So messen Sie den Arbeitszyklus mit einem Digitalmultimeter

Der Tastgrad gibt an, wie lange ein Signal während jeder Signalperiode eingeschaltet ist. Wenn Ihr Digitalmultimeter eine Hz/%-Funktion besitzt, kann es den Tastgrad vieler Rechteckwellen- oder PWM-Signale direkt messen.

Dies unterscheidet sich von der Messung von Wechsel- oder Gleichspannung. Eine Tastgradmessung bezieht sich auf das Timing, nicht nur auf den Spannungspegel. Für eine schnelle Fehlersuche kann ein Multimeter sehr nützlich sein. Für eine detaillierte Wellenformanalyse ist ein Oszilloskop jedoch das bessere Werkzeug.

Was ist der Tastgrad?

Der Tastgrad ist der prozentuale Anteil eines vollständigen Zyklus, in dem ein Signal in seinem aktiven Zustand verbleibt. In den meisten PWM-Schaltungen bedeutet der aktive Zustand den hohen Teil des Impulses.

Die Grundformel lautet:

Tastgrad (%) = (Einschaltzeit ÷ Gesamtperiode) × 100

Wenn ein Signal beispielsweise 2 Millisekunden lang während einer 10-Millisekunden-Periode eingeschaltet ist, beträgt der Tastgrad 20 %.

Ein Tastgrad von 50 % bedeutet, dass das Signal die Hälfte jedes Zyklus eingeschaltet ist. Ein Tastgrad von 100 % bedeutet, dass das Signal die ganze Zeit aktiv bleibt.

Kann jedes Digitalmultimeter den Tastgrad messen?

Nein. Ein Digitalmultimeter muss eine Frequenz- oder Tastgradfunktion haben, um den Tastgrad direkt zu messen.

Bei vielen Messgeräten ist diese Funktion mit Hz, % oder Hz% gekennzeichnet. Einige Messgeräte erfordern das Drücken einer Sekundärfunktionstaste nach Auswahl des Frequenzmodus. Ein einfaches Messgerät, das nur Spannung, Widerstand und Strom misst, unterstützt möglicherweise keine Tastgradmessungen.

Handmultimeter sind für Feldprüfungen üblich, da sie tragbar sind. Tischmessgeräte bieten möglicherweise eine höhere Genauigkeit, sind aber für eine schnelle Fehlersuche weniger praktisch.

Was sollten Sie vor der Messung des Tastgrades überprüfen?

Bevor Sie den Tastgrad messen, stellen Sie sicher, dass das Signal für das Messgerät sicher und für den Frequenzbereich des Messgeräts geeignet ist. Die gleichen grundlegenden Gewohnheiten, die in diesem Leitfaden zur Verwendung eines Multimeters behandelt werden, gelten auch hier: Verwenden Sie die richtige Eingangsbuchse, wählen Sie den richtigen Modus und bleiben Sie innerhalb der Nennwerte des Messgeräts.

• Messgerätefunktion: Stellen Sie sicher, dass das Messgerät einen Hz/%- oder Tastgradmodus hat.
• Eingangsbuchse: Verwenden Sie die Spannungs- oder Frequenzeingangsbuchse, nicht die Strombuchse.
• Signaltyp: Der Tastgrad ist am nützlichsten für Rechteckwellen- und PWM-Signale.
• Spannungspegel: Bleiben Sie innerhalb der Nenn-Eingangsgrenzen des Messgeräts.
• Frequenzbereich: Überprüfen Sie das Handbuch, wenn die Anzeige instabil oder fehlend ist.

Prüfen Sie keine spannungsführende Hochleistungsschaltung, es sei denn, Sie sind entsprechend geschult und Ihr Messgerät, Ihre Prüfspitzen und Ihre Testmethode sind für diese Aufgabe entsprechend ausgelegt.

Wie messen Sie den Tastgrad mit einem Digitalmultimeter?

Sie messen den Tastgrad, indem Sie den Hz/%-Modus des Messgeräts auswählen, die Messleitungen mit dem Signal und dem Referenzpunkt verbinden und den Prozentwert auf dem Display ablesen.

1.  Stecken Sie die schwarze Messleitung in die COM-Buchse.
2.  Stecken Sie die rote Messleitung in die VΩ- oder Hz-Eingangsbuchse.
3.  Drehen Sie den Drehschalter auf die Frequenzeinstellung.
4.  Drücken Sie die Funktionstaste, bis das Display % anzeigt, falls Ihr Messgerät dies erfordert.
5.  Verbinden Sie die schwarze Prüfspitze mit der Erdung oder dem Referenzpunkt der Schaltung.
6.  Verbinden Sie die rote Prüfspitze mit dem Signalausgang.
7.  Schalten Sie die Schaltung ein und lassen Sie das Signal normal laufen.
8.  Lesen Sie den Tastgradprozentsatz auf dem Display ab.

