[Anfänger] Verstehe Spannungsabfall immernoch nicht :(

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Es tut mir Leid Leute,

Ich poste ungerne mehrere Frage innerhalb von ein paar Tagen aber ich kann nicht ruhig sitzen bleiben . Habe mir im Elektro-Kompendium die Grundlagen alle durchgelesen und mir etliche Youtube Videos angeschaut.

Auch im englischen Arduino Forum der Elektrik habe ich nachgefragt wieso ich denn bei der Abfrage einer Vibration durch den Piezo unbedingt einen 1MegaOhm Widerstand brauche und es nicht auch mit einem 220 Ohm Widerstand funktioniert.

Dazu die Antwort:

The piezo generates lots of voltage but very little current. With no resistor you can get 50V from it just by flicking it with your finger. The 1M resistor absorbes the current so that you only get about 5V across it. If you put a lower resistor then it will absorbe too much current and will not be able to develop enough voltage across it to cause any effect.

Eigentlich verstehe ich die Aussagen. 50V werden erzeugt. Ein kleiner Widerstand würde zuviel Stromstärke rauslassen (Stromstärke == fliehende Elektronenanzahl) da er ja wenig "Widerstand" leistet. Durch diesen Mangel an Stärke - lässt auch die Spannung nach. Bei so einem kleinen Widerstand anscheinend so viel, dass der analoge A0 Input nichts auslesen kann.

Ein 1MOhm Widerstand hingegen lässt im Vergleich kaum Stromstärke austreten. Jedoch reicht die Menge um gerade im Bereich von x > 0V && x < 5V zu bleiben.

Die Theorie kapiere ich. Aber praktisch ausrechnen kann ich das Ganze irgendwie nicht. Ich habe mir angeschaut wie man Spannungsabfälle berechnet. Man teilt die Gesamtspannung durch die Summe der Widerstände. Daraufhin über das Dreisatzprinzip multipliziert man dieses Ergebnis mit jedem einzelnen Widerstand bei dem man erfahren will wie hoch der Spannungsabfall dort ist.

Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=qYVw-6O3Dpw

Und jetzt kommt mein Problem. Bei dem Piezo-Beispiel habe ich doch nur EINEN Widerstand.

Rechnung dazu zum Spannungsabfall:

Gesamtwiderstand = 220 Ohm
Gesamtspannung = 50V

Dreisatz

50 / 220 = 0,227V

Und nun multipliziert mit dem Widerstand wo ich den Spannungsabfall sehen möchte ergo 220 Ohm.

0.227 * 220 Ohm = 49,9999V ~ 50V

Also verliere ich am Widerstand 220 Ohm die komplette Spannung. Ok das KÖNNTE mir jetzt einleuchten, da mir ja gesagt wurde mit einem 220 Widerstand verliere ich die Mindestspannung für die analoge Abfrage. ABER! Wenn ich die obrige Rechnung mit dem 1 MegaOhm Widerstand durchführe, habe ich ebenfalls einen Spannungsabfall von ~50V am 1MegaOhm Widerstand. Demnach dürfte die analoge Abfrage auch damit nicht funktionieren. Tut es aber.

Hoffentlich könnt ihr mein Verständnisdilemma etwas nachvollziehen und seid nicht all zu sehr genervt von meiner Blindheit :slight_smile:

gruß Charlie
und Danke für jegliche Hilfe mal wieder!

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Ich höre deine Sorgen!
Und würde dir gerne Erleuchtung bringen.
Aber alleine der Wille reicht nicht...

Worüber redest du?
Schaltplan?
Wie hast du den Piezo angeschlossen?

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combie:
Worüber redest du?
Schaltplan?
Wie hast du den Piezo angeschlossen?

Sorry wenn ich undeutlich war.
Die Piezo Thematik rührt aus dem Arduino Starter Kit Projekt 12 her. Es klappt alles nur verstehe ich die Logik der Widerstandsverwendung nicht.

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Ein schönes Bild, von einem schönen Aufbau.
Aber kein Schaltplan.
Und nicht leicht zu "lesen".

Sehe ich das richtig, dass 1 Bein des Widerstandes auf GND sitzt?
Das 2te Bein zu einem A Eingang und zum Piezo geht?
Das 2te Bein des Piezo geht auf 5V?

Ruhezustand:
Soweit mir bekannt ist ein Piezo für Gleichstrom völlig undurchlässig.
Der Gleichstrom Widerstand ist als Unendlich anzunehmen.
Es werden also immer die vollen 5V am Piezo abfallen.
Am Widerstand 0V
Das sollte auch dein Analogwert zeigen.

