Was stimmt im
Stromkreis nicht?
Die Spannung bricht ein. Das Relais zieht nicht an. Die Lampe reagiert verkehrt. Untersuche drei Schaltungen, sammle passende Befunde und prüfe, ob deine Maßnahme den Fehler wirklich behebt.
Welchen Fall möchtest du untersuchen?
Wähle einen Auftrag und öffne die drei nummerierten Prüfpunkte im Plan oder die gleichnamigen Schaltflächen darunter. Entscheide dann: Ursache → Maßnahme → Nachkontrolle.
Die interaktiven Schaltungen benötigen JavaScript. Alle Befunde, Zeichnungen und begründeten Lösungen stehen in der Lesefassung weiter unten.
Erst prüfen, dann verändern.
Klare Beobachtungen sind besser als Teiletauschen auf Verdacht. Vergleiche die Vorgabe mit dem tatsächlichen Zustand, miss gegen den richtigen Bezug und kontrolliere nach einer Maßnahme dieselben Größen erneut.
Die folgenden Erklärungen und Begriffshilfen unterstützen dich beim aktuellen Fall. Ein so gelöster Durchgang wird als „mit Unterstützung“ angezeigt; frühere bessere Abschlüsse bleiben erhalten.
Warum sinkt die Ausgangsspannung?
Der Eingang belastet den Spannungsteiler
Ein angeschlossenes Gerät kann selbst Strom aufnehmen. Sein Eingangswiderstand liegt hier parallel zu R2. Dadurch wird der wirksame untere Widerstand kleiner und die Ausgangsspannung sinkt.
Rechenweg: Runten = R2 × RL / (R2 + RL); Uout = U × Runten / (R1 + Runten).
Mini-Beispiel: Bei 5 V und zweimal 1 kΩ liefert der unbelastete Teiler 2,5 V. Weitere 1 kΩ parallel zu R2 ergeben unten 500 Ω und damit nur rund 1,67 V.
Ein höherer Eingangswiderstand belastet den Teiler weniger. In diesem Auftrag soll das falsch gewählte Eingangsmodul durch das vorgegebene ersetzt werden. In einer anderen Aufgabe kann ein Puffer sinnvoll sein; Versorgung und Bauteile werden nicht beliebig verändert.
Last selbst verändern (neuer Tab) →Warum zieht das Relais nicht an?
Spannungen und Basisstrom zusammen betrachten
Die Versorgung teilt sich auf Spule und Transistor auf. Die Kollektor-Emitter-Spannung UCE ist hier bei gemeinsamem 0-V-Bezug direkt am Kollektor ablesbar. Liegt dort bei EIN viel Spannung, fehlt diese an der Spule.
Mini-Beispiel: 3,3 V Steuerspannung minus 0,7 V am Basis-Emitter-Übergang ergeben 2,6 V an RB. Bei 10 kΩ fließen im Modell nur 0,26 mA Basisstrom. Das reicht hier nicht zum vollständigen Einschalten.
Nach dem Wiederherstellen des vorgegebenen RB von 2,2 kΩ erreicht die Spule 11,8 V; am Transistor bleiben 0,2 V. Im Modell reicht das knapp (nötig wären 49 mA / 50 ≈ 0,98 mA, vorhanden 1,18 mA). In echten Schaltungen plant man deutlich mehr Basisstrom ein, weil die Stromverstärkung stark streut. Die Ströme, die Signalquelle und die Verlustleistung müssen bei einer realen Auslegung zum Bauteil passen.
Transistor als Schalter ausprobieren (neuer Tab) →Warum leuchtet die Lampe bei AUS?
Spule und Lastkontakt getrennt prüfen
Ein Wechslerkontakt verbindet COM abhängig von seiner Stellung mit einem von zwei Anschlüssen. NC (Öffner) ist im unbetätigten Zustand geschlossen, NO (Schließer) offen. COM ist der gemeinsame Anschluss des Wechslers. Die Bezeichnung richtet sich nach dem unbetätigten Relais, nicht nach dem gewünschten Maschinenablauf.
Mini-Beispiel: Soll die Lampe beim Anziehen leuchten, verwendet dieser Auftrag COM–NO. An COM–NC leuchtet sie beim abgefallenen Relais und erlischt beim Anziehen.
