Bezugspunkt GND?
Hallo Leute,
ich habe eine kleine Frage zum Bezugspunkt.
Wenn ich es richtig verstanden habe, kann man den Bezugspunkt in einer Schaltung frei einzeichnen, meistens wird aber der Minus-Pol genutzt.
Der Bezugspunkt ist 0V. Aber angenommen ich lege meinen Bezugspunkt zwischen zwei Batterien, dann ist die eigentlich Spannung ja nicht 0V, oder?
Ich verbinde den Bezugspunkt doch immer mit dem Minus-Pol des Messgerätes, oder?
LG
5 Antworten
Sry, für die zweite Antwort... Aber hier kann ich noch mal ein Bild einfügen:
Ich habe die Potentiale mal blau eingezeichnet... Es soll deutlich werden, dass Potentiale nur Punkte sind. Erst durch Differenz ergibt sich die Spannung. Eine Formulierung wie: "Potential zwischen" ist also streng genommen falsch. Es muss heißen: "Spannung zwischen Punkten"
Schwarz eingezeichnet sind Spannungen.
Wenn du zwischen GND und dem "Minuspol" des Verbrauchers (Widerstand rechts) messen würdest, würdest du -1,5V messen...
Wenn du aber dein Messinstrument nur rechts an den Widerstand anschließt, misst du 3V.
Ja, Spannung ist die Differenz zwischen 2 Potentialen. Was meinst du mit "berechnen"?
Ich sage einfach an irgend einem Punkt der Schaltung (hier Beispielsweise zwischen den Batterien) dort ist das Potential 0V.
Wenn dann eine Gleichspannungsquelle dort mit dem Minuspol angeschlossen ist (obere Batterie), ergibt sich das Potential am Pluspol aus: 0V (GND-Potential) + 1,5V (U_Batterie) = 1,5V
Wenn eine Gleichspannungsquelle mit dem Pluspol angeschlossen ist, dann ergibt sich für das Potential des Minuspols: 0V (GND-Potential)- 1,5V (U_Batterie) = -1,5V
Gegenprobe: Potential am Minuspol + Spannung der Batterie = Potential am Pluspol: -1,5V + 1,5V = 0V
Dann liegen vor dem Verbraucher also 1,5V und nach dem Verbraucher -1,5V an, also U_Lastwiderstand = 1,5V-(-1,5V)=3Volt. Wenn es dem Verbraucher egal ist, warum macht man sich die Mühe und gibt Potential an?
Wenn ich jetzt mit einem Messgerät zwischen den Batterien und der unteren Batterie messe, dann zeigt es mir ja die Potentialdifferenz, also die Spannung an. Wenn ich den Minuspol zwischen den Batterien habe, zeigt es -1,5V und wenn der Minuspol am Minuspol der Spannungsquelle liegt 1,5V. Verschiebe ich dann den Bezugspunkt?
In einem komplexen Schaltplan ist es sehr viel einfacher den Überblick zu behalten... Gerade auch, wenn man ein Fehler sucht. Beim Computer gibt es z.B. die Spannungen: +12V, -12V, +5V, -5V, 0V, sowie: +3,3V und weitere auf dem Mainboard.
Wenn ich weiß, dass an einem Punkt +5V anliegen sollen, kann ich die direkt messen. Andernfalls müsste ich ja immer noch den Bezugspunkt angeben... z.B. "Zwischen dem Pol 3 des Netzteiles und dem Pol des Widerstandes müssen 7V liegen, zwischen Pol 3 und Pol 2 liegen -10V.". So kann ich sagen: "an dem Punkt muss das Potential 5V sein, an dem Punkt 12V und an dem Punkt -5V"
Es gibt ja eigentlich 2 Bezugspunkte. Ein theoretischer - der durch den Schaltplan festgelegt wird und sich nicht ändert und ein Bezugspunkt, der durch den Minuspol deines Messgerätes festgelegt wird. Wenn du die Messspitze des Minuspol woanders hinsetzt, ändert sich der Bezugspunkt des Messgerätes. Aber auf dem Papier bleibt der Bezugspunkt...
Die Idee ist, dass jeder Fachkundige weiß, wie man damit umzugehen hat und sich den Unterschied zwischen Papier und Messung selbst schnell ausrechnen kann.
Ah, jetzt nochmal ob ich es richtig verstanden habe. Eine Spannung misst man zwischen zwei Punkten, also Potentiale. Die Spannung ergibt sich aus der Potentialdifferenz.
Ein Beispiel: Zwei in Reihe geschaltete Spannungsquelle a 1,5V. Wenn ich jetzt den Bezugspunkt an den Pluspol der ersten Batterie lege. Dann ist das Potential zwischen den Batterien -1,5V und am Minuspol der zweiten Batterie -3V. Am Pluspol des Verbrauchers liegen 0V an und am Minuspol -3V.
