Vout = (Vin * R₂) / (R₁ + R₂)
Vin = (Vout * (R₁ + R₂)) / R₂
R₁ = (Vin * R₂ / Vout) - R₂
R₂ = (Vout * R₁) / (Vin - Vout)
Vin = In voltage (V)
Vout = Out voltage (V)
R = Resistance (Ω)
Berechnen Sie die Ausgangsspannung mithilfe der Spannungsteilerregel – unerlässlich für die Elektronikentwicklung.
"Ein Schaltkreis, der die Spannung reduziert, indem er sie über zwei in Reihe geschaltete Widerstände teilt."
\( V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} \)
Wobei:
Vin: Eingangsspannung (V)
Vout: Ausgangsspannung (V)
R1, R2: Widerstandswerte (Ω)
Hinweis: Die Spannung teilt sich proportional zum Widerstand – ein höherer Widerstand erhält mehr Spannung.
Die insgesamt an den Schaltkreis angelegte Spannung, gemessen in Volt (V).
Beispiel: 5 V von einer Batterie oder Stromquelle
Die Spannung, die über den Widerstand R2 fällt, was die gewünschte Ausgangsspannung ist.
Dies wird häufig verwendet, um Referenzspannungen für Sensoren, Mikrocontroller oder Verstärker bereitzustellen.
Das Verhältnis der beiden in Reihe geschalteten Widerstände. Dies bestimmt, wie die Spannung geteilt wird.
Beispiele:
• Wenn R₁ = R₂ → Vout = Vin/2
• Wenn R₂ ≫ R₁ → Vout ≈ Vin
• Wenn R₁ ≫ R₂ → Vout ≈ 0
Wenn Widerstände in Reihe verbunden sind:
Sie teilen sich den gleichen Strom
Die Spannung teilt sich über jeden Widerstand
Gesamtspannung: Vin = V₁ + V₂
Strom: I = Vin / (R₁ + R₂)
Spannung über R₂: Vout = I × R₂
Bereitstellung von Referenzspannungen für analoge Schaltungen
Skalieren von Sensorsignalen (z.B. Thermistoren, Potentiometer)
Polarisierung von Transistoren und Operationsverstärkern
Erstellen von einstellbaren Spannungsquellen
Unterricht in grundlegenden Schaltkreistheorien im Klassenzimmer
Ein Spannungsteiler eignet sich zur Bereitstellung von Referenzspannungen für hochohmige Lasten (wie ADC-Eingänge, nicht-invertierende Eingänge von Operationsverstärkern oder Sensor-Vorspannungen), ist jedoch nicht als Stromversorgung für niederohmige Lasten (wie Motoren, LEDs oder Mikrocontroller) geeignet.
Dies liegt daran, dass die Ausgangsspannung erheblich abfällt, wenn die Last Strom aufnimmt, da der Lastwiderstand effektiv eine Parallelschaltung mit R2 bildet und das Teilerverhältnis verändert. Verwenden Sie zur Stromversorgung von Lasten stattdessen einen Spannungsregler (z. B. LDO oder Schaltregler).
Es gibt zwei wesentliche Gesichtspunkte:
① Das Verhältnis bestimmt die Spannung — die Ausgangsspannung hängt ausschließlich vom Verhältnis R1/R2 ab, sodass jedes Widerstandspaar mit demselben Verhältnis dieselbe Ausgangsspannung Vout liefert;
② Die Absolutwerte beeinflussen die Stromaufnahme — kleinere Widerstandswerte entnehmen der Quelle mehr Strom (was zu Leistungsverlusten führt), während größere Werte den Ausgang anfälliger für Lastbeeinflussungen machen.
Eine gängige ingenieurtechnische Praxis besteht darin, den Teilerstrom auf mindestens das 10-Fache des Laststroms zu dimensionieren, um Belastungseffekte zu minimieren. Für die meisten Anwendungen auf Signalebene bewähren sich R1 und R2 im Bereich von 1kΩ–100kΩ.
Spannungsteiler finden breite Anwendung in:
① Pegelverschiebung — Herabsetzung eines höheren Spannungssignals zur Anpassung an die ADC-Eingangsbereiche (z. B. 12V → 3,3V für einen Mikrocontroller);
② Sensoranbindung — Auslesen resistiver Sensoren wie Thermistoren, Fotowiderstände und Dehnungsmessstreifen;
③ Vorspannungseinstellung — Festlegung der Gleichstrom-Arbeitspunkte für Transistoren und Operationsverstärker;
④ Einstellbare Spannung — Verwendung eines Potentiometers als R2 zur Erzeugung einer variablen Spannungsquelle;
⑤ Rückkopplungsnetzwerke — Einstellung der Verstärkung in Operationsverstärkerschaltungen.
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