Strom, Leistung und Bauteilgrenzen

Strom benötigt einen geschlossenen Pfad

Strom ist die Rate, mit der Ladung einen Querschnitt passiert: $I=\Delta Q/\Delta t$. Ein Ampere ist ein Coulomb pro Sekunde. Technische Stromrichtung zeigt in die Richtung, in der sich eine positive Ladung bewegen würde. Elektronenbewegung in einem Metall zeigt andersherum; Schaltungsgleichungen verwenden konsequent die technische Stromrichtung.

Eine Quelle, die nur mit einem Widerstandsanschluss verbunden ist, erzeugt keinen dauerhaften Gleichstrom durch den Widerstand. Ein vollständiger Rückweg ist nötig. Ohne abzweigenden Pfad fließt derselbe Strom durch jedes Element einer Reihenschaltung. Spannung wird über einem Element gemessen, Strom durch einen Zweig. Ein Amperemeter muss in Reihe eingefügt werden. Ein Messgerät mit Stromeingang direkt über eine Versorgung zu legen erzeugt einen unbeabsichtigten niederohmigen Zweig.

Energiebudget

Wenn Strom in den positiven Spannungsanschluss eintritt, ist aufgenommene Leistung $P=VI$. Ein Widerstand setzt $I^2R=V^2/R$ um. Bei 5 V an 1 kΩ beträgt der Strom 5 mA und die Leistung 25 mW. Eine hypothetische Nennbelastbarkeit von 0.125 W übersteigt diese berechnete Verlustleistung, die tatsächlich zulässige Leistung hängt aber von Temperatur und Hersteller-Deratingkurve ab. Ein Aufdruck allein ist kein thermischer Entwurf.

Verringern Sie nun den Widerstand auf 100 Ω. Strom wird 50 mA und Leistung 250 mW. Die Spannung blieb gleich, während die Verlustleistung um den Faktor zehn stieg. Ein kleinerer Widerstand kann Belastungsprobleme lösen, kostet aber Strom, Wärme und Batterielaufzeit. Eine liefernde Quelle hat unter derselben Vorzeichenkonvention negative aufgenommene Leistung; dadurch wird die Gesamtleistungssumme zu einer nützlichen Prüfung.

Ein praktisches Protokoll

Erstellen Sie eine Tabelle mit Spannung, Widerstand, Strom, berechneter Verlustleistung und einer ausdrücklichen Leistungsgrenze. Kennzeichnen Sie Annahmen. Bei einer 3.3-V-Versorgung und 330 Ω beträgt der ideale Strom 10 mA und die Widerstandsleistung 33 mW. Ein deutlich höherer Messstrom deutet auf anderen Widerstand, zusätzlichen Parallelpfad oder falsche Versorgungseinstellung. Verdecken Sie eine Abweichung nicht durch Einheitenänderung, bis die Zahl plausibel aussieht.