Super, diese - 1,5V sind ja das Potential an diesem Punkt und keine Spannung, aber es gibt doch auch negative Spannungen wie im Stromnetz, oder?
Ja, aber es ist ein wenig schwieriger:
Wenn du die Strippen deines Messgerätes vertauscht, misst du bei einer Batterie ja auch eine negative Spannung. Es ist ja dabei völlig egal, wo der Bezugspunkt auf dem Schaltplan für die Messung der Batterie gesetzt wird.
OK. Nun zum Stromnetz: Der bedeutendste Schritt ist, dass (zumindest hier in Deutschland) die Erde das Potential 0 bekommt. Steckdose hat ja 2 Anschlüsse, Neutralleiter und Phase und der Neutralleiter ist tatäschlich mit der Erde verbunden und hat immer das Potential 0V.
Die Phase ist ja Wechselspannung, wechselt also ihre Polarität. Deshalb hast du gegenüber der Erde mal +230V und mal -230V (Effektivwert) Durch das wechseln der Polarität kannst du deinen Bezugspunkt setzen, wie du willst, mal ist die gemessene Spannung positiv, mal negativ.
Jetzt aber mal etwas ganz absurdes: Eine Straßenbahnleitung hat +600V Gleichspannung, die Erde wieder das Potential 0V. Wenn du an den Fahdraht ein Notstromaggregat mit 230V Wechselspannung hängst (Das Aggregat selbst hat keinen festen Bezugspunkt zur Erde), würdest du gegenüber der Erde plötzlich keine negative Spannung mehr messen, sondern nur 600V-230V = 370V oder 600V+230V = 830V.
Also kommt es am Schluss doch nur wieder darauf an, wie du den Bezugspunkt setzt.
Also je nach Bezugspunkt verändern sich die Werte der Potentiale, aber die Spannung an den Bauteilen zum Beispiel den Verbraucher bleiben gleich. Ob ich jetzt die Differenz zwischen 6 und 0 Volt betrachte oder zwischen 128 und 122 Volt, richtig?
Ja genau! Und wenn du einen Schritt weiter gehst und dir eine Schaltung vorstellst und du alle Potentiale einzeichnest (mit deinem Bezugspunkt) und ich mit einem anderen Bezugspunkt, so unterscheiden sich alle Potentiale durch die gleiche Differenz.
Das ist etwas sehr elementares. Potentiale gibt es auch in anderen Bereichen der Physik, wie z.B. der potentiellen Energie, die eine Rolle spielt, wenn eine Kugel eine Murmelbahn herunter rollt. Der Murmelbahn ist es egal, ob sie im ersten Stock steht, oder direkt auf der Erde, das Potential kann je nach gewählten Bezugspunkt unterschiedlich sein - die Höhendifferenzen innerhalb der Murmelbahn bleiben gleich.
Die ganz allgemeine, physikalische Definition von Potentialen: "Jedem Punkt (im Raum/Schaltplan/System...) lässt sich - bis auf eine additive Konstante - genau ein Wert zuweisen" ;)
Aber wenn ich jetzt am Verbraucher messe, dann steht da einmal 3V und - 3V die am Bauteil anliegen he nachdem wie ich den Bezugspunkt wähle. Ann man den - 3V genau so behandeln wie 3V?
Kann man den sagen, dort wo ich den Minus Pol hinstecke ist 0V?
Dort wo du den Minuspol deines Messgerätes hereinsteckst, ist für dein Messgerät 0V.
Aber stell dir vor, du hast eine Akkubank für das Handy und steckst den Minuspol des Messgerätes an den Pluspol der Akkubank. Wie viele Leute würden dich für etwas seltsam halten, wenn du felsenfest behauptest: An der Akkubank liegen -5V an.- auch wenn das nicht unbedingt falsch ist. Da ist aber halt die übliche Vereinbarung, dass der Minuspol des Akkus 0V sind...
hallo,
hast du gut erkannt! Es gibt:
- Minus-Pol (von einem Akku)
- 0V (von einem Analog-Wandler)
- Masse (von der Gesamtschaltung, GND)
wenn man richtig messen will, muss man unterscheiden zwischen den 3 typen von Bezugspunkten, somit werden diese auch in einer Schaltung gekennzeichnet. Wie dir schon geschrieben wurde, könnten mehrere Spannungen in einer Schaltung geben.
z.B.: man hat Digital-Analog-Wandler in einer Schaltung, und man kann dort auch Negative Spannungen sowie Positive Spannungen zum Bezugspunkt 0V erwarten..aber nicht zur masse der gesamtschaltung und nicht zum minus-Pol eines akkus, weil diese Potentiale völlig isoliert voneinander sind..
es gibt aber schaltungen, da werden signale von einem Potential zu anderen übertragen, da werden genau diese bezugspunkte (0V, Minus-Pol) zur masse zusammengeschaltet, damit eben dieser Signalaustausch stattfinden kann..somit kann man da auch gegen masse (GND) messen..
