Elektronisches Voltmeter

Definition und Arbeitsweise des Elektronischen Voltmeters

Definition: Ein elektronisches Voltmeter ist eine Art von Voltmeter, das einen Verstärker zur Steigerung seiner Empfindlichkeit einsetzt. Es ist ein vielseitiges Messgerät, das für die Messung von Spannungen in Wechselstrom- (AC) und Gleichstromgeräten (DC) konzipiert ist. Dank seines hohen Eingangswiderstands kann das elektronische Voltmeter genaue Spannungsmesswerte liefern, was es zu einer bevorzugten Wahl in verschiedenen elektrotechnischen und elektronischen Anwendungen macht.

Traditionelle bewegliche Spulenvoltmeter haben oft Schwierigkeiten, schwache Spannungssignale zu erfassen. Das elektronische Voltmeter überwindet diese Einschränkung effektiv. Sein hoher Eingangsimpedanz ermöglicht es ihm, extrem schwache elektrische Signale zu erfassen, wodurch präzise Messungen gewährleistet werden. Hohe Impedanz bedeutet, dass das Voltmeter dem Eingangsstrom erheblichen Widerstand bietet, was den Ladeeffekt auf den zu testenden Schaltkreis minimiert.

Elektronische Voltmeter können entweder Transistoren oder Vakuumröhren als aktive Komponenten verwenden. Transistorvoltmeter (TVMs) weisen in der Regel hohe Widerstandseigenschaften auf, was sie für die direkte Strommessung ungeeignet macht. Andererseits haben Vakuumröhrenvoltmeter (VVMs) einen vergleichsweise geringeren Widerstand, was sie für bestimmte Strommessaufgaben neben der Spannungsmessung geeigneter macht.

Arbeitsweise des Elektronischen Voltmeters

Die grundlegende Funktionsweise eines elektronischen Voltmeters basiert auf dem Prinzip, dass die Größe der gemessenen Spannung direkt proportional zur Abweichung des Zeigers am Instrument ist. Der Zeiger ist an einem kalibrierten Maßstab montiert, und die Position, in die er abweicht, zeigt genau die Größe der Eingangsspannung an.

Im Gegensatz zu beweglichen Spulenvoltmetern, die relativ große Mengen an Leistung aus dem gemessenen Schaltkreis ziehen, was zu Fehlern in den Messwerten aufgrund des Schaltungsladungsverhaltens führen kann, lösen elektronische Voltmeter dieses Problem effektiv. Ihre hochimpedanzgesteuerte Konstruktion sorgt dafür, dass nur minimale Leistung aus dem zu testenden Schaltkreis abgezogen wird, was präzise und verlässliche Spannungsmessungen in einem breiten Anwendungsbereich ermöglicht.

Elektronisches Voltmeter: Betrieb und Klassifikation

In einem elektronischen Voltmeter wird die Abweichung des Zeigers durch einen Hilfsverstärkerschaltkreis angetrieben. Die Ausgangsspannungen dieses Verstärkers spiegeln die Spannungsniveaus des Testschaltkreises nahezu exakt wider. Entscheidend ist, dass nur minimal zusätzliche Leistung durch den Abweichungsmechanismus fließt. Diese Konstruktionsmerkmals sicherstellt, dass das Messgerät sehr genaue Messwerte liefern kann, da es Fehler durch strombezogene Störungen oder Ladeeffekte auf den zu messenden Schaltkreis reduziert.

Arten von Elektronischen Voltmetern

Elektronische Voltmeter lassen sich grob in zwei verschiedene Arten einteilen:

Analoges Elektronisches Voltmeter

Ein analoges elektronisches Voltmeter zeichnet sich dadurch aus, dass seine Ausgabe durch die Abweichung eines Zeigers auf einem kalibrierten Maßstab angezeigt wird. Dieses Spannungsmessgerät weist einen hohen Schaltkreisimpedanz auf, was seinen Einfluss auf den zu testenden Schaltkreis minimiert. Es verwendet einen elektronischen Verstärker, um die Eingangssignale effektiv zu regeln und zu verarbeiten.

Das analoge elektronische Voltmeter kann weiter unterteilt werden, basierend auf der Art der gemessenen Spannung:

• Wechselstrom-Analogs-Elektronisches Voltmeter: Speziell entwickelt, um Wechselstromspannungen zu messen, erfasst es die schwingende Natur von AC-Signalen und übersetzt sie in eine entsprechende Zeigerabweichung auf dem Maßstab.