Wenn die Zahl springt, überprüfen Sie zuerst die Sondenkontaktierung. Ein verrauschtes Signal, ein schwacher Impuls oder ein falscher Referenzpunkt können ebenfalls instabile Messwerte verursachen.

Wie berechnet man den Tastgrad manuell?

Sie berechnen den Tastgrad, indem Sie die Einschaltzeit durch die Gesamtperiode dividieren und das Ergebnis dann mit 100 multiplizieren.

Tastgrad (%) = (Impulsbreite ÷ Periode) × 100

Die Impulsbreite ist die aktive Zeit des Impulses. Die Periode ist die Zeit für einen vollständigen Zyklus.

Beispielsweise hat ein Signal mit einer Einschaltzeit von 5 ms und einer Periodendauer von 20 ms einen Tastgrad von 25 %.

(5 ms ÷ 20 ms) × 100 = 25%

Diese Methode ist einfach, wenn Sie die Zeitwerte bereits kennen. Bei der tatsächlichen Fehlersuche ist ein Multimeter mit Tastgradmodus oder ein Oszilloskop normalerweise schneller.

Kann man den Tastgrad aus der Spannung berechnen?

Sie sollten den Tastgrad nicht aus der Spannung berechnen, es sei denn, die Wellenform und die Spannungspegel sind eindeutig bekannt.

Für ein ideales PWM-Signal mit einem bekannten niedrigen und hohen Pegel kann die durchschnittliche Spannung eine grobe Schätzung des Tastgrades liefern. In diesem Fall ist die Beziehung:

Tastgrad (%) = [(Durchschnittsspannung − niedrige Spannung) ÷ (hohe Spannung − niedrige Spannung)] × 100

Wenn beispielsweise ein 5-V-PWM-Signal zwischen 0 V und 5 V schaltet, deutet eine durchschnittliche Spannung nahe 2,5 V auf einen Tastgrad von etwa 50 % hin.

Diese Abkürzung kann bei realen Schaltungen irreführend sein. Filterung, Rauschen, Ansprechverhalten des Messgeräts und nicht-rechteckige Wellenformen können alle den Spannungsmesswert beeinflussen. Wenn es auf Genauigkeit ankommt, verwenden Sie die Tastgradfunktion des Messgeräts oder überprüfen Sie das Signal mit einem Oszilloskop.

Was bestimmt den Tastgrad?

Der Tastgrad wird durch die aktive Impulsbreite im Vergleich zur Gesamtperiode bestimmt.

Faktor	Wie er den Tastgrad beeinflusst
Impulsbreite	Eine längere Einschaltzeit erhöht den Tastgrad, wenn die Periodendauer gleich bleibt.
Periode	Eine längere Periodendauer senkt den Tastgrad, wenn die Einschaltzeit gleich bleibt.
Frequenz	Die Frequenz allein legt den Tastgrad nicht fest. Sie gibt nur an, wie oft sich der Zyklus wiederholt.
Amplitude	Die Amplitude definiert den Tastgrad nicht, kann aber beeinflussen, ob das Messgerät das Signal erkennt.

Deshalb ist das ursprüngliche Signal-Timing wichtiger als die Spannungshöhe, wenn es um den Tastgrad geht.

Was ist der Unterschied zwischen Tastgrad, Frequenz und Impulsbreite?

Tastgrad, Frequenz und Impulsbreite beschreiben unterschiedliche Teile desselben sich wiederholenden Signals.

Begriff	Bedeutung	Beispiel
Tastgrad	Der prozentuale Anteil eines aktiven Zyklus.	40%
Impulsbreite	Die Zeitdauer, die das Signal in einem Zyklus aktiv bleibt.	4 ms
Frequenz	Die Anzahl der Zyklen pro Sekunde.	250 Hz
Periode	Die für einen vollständigen Zyklus benötigte Zeit.	4 ms

Ein Signal kann bei unterschiedlichen Frequenzen den gleichen Tastgrad haben. Zum Beispiel bedeutet ein Tastgrad von 50 % einfach, dass die EIN- und AUS-Zeiten innerhalb jedes Zyklus gleich sind.

Wo wird der Tastgrad eingesetzt?

Der Tastgrad wird häufig verwendet, wenn eine Schaltung die durchschnittliche Ausgangsleistung durch schnelles Schalten steuert.