Es gibt Schaltungen in denen man mehrere Spannungen verwendet.- Da ist es gut wenn man einen Bezugspunkt hat von dem man alle Funktionen richtig messen kann. Macht Fehlersuche einfacher. Ob diese Bezugspunkt auch Ground oder Masse ist hängt davon ab ob die Schaltung frei schwebend isoliert ist oder irgendwo eine Verbindung zum Gehäuse hat.
Üblicherweise nimmt man einen Bezugspunkt dort wo er messtechnisch am hilfreichsten ist. Es kann aber in einer komplexen Schaltung mehrere Bezugspunkte geben. Masse aber nur eine
Dein Beispiel mit den Batterien ist schon sehr schön, denn es erlaubt die Betrachtung in Bezug auf die Erde.
Hast Du zwei Batterien in Reihe geschaltet und einen Verbraucher dran, dann ist erst mal kein Punkt mit Erde (GND heißt ja Ground..) verbunden. Nun mußt Du dir einen Punkt suchen, von dem aus Du die Spannungen messen möchtest. Das kommt natürlich auf die Schaltung an. In dem vorliegenden Fall kann man den Bezugspunkt beliebig wählen (Plus, Minus oder Mitte). Diesen Bezugspunkt kann man sich als "mit Erde verbunden" vorstellen. Ab dem Zeitpunkt wird klar, ob man negative, positive oder pos. und neg. Signale misst.
Die Wahl des Bezugspunktes richtet sich nach der Schaltung:
Hat man z.B. einen OpAmp zur Verstärkung analoger Signale, wird oft eine +/- -Versorgung bevorzugt und damit wäre der Bezugspunkt in der Mitte der Batterien, damit man die Signale immer gegen 0 betrachtet und nicht immer den Offset ( halbe Gesamtspannung) abziehen muss.
Hat man eine einfache Transistorschaltung oder eine Digitalschaltung, wo man nur deshalb zwei Batterien einsetzt, damit die Spannung größer wird, wird man den negativsten Pol als Bezugspunkt nehmen.
Als Mess-Bezugspunkt kann aber auch ein anderer Punkt gewählt werden und das muss nicht immer mit dem negativen Pol des Messgerätes verbunden werden. Man stelle sich einen High-Side-Switch bei 400Vdc vor. Um dessen Betriebsversorgung (z.B.15V) zu messen wird man wohl nicht von 0V aus messen, da die 400V schon Toleranzen in der Größenordnung des zu messenden Wertes haben kann. Dann wird man den Bezugspunkt für die Messung auf die 400V legen und von dort aus die 15V messen.
LG Calimero
Du musst unterscheiden zwischen Potential und Spannung.
Potential ist die Spannung gegenüber den Bezugspunkt. Dort ist ein guter Ort um den Minuspol des Messgerät anzuschließen, muss aber nicht.
Spannung ist das, was du zwischen den beiden Polen des Messgerätes misst. Im Falle deiner Batterien in Reihenschaltung würdest du einmal +1,5V messen und einmal -1,5V (wenn es z.B. AA Batterien sind)
Potentiale dürfen also auch negativ sein. Spannung ist das, was in der Schaltung wirkt. Wenn der Verbraucher in Reihe beider Batterien ist, sieht er nur die Differenz von 1,5 V und -1,5V, also 3V. Dem ist es ja egal, wo das Bezugspotential ist.
Man sollte Schüler mit unnötigen Fremdwörtern verschonen. Es genügt die Spannung. Sie ist wie das Potenzial immer nur zwischen zwei Punkten definiert. Auch sie können negativ sein, sobald man die Klemmen vertauscht und man Gleichspannung misst.
Wenn ich jetzt zwei Batterien habe, die in Reihe liegen, dann ist doch das Potenzial zwischen den Batterien höher, als am Minuspol der unteren Batterie. Aber, wenn das Potenzial zwischen den Batterien 0V ist, und nach dem Verbraucher auch. Wie kommt man dann auf -1,5V?
Spannung ist doch eine Potentialdifferenz zwischen zwei Potentialen, oder nicht? Ich verstehe nur nicht wie man -1,5V berechnet, weil eigentlich wäre das Bezugspotential doch höher also die -1,5V.