Die Membran wackelt:
Der Piezo erzeugt einen Wechselstrom.
Dieser Wechselstrom fließt durch den Widerstand und führt an diesem zu einer Wechselspannung.
Die positiven Teile dieser Wechselspannung kannst du mit dem Eingang auswerten.
Die negativen, und die zu hohen positiven, Anteile werden durch die im AVR steckenden Dioden, gegen die Versorgungsanschlüsse abgeleitet.

Warum kann ich den Widerstand nicht beliebig verkleinern?
Der Widerstand belastet den Wechselstromgenerator(Piezo).
Ist die Last zu groß, fällt keine verwertbare Spannung am Widerstand ab.

Merke:
Kein einziges mal habe ich von den 50V geredet!
Warum auch?
Sie dürfen niemals auftreten!
50V ist tödlich für deinen kleinen Arduino.

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Gut dann hat der Kamerad ausm anderen Forum etwas geflunkert. Ich meine auch gelesen zu haben das die Spannungserzeugung nicht so hoch ausfällt.

Warum kann ich den Widerstand nicht beliebig verkleinern?
Der Widerstand belastet den Wechselstromgenerator(Piezo).
Ist die Last zu groß, fällt keine verwertbare Spannung am Widerstand ab.

Der Widerstand belasted den Piezo, ist diese Last zu groß bekomme ich keine verwertbare Spannung. Darauf schließe ich, dass ich einen kleineren Widerstand nehmen sollte als die 1MOhm. Was mir aber als falsch im Versuch und im Gespräch angekreidet wurde.

Kannst du vielleicht etwas genauer zu dieser Passage werden?

Charlie

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Darauf schließe ich, dass ich einen kleineren Widerstand nehmen sollte als die 1MOhm.

Warum?
Das habe ich weder gesagt, noch gedacht.
Ganz im Gegenteil.
Zu einem konkreten Widerstand kann ich nix sagen.

Kannst du vielleicht etwas genauer zu dieser Passage werden?

Schwierig....
Sehe nicht wo es bei dir klemmt...
Suche mal nach "Piezo Ersatzschaltbild".
Dann wird sich dir die Erkenntnis erschließen, dass dein Piezo einen Wechselstrom Innenwiderstand hat.

Dein Widerstand und der Innenwiderstand bilden einen Spannungsteiler.
Den Innenwiderstand kannst du nicht ändern.
Aber deinen Widerstand.
Wähle ihn so, dass du in dem von dir gewünschten Messbereich landest.

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Ah da haben wir es :smiley:

An meiner Rechnung des Spannungsabfalls oben konntest du ja bestimmt entnehmen, dass mir ein Schaltkreis mit nur einem Widerstand Kopfschmerzen bereitet hat. Ich habe den Piezo nicht als zweiten Widerstand gesehen und somit auch nicht in die Spannungsabfall-Rechnung mit einbedacht. Nun schließt sich der Kreis - zumindest im Rahmen des Piezo Projektes.

Ein anderer Kreis ist leider noch offen. Und zwar wüsste ich gerne wie ich die Spannung in einem simplen Schaltkreis mit 5V Spannungsquelle und 220 Ohm Widerstand errechne. Rein logisch betrachtet DARF nach! dem Widerstand ja garkeine Spannung vorhanden sein - da dies ja zu einem Kurzschluss führen würde. Es dürfen ja im Endeffekt keine Teilchen mit den zwei Polen ausgetauscht werden - sondern nur an den Verbrauchern/Widerständen austreten.

Allein durch diese Annahme denke ich jedoch das in einem Schaltkreis in dem nur EIN Widerstand existiert ist die Spannung 0V - zumindest nach dem Widerstand - davor liegt sie ja am Widerstand an und "drückt" die Elektronen aus dem Verbraucher raus (mal lustig ausgedrückt). Das heisst vor dem Widerstand habe ich Spannung-Gesamt und nach dem Widerstand Spannung-0 (oder gegen 0).

Sobald mehr als ein Verbraucher auftritt wird die Spannung aufgeteilt - jedoch wird nach dem letzten Verbraucher/Widerstand weiterhin immer Spannung-0 gemessen?

Habe ich es endlich kapiert oder darf ich mich von der Brücke werfen?

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Ein anderer Kreis ist leider noch offen. Und zwar wüsste ich gerne wie ich die Spannung in einem simplen Schaltkreis mit 5V Spannungsquelle und 220 Ohm Widerstand errechne. Rein logisch betrachtet DARF nach! dem Widerstand ja garkeine Spannung vorhanden sein - da dies ja zu einem Kurzschluss führen würde. Es dürfen ja im Endeffekt keine Teilchen mit den zwei Polen ausgetauscht werden - sondern nur an den Verbrauchern/Widerständen austreten.