• Motordrehzahlregelung: Ein höherer Tastgrad liefert in der Regel mehr durchschnittliche Leistung an den Motor.
• LED-Dimmung: Ein niedrigerer Tastgrad kann das Licht dunkler erscheinen lassen.
• Steuersignale: Einige Sensoren und Module verwenden Impulszeiten, um Informationen zu senden.

In diesen Fällen kann die Schaltung sehr schnell vollständig EIN und AUS schalten. Die angeschlossene Last reagiert auf den durchschnittlichen Effekt.

Warum ist meine Tastgradanzeige falsch oder instabil?

Eine falsche Tastgradanzeige resultiert normalerweise aus einer falschen Messgeräteeinstellung, einem schwachen Signal oder einem Signal, das außerhalb des Messbereichs des Messgeräts liegt.

Problem	Wahrscheinliche Ursache	Was zu tun ist
Das Messgerät zeigt Spannung statt % an.	Das Messgerät befindet sich nicht im Tastgradmodus.	Wählen Sie den Hz/%-Modus oder drücken Sie die sekundäre Funktionstaste.
Die Anzeige springt.	Das Signal ist verrauscht oder der Sondenanschluss ist schlecht.	Überprüfen Sie den Erdungspunkt und verwenden Sie eine stabilere Verbindung.
Das Display zeigt keine Anzeige.	Die Frequenz oder Spannung liegt möglicherweise außerhalb des Messbereichs des Messgeräts.	Überprüfen Sie das Handbuch des Messgeräts und den Signalpegel.
Der Wert sieht invertiert aus.	Die Schaltung verwendet möglicherweise ein aktiv-niedriges Signal.	Bestätigen Sie, ob der Impuls aktiv hoch oder aktiv niedrig ist.
Die Zahl stimmt nicht mit dem Schaltungsbetrieb überein.	Die Wellenform ist möglicherweise keine saubere Rechteckwelle.	Verwenden Sie ein Oszilloskop, um die tatsächliche Wellenform zu sehen.

Wann sollte man stattdessen ein Oszilloskop verwenden?

Sie sollten ein Oszilloskop verwenden, wenn Sie die tatsächliche Wellenform sehen müssen und nicht nur eine einzige Tastgradzahl.

Ein Multimeter ist nützlich für schnelle Überprüfungen. Es kann Ihnen sagen, ob ein PWM-Signal vorhanden ist und ob sich der Tastgrad ungefähr wie erwartet ändert.

Ein Oszilloskop ist besser, wenn das Signal Überschwingen, langsame Flanken, Aussetzer oder Rauschen aufweist. Es hilft auch, wenn Sie Anstiegszeit, Abfallzeit, Impulsbreite oder exaktes Timing überprüfen müssen.

Häufig gestellte Fragen

Wie bestimmt man den Tastgrad?

Sie bestimmen den Tastgrad, indem Sie die Einschaltzeit mit der gesamten Zykluszeit vergleichen. Teilen Sie die Einschaltzeit durch die Periodendauer und multiplizieren Sie das Ergebnis dann mit 100.

Tastgrad (%) = (Einschaltzeit ÷ Gesamtperiode) × 100

Ist der Tastgrad dasselbe wie die Frequenz?

Nein. Die Frequenz gibt an, wie viele Zyklen pro Sekunde ablaufen, während der Tastgrad angibt, wie viel von jedem Zyklus aktiv ist.

Ein 100-Hz-Signal und ein 1-kHz-Signal können beide einen Tastgrad von 50 % haben.

Kann ein Multimeter den PWM-Tastgrad messen?

Ja, ein Multimeter kann den PWM-Tastgrad messen, wenn es eine Tastgradfunktion besitzt und das PWM-Signal innerhalb des unterstützten Bereichs des Multimeters liegt.

Ist das PWM-Signal sehr schnell, sehr schwach oder stark verzerrt, ist die Messung möglicherweise nicht zuverlässig.

Warum ist der Tastgrad wichtig?

Der Tastgrad ist wichtig, weil er beeinflusst, wie viel durchschnittliche Leistung oder Steuerungsaktion ein Schaltsignal liefert.

In einer PWM-Motorschaltung bedeutet ein höherer Tastgrad beispielsweise in der Regel, dass mehr durchschnittliche Leistung an den Motor angelegt wird.

Was bedeutet ein Tastgrad von 50 %?

Ein Tastgrad von 50 % bedeutet, dass das Signal für die Hälfte jedes Zyklus aktiv und für die andere Hälfte inaktiv ist.

Bei einer sauberen Rechteckwelle führt dies zu gleichen Hoch- und Niedrigzeiten.

 

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