Der einfachste Fall
Der denkbar einfachste Kreis: eine Quelle mit 3.3 V und ein einziger Widerstand von 150 Ω.
Weil ausser dem Widerstand nichts im Kreis ist, liegt über ihm die volle Quellenspannung. Damit:
I = U / R = 3.3 V / 150 Ω = 0.022 A = 22 mA
Dieser Fall ist deshalb so wichtig, weil er der einzige ist, in dem du die Quellenspannung direkt einsetzen darfst. Sobald ein zweites Bauteil dazukommt, teilt sich die Spannung auf.
Die Rechnung in beide Richtungen
In der Praxis kennst du meist zwei der drei Grössen und suchst die dritte. Drei Beispiele mit denselben Bauteilen:
| gegeben | gesucht | Rechnung |
|---|---|---|
| U = 3.3 V, R = 150 Ω | Strom | I = 3.3 / 150 = 0.022 A = 22 mA |
| U = 3.3 V, I = 10 mA | Widerstand | R = 3.3 / 0.010 = 330 Ω |
| R = 150 Ω, I = 10 mA | Spannung | U = 150 · 0.010 = 1.5 V |
Die dritte Zeile ist die, mit der du später kontrollierst, ob deine Schaltung stimmt: Du rechnest aus, was du messen müsstest, und vergleichst mit dem, was das Multimeter sagt.
Grössenordnung vor Genauigkeit
Bevor du eine Zahl in den Taschenrechner tippst, schätze die Grössenordnung:
- Ohm-Bereich (100 … 1000 Ω) an 3.3 V → Milliampere. Das ist der LED-Bereich.
- Kiloohm-Bereich (1 … 100 kΩ) an 3.3 V → Bruchteile von Milliampere. Das ist der Pull-up- und Spannungsteiler-Bereich.
- Megaohm-Bereich an 3.3 V → Mikroampere, praktisch nichts. Das ist ein Eingang.
Wenn dein Ergebnis in der falschen Schublade landet, hast du dich um einen Faktor 1000 vertan — und das merkst du so schneller als durch Nachrechnen.
Was „Spannungsabfall" bedeutet
Der Begriff verwirrt, weil er klingt, als ginge etwas verloren. Gemeint ist etwas ganz Nachvollziehbares:
Der Spannungsabfall über einem Bauteil ist der Unterschied zwischen der Spannung an seinem Eingang und der an seinem Ausgang.
Im Wassermodell ist das der Druckunterschied vor und hinter der Engstelle. Nichts geht verloren — die Energie wird in Wärme oder Licht umgesetzt, und die Spannung ist einfach nach dem Bauteil niedriger als davor.
Daraus folgt die Regel, die ab Modul 4 alles trägt: Die Summe aller Spannungsabfälle in einem Kreis ist gleich der Quellenspannung. Der Strom kommt mit 3.3 V los und muss bei 0 V wieder ankommen — also müssen unterwegs genau 3.3 V „verbraucht" worden sein.
Kurze Selbstkontrolle
Zählt nicht — nur zum Prüfen, ob es angekommen ist.
1.Du brauchst 5 mA aus einer 3.3-V-Quelle. Welcher Widerstand gehört in den Kreis, wenn sonst nichts drin ist?
2.In einem Kreis mit 3.3 V fallen über dem ersten Bauteil 2.0 V ab. Wie viel fällt über dem Rest des Kreises ab?