Der gestrichelte Strich im Plan zeigt die mechanische Betätigung durch die Spule. Der 5-V-Lampenkreis ist vom 12-V-Spulenkreis elektrisch getrennt. Für jede Spannungsmessung ist der zugehörige Bezug nötig.
Kontaktbewegung genauer ansehen (neuer Tab) →Was dieses Lernmodell zeigt.
Alle Prüfungen und Änderungen finden hier virtuell statt. Bauteil- und Kontaktprüfungen stellen einen spannungsfreien, passend getrennten und gegen Wiedereinschalten gesicherten Zustand dar. Ströme werden berechnet; ein parallel angesetztes Voltmeter misst sie nicht.
Vereinfachungen und Beispielwerte
- Ideale Gleichspannungsquellen und Widerstände, keine Leitungs- oder Messgerätebelastung zusätzlich zum angegebenen RL. Die Lampe ist als konstante 100-Ω-Last bei 5 V vereinfacht, nicht als temperaturabhängiger Glühfaden.
- Der Transistor verwendet UBE = 0,7 V, UCE in Sättigung = 0,2 V und eine angenommene Stromverstärkung von 50. Das sind Werte dieses Lernmodells, keine garantierten Daten eines beliebigen Transistors.
- Das Relais zieht im Modell bei 9 V Spulenspannung an; Hysterese, Kontaktprellen, Betätigungszeit und Erwärmung werden hier nicht berechnet. Die Spule hat 240 Ω.
- Die Freilaufdiode liegt richtig gepolt parallel zur Spule. Die Zeichnung zeigt stationäre Zustände; die zeitabhängige Abschaltwirkung kannst du im bestehenden Versuch untersuchen.
Abschalten mit Freilaufdiode untersuchen → · Messgrundlagen wiederholen →
Befunde und Lösungen zum Nachlesen
Erst einen eigenen Prüfweg versuchen, dann vergleichen. Jede Lösung erklärt Ursache, Maßnahme und Nachkontrolle.
Die Signalspannung bricht ein · Befund und Lösung
Ohne angeschlossene Baugruppe passt die Teilerspannung. Sobald die Baugruppe angeschlossen ist, liegt sie deutlich zu niedrig.
Vorgabe: 5 V Versorgung, R1 = R2 = 1 kΩ. Die vorgesehene Baugruppe hat 100 kΩ Eingangswiderstand; gefordert sind mindestens 2,40 V am Eingang.
- Versorgung prüfen: MP1 gegen 0 V: 5 V. Die Versorgung bleibt mit und ohne angeschlossene Baugruppe gleich.
- Mit und ohne Baugruppe vergleichen: MP2 gegen 0 V: ohne Baugruppe 2,5 V; mit Baugruppe 1,667 V. Die Forderung gilt mit Baugruppe: mindestens 2,40 V.
- Bauteile und Vorgabe vergleichen: R1 = 1 000 Ω, R2 = 1 000 Ω; Baugruppe RL = 1 000 Ω (Vorgabe 100 000 Ω). Ersatzwiderstand R2 ∥ RL = 500 Ω. Bauteilwerte stammen aus der Modellprüfung im spannungsfreien, passend getrennten Zustand.
Ursache: Mit 1 kΩ statt der vorgesehenen 100 kΩ belastet die Baugruppe den Teiler stark. R2 und der Eingang bilden eine Parallelschaltung; deren kleinerer Ersatzwiderstand senkt die Ausgangsspannung.
Maßnahme: Im Modell wird nur der Eingangswiderstand von 1 kΩ auf die vorgesehenen 100 kΩ geändert. Versorgung und beide Teilerwiderstände bleiben gleich. Reale Änderungen erfolgen im dafür gesicherten Zustand nach dem festgelegten Arbeitsverfahren.
Nachkontrolle: Unter der vorgesehenen Last ergeben sich rund 2,488 V. Damit ist die Forderung von mindestens 2,40 V erfüllt. Der Teiler ist weiterhin keine geregelte Spannungsversorgung.
Merksatz: Eine passende Leerlaufspannung beweist noch nicht, dass ein Signal unter Last stimmt.
Das Relais zieht nicht an · Befund und Lösung
Die Steuerung ist eingeschaltet. Trotzdem bleibt der Relaiskontakt offen und die Lampe dunkel.
