Das Ohmsche Gesetz beantwortet Ihre Fragen

Das Verständnis von Elektronik und elektronischer Fehlerbehebung beginnt mit der Kenntnis des Ohmschen Gesetzes. Das ist nicht schwer und kann Ihre Arbeit ungemein erleichtern.

Das Ohmsche Gesetz war während meiner langen Karriere als Rundfunkingenieur ein ständiger Begleiter. Die Zusammenhänge zwischen Volt, Ampere, Ohm und Leistung machten alles so verständlich.

Der deutsche Physiker Georg Ohm veröffentlichte das Konzept 1827, also vor fast 200 Jahren. Später wurde es als Ohmsches Gesetz anerkannt und als die wichtigste frühe quantitative Beschreibung der Physik der Elektrizität beschrieben.

Abb. 1 ist eine Liste einfacher Formeln zur Anwendung des Ohmschen Gesetzes. Nichts Kompliziertes, nur gute Antworten auf Ihre Fragen. Sie müssen kein Mathematiker sein, um die Berechnungen durchzuführen. Der Rechner auf Ihrem Smartphone erledigt das ganz einfach.

P steht für die Leistung in Watt, I für den Strom in Ampere, R für den Widerstand in Ohm und E für die Spannung in Volt. Lösen Sie die Lösung nach einem von denen auf, die zwei der anderen Parameter kennen.

Ohmsches Stromgesetz
Wenn ich mir eine 100-Watt-Glühbirne ansehe, denke ich an 120 Volt bei etwa 0.8 Ampere (genauer sind 0.8333 Ampere). Das entspricht einem Stromverbrauch von 100 Watt.

Wie viele Lichter können also an einen 15-Ampere-Leistungsschalter angeschlossen werden? Mal sehen – 15 Ampere Stromkreiskapazität, geteilt durch 0.8333 Ampere für jede parallel geschaltete Lampe = 18 Lampen. Umgekehrt sind es 18 Lampen x 0.8333 Ampere pro Lampe = 14.9994 Ampere … genau an der Grenze des Leistungsschalters.

Die Regel hier besagt, dass Sie keinen Leistungsschalter für die Sicherung mit mehr als 80 % belasten dürfen, was in diesem Fall 14 Lampen entspricht. Halten Sie in einer Schaltung immer etwas Headroom bereit. Wie Sie wissen, werden Schutzschalter und Sicherungen zum Schutz vor Bränden oder anderen dramatischen Ausfällen bei Stromkreisproblemen eingesetzt. An ihrem aktuellen Limit werden sie unzuverlässig. Sie benötigen keine lästigen Pausenauslösungen oder Durchbrennen von Sicherungen, wenn Sie zu nahe an der Leitung fahren.


Ohm'sches Gesetz
Es gibt nicht mehr viele plattenmodulierte AM-Sender mit hohem Pegel. Die Gates BC-1-Serie ist ein Beispiel für diese Technologie der 1950er bis 1970er Jahre. Bei diesem Design werden die HF-Leistungsverstärkerröhren typischerweise mit 2600 Volt betrieben.

Solche Netzteile benötigen einen „Bleeder“-Widerstand zwischen der Hochspannung und Masse, um die Hochspannung auf Null zu senken/entladen, wenn der Sender ausgeschaltet ist. Dies sollte in etwa einer Sekunde geschehen. Wenn der Entladewiderstand ausfällt, kann das Netzteil unter hoher Spannung minuten- oder stundenlang heiß bleiben. Dies stellt ein ernstes Sicherheitsrisiko für den daran arbeitenden Techniker dar, wenn er oder sie es versäumt, den Hochspannungsfilterkondensator kurzzuschließen, bevor er oder sie einen Teil des Senders berührt.

Der Ableiter in einem Gates BC-1G-Sender ist R41, ein drahtgewickelter Widerstand mit 100,000 Ohm/100 Watt. Auf der linken Seite des Fotos in Abb. 2 sehen Sie ein Handgerät.

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass 2600 Volt am Widerstand im Quadrat (mal sich selbst) und dann geteilt durch 100,000 Ohm Widerstand 67.6 Watt Verlustleistung ergeben, die auf kontinuierlicher Basis für einen 100-Watt-Widerstand erforderlich sind. Man könnte meinen, dass die Sicherheitsmarge von 32.4 % ausreichen würde. Dieser Widerstand versagt typischerweise nach 10-jähriger Nutzung. Die Antwort liegt in der Belüftung, die der Widerstand zur Kühlung erhält. Die 67.6 Watt an Wärme müssen irgendwohin. Bei diesem Sendermodell gibt es an der Unterseite, wo sich der Widerstand befindet, einen leichten, aber nicht großen Luftstrom.

Meine Antwort war, den 100-Watt-Widerstand durch einen Widerstand mit 225 Watt zu ersetzen, wie in der Mitte des Fotos zu sehen. Es gab mehr Oberfläche, sodass es kühler und somit länger lief. Ein 100-Watt-Widerstand kostet 15.14 US-Dollar gegenüber 18.64 US-Dollar für ein 225-Watt-Gerät. Der Unterschied beträgt nur 3.50 $ und bietet eine enorme Steigerung der Zuverlässigkeit und Sicherheit. Die Schraube, mit der es befestigt ist, muss bei dieser Änderung länger sein. Keine große Sache.

