Spannungsteiler-Regel
Die Spannungsteilerregel ist ein Prinzip in der Elektrotechnik, das das Verhalten eines Spannungsteilerkreises beschreibt, der eine Spannung über einer Last in zwei oder mehrere Teile aufteilt. Die Spannungsteilerregel besagt, dass die Spannung über jedem Widerstand im Kreis proportional zum Widerstandswert des Widerstands und dem Gesamtwiderstand des Kreises ist.
Mathematische Ausdrucksform der Spannungsteilerregel:
Die Spannungsteilerregel kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:
V1 = (R1 / (R1 + R2 + … + Rn)) * Vgesamt
wobei:
V1 die Spannung über Widerstand 1 ist
R1 der Widerstand von Widerstand 1 ist
R2, R3, …, Rn die Widerstände zusätzlicher Widerstände im Kreis sind
Vgesamt die Gesamtspannung über den Kreis ist.
Die Spannungsteilerregel ist ein nützliches Werkzeug zur Analyse und Entwurf von Schaltungen, die Spannungsteilung beinhalten. Sie ermöglicht es Ingenieuren, die Spannung über jeden Widerstand im Kreis zu berechnen, was nützlich sein kann, um das Verhalten der Schaltung vorherzusagen und sie so zu gestalten, dass sie bestimmten Leistungsanforderungen entspricht.
Die Spannungsteilerregel ist nur auf Gleichstromschaltungen anwendbar. Sie ist nicht anwendbar auf Wechselstromschaltungen, die sich aufgrund der veränderlichen Natur des Stroms anders verhalten. Die Spannungsteilerregel ist auch nur auf lineare Schaltungen anwendbar, die dem Ohmschen Gesetz gehorchen. Nichtlineare Schaltungen, wie solche, die Dioden oder Transistoren enthalten, gehorchen dem Ohmschen Gesetz nicht und können nicht mit der Spannungsteilerregel analysiert werden.
Wann sollte die Spannungsteilerregel angewendet werden?
Die Spannungsteilerregel wird verwendet, um die Lösung von Schaltungen zu vereinfachen. Diese Regel kann verwendet werden, um einfache Schaltungen umfassend zu lösen. Das grundlegende Prinzip hinter dieser Spannungsteilerregel ist, dass „die Spannung zwischen zwei in Reihe geschalteten Widerständen direkt proportional zu ihren Widerständen geteilt wird“. Der Spannungsteiler hat zwei wesentliche Komponenten: die Schaltung und die Gleichung.
Anwendungen der Spannungsteilerregel:
Der Spannungsteiler wird nur in Schaltungen eingesetzt, in denen die Spannung durch einen spezifischen Wert abgesenkt wird. Er wird hauptsächlich in Systemen verwendet, in denen Energieeffizienz nicht unbedingt ernsthaft berücksichtigt wird.
Der Spannungsteiler wird in unserem täglichen Leben am häufigsten in Potentiometern verwendet. Beispiele dafür sind die Lautstärkeregler moderner Musikanlagen und Radiotransistoren. Das grundlegende Design eines Potentiometers hat drei Anschlüsse, wie oben dargestellt. Zwei Anschlüsse sind an den internen Widerstand des Potentiometers angeschlossen, und der verbleibende Anschluss ist an einen wischenden Kontakt angeschlossen, der auf dem Widerstand gleitet. Wenn der Knopf am Potentiometer gedreht wird, erscheint die Spannung gemäß der Spannungsteilerregel zwischen den festen Kontakten und dem wischenden Kontakt.
Spannungsteiler werden verwendet, um die Stufe eines Signals zu ändern, sowie zur Messung von Spannungen und zur Vorspannung aktiver Bauteile in Verstärkern. Spannungsteiler sind in einem Multimeter und in einer Wheatstone-Brücke enthalten.
Spannungsteiler können verwendet werden, um den Widerstand eines Sensors zu messen. Der Sensor wird in Serie mit einem bekannten Widerstand angeschlossen, um einen Spannungsteiler zu bilden, und eine bekannte Spannung wird über den Teiler angelegt. Der Analog-Digital-Wandler des Mikrocontrollers ist mit dem Mittelantrieb des Teilers verbunden, sodass die Antriebspannung gemessen werden kann. Der gemessene Widerstand des Sensors kann mit dem bekannten Widerstand berechnet werden.
Spannungsteiler werden in Sensoren und Spannungsmessungen, bei Logikpegelverschiebung und bei der Signalpegelsteuerung eingesetzt.
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