Vorgabe: 12-V-Versorgung, Spule 240 Ω, 3,3-V-Steuerung, vorgesehener Basiswiderstand 2,2 kΩ. Modell: β = 50, UBE = 0,7 V, UCE(sat) = 0,2 V, Relais zieht ab 9 V an.
- Versorgung und Steuersignal messen: Bei Steuerung EIN: MP1 gegen 0 V = 12 V; MP2 vor RB gegen 0 V = 3,3 V. Der Emitter liegt auf diesem 0-V-Bezug.
- Spulen- und Transistorspannung vergleichen: Bei EIN: Spulenspannung = 3,12 V; MP3 am Kollektor gegen 0 V (UCE) = 8,88 V. Summe = 12 V. Modell-Anzugsschwelle: 9 V. Transistorverlustleistung: 115,44 mW.
- Basiszweig untersuchen: RB = 10 000 Ω (Vorgabe 2 200 Ω). Bei EIN: UBE = 0,7 V, IB = 0,26 mA und IC = 13 mA. Ströme sind Modellwerte, keine Strommessung mit parallel angesetztem Voltmeter. Die Widerstandsprüfung erfolgt im spannungsfreien, passend getrennten Zustand.
Ursache: Mit 10 kΩ ergeben sich nur 0,26 mA Basisstrom und im festgelegten Modell 13 mA Spulenstrom. An der Spule liegen 3,12 V statt der für das Anziehen angenommenen 9 V an.
Maßnahme: Im Lernmodell wird nur RB von 10 kΩ auf 2,2 kΩ korrigiert. Dieser Wert gehört zum gegebenen Auftrag, nicht zu jeder realen Transistorschaltung. Die übrigen Randbedingungen bleiben gleich.
Nachkontrolle: Mit 2,2 kΩ erreicht der Transistor im Modell die Sättigung. Die Spule erhält 11,8 V und der Kontakt schließt. Ohne Steuersignal sperrt der Transistor; das statische Modell zeigt wieder den Ruhezustand.
Merksatz: Ein vorhandenes Steuersignal genügt nicht: Auch Basisstrom und Spannungsaufteilung müssen passen.
Die Lampe schaltet genau verkehrt · Befund und Lösung
Die Lampe leuchtet bei ausgeschalteter Steuerung und erlischt, sobald das Relais anzieht.
Vorgabe: Die Lampe soll bei Steuerung EIN leuchten. Spulenansteuerung wie im 12-V-Modell; Lampenkreis separat mit 5 V und idealisiertem 100-Ω-Verbraucher. Vorgesehen ist COM–NO.
- Spule und Anker prüfen: Bei AUS: Spule 0 V, Anker abgefallen. Bei EIN: Spule 11,8 V, Anker angezogen. Die Spulenansteuerung reagiert auf das Signal.
- Kontaktweg verfolgen: Der Verbraucher ist mit COM–NC verbunden. Vorgabe ist COM–NO. Kontaktbezeichnungen beschreiben die Funktion des unbetätigten Relais: NO offen, NC geschlossen. Anschlussweg in der spannungsfreien Modellprüfung ermittelt.
- AUS und EIN vergleichen: AUS: Lampe leuchtet, 5 V und 50 mA. EIN: Lampe dunkel, 0 V und 0 mA. Bezug für diese Spannungen ist ausschließlich der getrennte 0-V-Lampenkreis.
Ursache: COM–NC ist beim unbetätigten Relais geschlossen und öffnet beim Anziehen. Die Spulenansteuerung funktioniert; der Lampenkreis ist an der falschen Kontaktfunktion angeschlossen.
Maßnahme: Im Lernmodell wird der Verbraucher von NC auf NO gelegt. Der getrennte Lampenkreis und die Spulenansteuerung bleiben erhalten. Reale Anschlussbezeichnungen und Klemmen müssen zum konkreten Relais und Plan passen.
Nachkontrolle: Mit COM–NO ist der Lampenstrom im Ruhezustand null und bei angezogenem Relais 50 mA im vereinfachten Lastmodell. Damit stimmen beide Zustände mit dem Auftrag überein.
Merksatz: Ein hörbar schaltendes Relais beweist noch nicht, dass die richtige Kontaktfunktion verwendet wird.