• Gleichstrom-Analogs-Elektronisches Voltmeter: Angepasst für die Messung von Gleichstromspannungen, bietet es eine stabile und verlässliche Anzeige von konstanten Spannungsniveaus, was es für eine Vielzahl von DC-gespeisten elektrischen Systemen und Komponenten geeignet macht.

Digitales Elektronisches Voltmeter und Vorteile von Elektronischen Voltmetern

Digitales Elektronisches Voltmeter

Ein digitales elektronisches Voltmeter ist eine Art von Gerät, das eine digitale Ausgabe für die gemessene Spannung bereitstellt und das Ergebnis in numerischer Form anzeigt. Indem es die Notwendigkeit der manuellen Interpretation eines Zeigers auf einem Maßstab eliminiert, reduzieren digitale elektronische Geräte effektiv menschengemachte Fehler, insbesondere Parallaxfehler. Da die Messwerte direkt als Zahlen angezeigt werden, bieten sie größere Präzision und Klarheit und stellen so genauere und konsistentere Spannungsmessungen sicher.

Vorteile des Elektronischen Voltmeters

Elektronische Voltmeter bieten mehrere signifikante Vorteile, die sie zu unentbehrlichen Werkzeugen in der elektrischen und elektronischen Messung machen:

• Erkennung von Niedrigpegelsignalen: Mit Verstärkern ausgestattet, sind elektronische Voltmeter so konzipiert, dass sie Lastfehler minimieren und in der Lage sind, extrem schwache elektrische Signale zu erkennen. Diese Verstärker sind empfindlich genug, um Signale zu identifizieren, die einen Strom von etwa 50μA erzeugen. Die Fähigkeit, solche Niedrigpegelsignale zu erkennen, ist entscheidend, um genaue und verlässliche Messungen zu erhalten, besonders in Anwendungen, bei denen der wahre Wert einer Spannung durch Rauschen oder andere Störungen verdeckt sein könnte. Diese Empfindlichkeit stellt sicher, dass selbst die kleinsten Spannungsschwankungen präzise gemessen werden können und wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten elektrischer Schaltkreise liefern.

• Niedriger Energieverbrauch: Elektronische Voltmeter integrieren Vakuumröhren oder Transistoren, die beide Verstärkungseigenschaften besitzen. Anstatt ausschließlich auf die gemessene Spannung für den Betrieb angewiesen zu sein, nutzen sie eine Hilfspanquelle, um den Zeigerablenkungsmechanismus anzutreiben. Die Größe der gemessenen Spannung steuert die Abweichung des Sensorelements, was den vom zu testenden Schaltkreis gezogenen Strom reduziert. Infolgedessen bleibt der Gesamtleistungsaufwand des elektronischen Voltmeter-Schaltkreises extrem niedrig. Diese energieeffiziente Konstruktion verlängert nicht nur die Lebensdauer des Instruments, sondern minimiert auch seinen Einfluss auf den zu messenden Schaltkreis, was es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht, einschließlich solcher, bei denen die Energiesparung entscheidend ist.

• Breites Frequenzspektrum: Dank der Verwendung von Transistoren ist die Funktion von elektronischen Voltmetern nicht auf ein spezifisches Frequenzspektrum begrenzt. Diese vielseitigen Geräte können Spannungen über ein breites Spektrum, von sehr niedrigen Frequenzen bis hin zu extrem hohen Frequenzen, präzise messen. Diese breite Frequenzfähigkeit ermöglicht es elektronischen Voltmetern, in diversen Anwendungen eingesetzt zu werden, wie z.B. in der Analyse von Versorgungssystemen, Signalverarbeitungsschaltkreisen und Hochgeschwindigkeits-Digitalelektronik. Ob bei der Messung langsam variierender Gleichstromkomponenten oder schnell oszillierender Wechselstromsignale, elektronische Voltmeter können verlässliche und präzise Spannungsmessungen liefern und sind damit ein unverzichtbares Werkzeug für Ingenieure und Techniker in verschiedenen Bereichen der Elektronik.

Es ist wichtig zu beachten, dass elektronische Voltmeter nur dann Leistung messen können, wenn der Schaltkreis geschlossen ist und Strom durch das Messgerät fließt. Diese funktionale Anforderung unterstreicht die Notwendigkeit einer korrekten Schaltkreiskonfiguration und -verbindung, um mit diesen Geräten genaue Leistungsmessungen zu erhalten.