Anschlag schlagen – er kann sich dabei verbiegen und misst danach falsch. Bei unbekannter Spannung beginnst du deshalb im größten Bereich und schaltest herunter, bis der Zeiger im oberen Drittel der Skala steht.

Der Innenwiderstand des Voltmeters

Ein ideales Voltmeter hätte einen unendlich hohen Innenwiderstand und würde keinen Strom aufnehmen. Reale Geräte haben einen endlichen Eingangswiderstand R_i: Digitalmultimeter typisch 10 MΩ, Analoginstrumente je nach Kennwiderstand oft nur 20 kΩ/V, ein Oszilloskop mit 1:1-Tastkopf 1 MΩ. Dieser Widerstand liegt parallel zum Messobjekt.

Solange die Schaltung niederohmig ist, spielt das keine Rolle. An hochohmigen Punkten dagegen bildet R_i zusammen mit dem Innenwiderstand der Quelle einen Spannungsteiler – das Gerät zeigt zu wenig an.

Allgemein liegt am belasteten Teiler die Spannung

Als Faustregel gilt: Der Eingangswiderstand des Messgeräts sollte mindestens 100-mal größer sein als der Widerstand der Schaltung an der Messstelle, dann bleibt der Belastungsfehler unter etwa 1 %. Wie du den Fehler systematisch korrigierst, zeigt Strom- und spannungsrichtiges Messen.

Gleich- und Wechselspannung

Im Gleichspannungsbereich zeigt das Gerät den arithmetischen Mittelwert an. Eine reine Wechselspannung ergibt dort nahezu null. Im Wechselspannungsbereich zeigt es den Effektivwert – bei einfachen Geräten aber nur bei Sinusform richtig. Liegt eine Wechselspannung auf einer Gleichspannung (etwa Brummspannung auf einer Versorgung), zeigt der V⎓-Bereich den Gleichanteil, der V~-Bereich je nach Gerät nur den Wechselanteil. Für solche Mischsignale und schnelle Vorgänge ist das Oszilloskop das bessere Werkzeug, Details unter Wechselspannung und Wechselstrom messen.

Sicherheit beim Spannungsmessen

Auch bei Kleinspannung lohnt Sorgfalt: Rutscht eine Prüfspitze zwischen zwei IC-Pins ab, entsteht ein Kurzschluss, der Bauteile zerstören kann. Fixiere die Masseleitung mit einer Klemme und taste nur mit der roten Spitze.

Selbsttest