Ja, neben dem Widerstand und dem Hochspannungskondensator befindet sich eine Meter-Multiplikator-Widerstandskette. Es misst die Hochspannung für das PA-Voltmeter. Am Hochspannungsende des Strings hat sich Schmutz angesammelt. Die Hochspannung zieht Schmutz an und erfordert eine häufige Reinigung, um die Zuverlässigkeit des Senders aufrechtzuerhalten. Es ist Wartung.

Die HF-Dummy-Last in diesem Sender verfügt über sechs nichtinduktive Widerstände mit 312 Ohm/200 Watt. Der Sender erkennt die 52 Ohm, da die Widerstände parallel geschaltet sind. Einfache Rechnung: 312 Ohm geteilt durch 6 Widerstände = 52 Ohm. Ja, 52 Ohm, 51.5 Ohm, 70 Ohm und andere Impedanzen waren in der Vergangenheit üblich, bevor Halbleitersender den Standard mehr oder weniger auf 50 Ohm zwangen. Sender auf Röhrenbasis sind auf fast jede Last abgestimmt, während Halbleitersender für Lasten von 50 Ohm ausgelegt sind … und das ist kein VSWR!

Ohmsches Spannungsgesetz

Nehmen wir an, wir wissen, dass 2 Ampere Strom in einen 100-Ohm-Widerstand fließen. Wie groß ist die Spannung am Widerstand?Die Formel lautet 2 Ampere x 100 Ohm Widerstand = 200 Volt. Daraus können wir die Leistung im Widerstand ermitteln. Es beträgt 200 Volt x 2 Ampere Strom = 400 Watt.

Ohmsches Kraftgesetz
Bei einem 816-kW-FM-Sender vom Typ Continental 2R-20 FM liegen möglicherweise 7000 Volt an der Platte der PA-Röhre an und die Stromaufnahme beträgt 3.3 Ampere. Das Ohmsche Gesetz sagt uns, dass 7000 Volt x 3.3 Ampere = 23,100 Watt Leistung sind. Das ist die Eingangsleistung des Senders, nicht die Ausgangsleistung. Die Leistungsabgabe hängt vom Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers ab, der typischerweise 75 % beträgt. Die Sendeleistung beträgt dann 17,325 Watt. Das bedeutet auch, dass 25 % der aufgenommenen Leistung in Wärme verloren gehen. Das sind 23,100 Watt Eingangsleistung x 25 = 5775 Watt Wärme.

Achten Sie darauf, die genauen Zahlen für jedes Sendermodell in den Datenblättern des Herstellers zu finden.

Halbe Leistung?

Halbe Leistung bedeutet nicht, dass die PA-Spannung des Senders halb ist. Wenn es die Hälfte wäre, dann wäre der PA-Strom halb so groß und die HF-Leistung wäre ein Viertel. Sie werden sich erinnern, als lokale AM-Sender der Klasse 4 (jetzt Klasse C) tagsüber 1000 Watt und nachts 250 Watt betrieben.

Ein Gates BC-1-Sender könnte tagsüber 2600 PA-Volt und 0.51 Ampere PA-Strom haben. Wir können den Widerstand des Leistungsverstärkers bestimmen, indem wir die PA-Spannung von 2600 durch den PA-Strom von 0.51 Ampere dividieren. Die Antwort ist 5098 Ohm.

Derselbe PA-Widerstand gilt unabhängig von der Leistungsstufe dieses Senders. Bei Viertelleistung beträgt die PA-Spannung 1300 Volt. Das Ohmsche Gesetz besagt unter Verwendung derselben 5098 Ohm, dass der PA-Strom 0.255 Ampere betragen sollte. Ja, in der Praxis hat es so geklappt. Der einfache Trick bestand darin, für den Nachtbetrieb 120 VAC anstelle von 240 VAC am Tag an die Primärseite des Hochspannungstransformators des Senders anzuschließen.

Bei Viertelleistung zeigte das Antennenamperemeter die Hälfte an und die Signalfeldintensität betrug die Hälfte, nicht ein Viertel. Lassen Sie uns das untersuchen. Wie hoch ist der Antennenstrom, wenn Sie eine 50-Ohm-Antenne und eine Leistung von 1000 Watt haben? Nehmen Sie unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes 1000 Watt dividiert durch 50 Ohm = 20. Die Quadratwurzel daraus beträgt 4.47 Ampere. Teilen Sie 250 Watt durch den gleichen Antennenwiderstand von 50 Ohm und Sie erhalten 5. Die Quadratwurzel daraus ist 2.236 Ampere, also die Hälfte des Tagesantennenstroms. Es ist das Ohmsche Gesetz.

Denken Sie bei der Arbeit an das Ohmsche Gesetz. Es beantwortet Ihre Fragen und macht absolut Sinn.

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