Spannungsteiler

Ausgangsspannung Aus Zwei Reihenwiderständen Ermitteln

Ein Spannungsteiler verwendet zwei in Reihe geschaltete Widerstände über einer Versorgungsspannung, um eine kleinere, vorhersehbare Ausgangsspannung am Punkt zwischen ihnen zu erzeugen. Geben Sie die Eingangsspannung und die beiden Widerstandswerte ein, und dieser Rechner findet die zwischen R1 und R2 abgegriffene Ausgangsspannung sowie die Spannung an R1 und den durch den Stromkreis fließenden Strom.

Dies ist einer der häufigsten Grundbausteine in der analogen Elektronik: Skalierung des rohen Ausgangs eines Sensors auf einen sicheren Eingangsbereich, Erzeugung einer stabilen Referenzspannung oder Verschiebung eines Signals zwischen zwei verschiedenen Logikpegeln — alles mit nur zwei Widerständen.

Die Formel

$$V_{out} = V_{in} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2}$$

R1 sitzt zwischen der Versorgungsspannung und dem Ausgangs-Abgriffspunkt; R2 sitzt zwischen dem Abgriffspunkt und Masse. Da die beiden Widerstände in Reihe liegen, fließt durch beide derselbe Strom, und die beiden Spannungsabfälle summieren sich immer zur vollen Versorgungsspannung.

Durchgerechnetes Beispiel

Eine 12V-Versorgung durch einen 1.000 Ω R1 und einen 2.000 Ω R2:

1. Ausgangsspannung: 12 × (2.000 ÷ 3.000) = 8 V.
2. Spannung an R1: 12 − 8 = 4 V.
3. Stromstärke: 12 ÷ 3.000 = 0,004 A (4 mA).

Die beiden Abfälle stimmen: 4V an R1 plus 8V an R2 ergeben zusammen wieder die volle 12V-Versorgung.

Wichtige Einflussfaktoren

• Die Ausgangsspannung eines einfachen Spannungsteilers sinkt spürbar, sobald eine echte Last am Ausgangsabgriff Strom zieht. Die Formel dieses Rechners setzt eine ideale, lastfreie (Leerlauf-)Ausgabe voraus — das Anschließen einer echten Last parallel zu R2 ändert effektiv den Wert von R2 in der Schaltung, was die tatsächliche Ausgangsspannung unter den berechneten Idealwert zieht. Ein einfacher Spannungsteiler eignet sich am besten für hochohmige Lasten, die sehr wenig Strom ziehen.
• Die absoluten Widerstandswerte (nicht nur ihr Verhältnis) bestimmen, wie viel Strom die Schaltung kontinuierlich zieht, und damit, wie viel Leistung sie als Wärme verschwendet. Zwei Widerstandspaare mit identischem Verhältnis erzeugen dieselbe Ausgangsspannung, aber ein Paar mit viel kleineren Widerstandswerten zieht proportional mehr Strom und verschwendet mehr Leistung — die Wahl der Widerstandswerte erfordert das Abwägen dieser Leistungsverschwendung gegen die Empfindlichkeit der Schaltung gegenüber einer angeschlossenen Last.
• Ein Spannungsteiler ist eine passive, rein resistive Schaltung — er kann Spannung nur HERUNTERSETZEN, nie hinauf. Da der Ausgangsabgriff immer zwischen der Eingangsspannung und Masse liegt, kann die Ausgangsspannung nie die Eingangsspannung übersteigen — Spannung HERAUFZUSETZEN erfordert eine grundlegend andere Schaltung (wie einen Aufwärtswandler), keinen resistiven Teiler.
• Spannungsteiler sind eine übliche Methode, um einen Sensor oder ein Logiksignal sicher zwischen zwei unterschiedlichen Spannungsebenen zu verbinden. Eine klassische reale Anwendung ist die Skalierung eines 5-V-Mikrocontroller-Signals auf einen sicheren 3,3-V-Eingang für einen anderen Chip, oder umgekehrt — dies ist eine der am häufigsten vorkommenden praktischen Anwendungen derselben einfachen Zwei-Widerstand-Formel, die dieser Rechner berechnet.

Häufige Fehler

• R1 und R2 vertauschen. R1 sitzt immer zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgangsabgriff, und R2 sitzt immer zwischen dem Abgriff und Masse — wird vertauscht, welcher Widerstand welcher ist, kehrt sich um, welcher Anteil der Eingangsspannung tatsächlich am Ausgang erscheint.
• Annehmen, die berechnete Ausgangsspannung bleibt bestehen, sobald eine echte Last angeschlossen wird. Die Formel dieses Rechners setzt einen idealen, lastfreien Ausgang voraus — eine echte Last zieht Strom parallel durch R2, wodurch die tatsächliche Ausgangsspannung unter den berechneten Wert fällt, es sei denn, die Impedanz der Last ist deutlich höher als R2.
• Erwarten, dass ein Spannungsteiler die Spannung erhöht. Ein resistiver Teiler kann Spannung nur senken, niemals erhöhen — eine Spannungserhöhung erfordert eine aktive Schaltung wie einen Aufwärtswandler, keine zwei Widerstände.

Gut zu Wissen

• Möchten Sie Strom und Gesamtwiderstand, den diese Schaltung zieht, direkt mit dem Ohmschen Gesetz überprüfen? Ohmsches-Gesetz-Rechner löst nach Spannung, Strom oder Widerstand aus den jeweils anderen beiden.
• Benötigen Sie den kombinierten Widerstand von R1 und R2 zusammen, oder eine Schaltung mit mehr als zwei Widerständen? Rechner für Reihen- und Parallelwiderstände übernimmt Reihen- und Parallelkombinationen.