Allein durch diese Annahme denke ich jedoch das in einem Schaltkreis in dem nur EIN Widerstand existiert ist die Spannung 0V - zumindest nach dem Widerstand - davor liegt sie ja am Widerstand an und "drückt" die Elektronen aus dem Verbraucher raus (mal lustig ausgedrückt). Das heisst vor dem Widerstand habe ich Spannung-Gesamt und nach dem Widerstand Spannung-0 (oder gegen 0).

Du hast einen einfachen Umstand unnötig kompliziert dargestellt!

Lass mich es mal versuchen:
Um eine Spannung zu messen, brauchen wir 2 Punkte. Wir wollen ja schließlich den Potenzialunterschied zwischen 2 Punkten bestimmen.
Setzt du beide Messspitzen auf einen Punkt, dann misst du 0V.
Egal wie viel Strom den Punkt durchquert.

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hm...

Würde ich vor einem Widerstand 220 Ohm und nach diesem Widerstand die Messspitzen anlegen und sagen wir mal der Widerstand würde 2.5V (5V Gesamt) verbrauchen. Dann hätte ich ein Potential an der Stelle von 2.5V ?

Kann man das denn irgendwie errechnen? Oder geht das nur nem Messgerät.

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Würde ich vor einem Widerstand 220 Ohm und nach diesem Widerstand die Messspitzen anlegen und sagen wir mal der Widerstand würde 2.5V (5V Gesamt) verbrauchen. Dann hätte ich ein Potential an der Stelle von 2.5V ?

Wenn du da 2,5V misst, liegen die da auch an.
Da beißt keine Maus einen Faden ab.

Beachte:
Der Innenwiderstand deinen Messgerätes verfälscht den Wert.
Das Messgerät verändert die zu messende Schaltung.

Spannungen werden nicht verbraucht.
Die liegen an.

Ströme werden auch nicht verbraucht
Die fließen.
Und zwar genauso viel raus, wie rein.

Tipp:
Glaube dem Ohmschen Gesetz!
Vertraue ihm.

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Haha ja ich glaube dem Ganzen ja. Habe aber kein Messgerät. Desshalb will ich es ja errechnen :smiley:

Gibt es denn keine Formel dafür? Ab zwei Widerständen ist das ja berechenbar - wieso nennt mir keiner die Rechnung für den Fall "eines" Widerstandes! Ist das ein Tabu über das keiner reden darf :stuck_out_tongue: ?

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Du schreibst viel und zeichnest zu wenig.

Ein Schaltkreis mit nur einem Widerstand scheint prinzipiell sinnlos zu sein, es sein denn zum Zwecke der Wärmeerzeugung.

Oder meinst du sowas:

Nein, im Ernst:
Was auch immer du für ein Problem hast:
mach eine kurze skizze, dann sieht man oft selbst, wie der Hase läuft.
Mit deinen Beschreibungen oben kann keiner wirklich was anfangen.
Was zum Beispiel ist ein "Schaltkreis mit 5V Spannungsquelle und 220 Ohm Widerstand "?
Da kann man wenig berechnen.

Oder meinst du sowas:

Hier kann man rechnen: R=U/I. Oder I = U/R

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Hallo,

was willst Du denn bei einem Widerstand in der Schaltung berechnen. An dem einen Widerstand fällt die gesamte angelegte Spannung ab. Was willste hier noch berechnen? Der Strom ist dann U durch R. Fertig.

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Falke88:
Gibt es denn keine Formel dafür? Ab zwei Widerständen ist das ja berechenbar - wieso nennt mir keiner die Rechnung für den Fall "eines" Widerstandes! Ist das ein Tabu über das keiner reden darf :stuck_out_tongue: ?

Das Ohmsche Gesetz ist kein Tabu.

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Ja ich meine sowas wie in der Skizze da oben.

Mein Logikfehler kommt jetzt...

Wenn ihr jetzt sagt an dem Widerstand fällt die ganze Spannung ab...und ich jetzt eine LED NACH diesem Widerstand anschließen will. Denke ich im Kopf ("Geht ja garnicht, die Spannung ist doch komplett abgefallen am Widerstand"). Geht aber doch - ein Vorwiderstand ist sogar gewünscht bei 'ner LED.

Das sind halt mein Kopfkirmes.

Ich weiss aber auch das man mit der LED dann zwei Verbraucher/Widerstände hat. Und dementsprechend muss ich ja davon ausgehen das es doch Spannung nach dem Widerstand vor der LED gibt.

Ach mano ich bekomm die zwei Fakten einfach nicht zu einer Grundregel zusammengeschweisst :frowning:

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Falke88:
Ach mano ich bekomm die zwei Fakten einfach nicht zu einer Grundregel zusammengeschweisst :frowning:

Ich nenne das "Einen Sprung in der Projektion".

Dann ist es meist Zeit die eigene Sicht auf die Dinge anzupassen.
Denn die Physik ist stabil.

Hilfreich ist es den Betrachtungswinkel zu ändern.
Andere Standpunkte anzunehmen.

Du brauchst einen ordentlichen Schuss aus der Blickwinkelkanone.

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Dein Fehler ist einfach:
In dieser Schaltung:

Fällt die gesamte Spannung am Widerstand ab.

Wenn du eine LED einfügst, hast du eine andere Schaltung.
Die Annahmen der ersten Schaltung sind nicht übertragbar.

Mit LED:

Uges = 5V:
UD = 2,8V (z.B. den korrekten Wert bekommst du aus dem Datenblatt)
Die Spannung, die am Widerstand abfällt ist also:
UR = Uges - UD = 5V - 2,8V = 2,2V.
Wenn du willst, dass im Stromkreis (also auch in der LED) z.B. 10mA fliessen, dann rechnest du:
R = UR / I = 2,2V / 0,01A = 220 Ohm.

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An diesem Punkt sollten eigentlich schon zwei Begriffe in den Raum geworfen worden sein, nun mache ich das mal: Reihenschaltung + Parallelschaltung. Und schon kannst du eine ganze Menge berechnen. Und wenns komplizierter werden soll, kannst du statt mit Ohmschen Widerständen auch mit Kapazitäten und Induktivitäten rechnen. :wink:

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Also

Ein Piezo als Mikrofon benutzt ist ein Spannungsgenerator. Er produziert eine Spannung. und hat einen sehr großen Innenwiderstand = kann wenig Strom bringen.
Die Schaltung ist folgende:

aus http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Knock

Der 1MOhm Widerstand ist paralell zum Piezo.

Das Ersatzschaltbild (vereinfacht) ist folgendes:

Ein idealer Spannungsgenerator Ui (Innenwiderstand 0 Ohm, kann unendlich viel Strom liefern) in Reihe zu einem Widerstand Ri (Innenwiderstand in der Größenordnung von einigen zehn Megaohm) Paralell zu beiden unser externer 1MOhm-Widerstand RL.
Die Spannung zwischen GND und Analogeingang ergibt sich aus dem Spannungsteiler Innenwiderstand und 1MOhm-Widerstand.

Bei der LED benutzt Du eine Spannungsquelle (Netzteil oder Batterie oder USB-Anschluß) die bei einer konstanten Spannung einiges an Strom geben kann. Bei Netzteil hängt es vom Netzteil ab aber sagen wir mal von 0,1A bis einige 10A hast Du auch Zuhause herumliegen. Batterie: einige 10mA bis einige 10A. Usb-anschluß ( USB2.1) bis 500mA. Das ist meist zuviel für einen LED.
Darum muß ein Widerstand her, der zusammen mit der LED nur einen für die LED verkraftbaren (wegen Verlustleistung) Strom fließen läßt.

Viele Grüße Uwe

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Also Männer,

Ich glaube das Thema findet sich dem Ende entgegen und ich habe die Erleuchtung gefunden.
Nach all euren Infos habe ich selber nochmal diverse Fakten, die für Andere vll. Selbstverständlichkeiten sind, auf den Tisch gelegt.

Der ausschlaggebene Punkt der mir den Aha Effekt einräumt wäre der, dass die Verbindung zum Analog Pin und dessen Widerstand parallel zu dem Widerstand nach dem Piezo liegt. Somit beeinflusst hauptsächlich die Relation des Widerstandes der entweder 220Ohm oder 1MOhm beträgt die Spannung die an dem Widerstand des Analog Pins anliegt.

Dazu habe ich mit meinem Multimeter gemessen und den Schaltplan gezeichnet. Spannungsquelle mit 9V simulieren in meinem Breadboard Versuch die Spannung des Piezo bei Vibration. Der erste Widerstand in Reihe simuliert den Innenwiderstand des Piezo. Außerdem simuliere ich den Widerstand des Analog Inputs. Die Widerstandswerte müssen ja nicht passen - geht ja um das Prinzip.

Würde ich den 220 Ohm Widerstand jetzt mit einem 1MOhm Widerstand ersetzen, dann würde sich die Potenz der beiden Spannungsabfälle der parallel geschalteten Widerstände ja erhöhen und sie würden dem Piezo Widerstand einiges an Spannung "klauen". Somit kann der Analog Input nun mit einer gesunden Spannung arbeiten.

Ich denke mal es müsste sitzen - ein Aha gab es auch :wink:

gruß Charlie und danke für all eure Hilfe !

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