Spannungsteiler berechnen und verstehen: Ändern Sie die Eingangsspannung Vin sowie den oberen Widerstand R1 und den unteren Widerstand R2. Ausgangsspannung Vout, Teilungsverhältnis, Ströme und Schaltbilder werden sofort aktualisiert.
Sie können auch einen Lastwiderstand RL anschließen und sehen, warum eine theoretische Ausgangsspannung von 2,5 V in der Praxis niedriger ausfallen kann. Für eine schnelle Berechnung geben Sie Ihre Werte direkt unten ein.
Spannungsteiler-Rechner
Die Startwerte sind Vin = 5 V, R1 = 10 kΩ und R2 = 10 kΩ. Ohne Last beträgt Vout 2,5 V. Aktivieren Sie RL, um den Spannungsabfall durch eine angeschlossene Last zu berechnen.
Das Schaltbild zeigt die ideale Gleichspannungsquelle, R1, R2, Vout und GND und ihre Verbindungen. Mit aktivierter Last kommt RL zwischen Vout und GND hinzu. Die Ströme stehen unten als Werte und Gleichungen statt als Pfeile im Schaltbild.
Eingaben
Ergebnisse und verknüpfte Diagramme
So verwenden Sie den Rechner
- Stellen Sie die Eingangsspannung Vin ein.
- Geben Sie den oberen Widerstand R1 und den unteren Widerstand R2 in kΩ ein.
- Beobachten Sie Vout, das Spannungsverhältnis, die Ströme und die Schaltbilder.
- Aktivieren Sie Lastwiderstand RL, um eine angeschlossene Schaltung zu berücksichtigen.
Mit den Vorgaben können Sie die Halbierung, etwa 3,3 V oder 1,8 V aus 5 V sowie den Einfluss einer Last sofort ausprobieren.
Formel und Berechnung des Spannungsteilers
R1 und R2 liegen in Reihe an Vin; Vout wird am Verbindungspunkt abgegriffen. Ohne angeschlossene Last gilt:
Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)
Der Strom durch die Reihenschaltung ist I = Vin / (R1 + R2). Vout liegt über R2 an. Nach dem Ohmschen Gesetz ist Vout = I × R2; daraus folgt die obige Formel.
Wenn R1 und R2 gleich groß sind
Bei R1 = R2 ist Vout gleich Vin/2. Beispielsweise ergeben Vin = 5 V und R1 = R2 = 10 kΩ eine Ausgangsspannung von 2,5 V. Dies setzt voraus, dass am Ausgang praktisch kein Strom entnommen wird.
Warum ein Lastwiderstand Vout senkt
Eine an Vout angeschlossene Schaltung hat einen Eingangswiderstand RL, der parallel zu R2 liegt. Der wirksame untere Widerstand Req ist:
Req = R2 ∥ RL = (R2 × RL) / (R2 + RL)
Mit Last gilt Vout = Vin × Req / (R1 + Req). Da Req kleiner als R2 ist, sinkt Vout gegenüber dem unbelasteten Wert.
Bei Vin = 5 V und R1 = R2 = RL = 10 kΩ ist Req = 5 kΩ und Vout nur etwa 1,67 V statt 2,5 V. Probieren Sie dazu die Vorgabe „Lasteffekt zeigen“ aus.
Was ist der Thévenin-Widerstand Rth?
Wird die Spannungsquelle auf 0 V gesetzt, sieht man von Vout aus den Widerstand Rth = R1 ∥ R2. Ist Rth gegenüber RL nicht klein, darf die Belastung nicht vernachlässigt werden. Der Rechner zeigt Rth an.
Beispiele: etwa 3,3 V und 1,8 V aus 5 V
Beispiel: etwa 3,3 V aus 5 V
Mit R1 = 5,1 kΩ und R2 = 10 kΩ beträgt Vout ungefähr 3,31 V. Widerstandstoleranzen und der Eingangswiderstand der Folgeschaltung verändern den tatsächlichen Wert; prüfen Sie den zulässigen Spannungsbereich.
Beispiel: etwa 1,8 V aus 5 V
Mit R1 = 18 kΩ und R2 = 10 kΩ beträgt Vout ungefähr 1,79 V. Falls genau 1,8 V benötigt werden, berücksichtigen Sie bei der Wahl von Normwerten auch die Widerstandstoleranzen.
Häufige Fragen
Ist Vout bei R1 = R2 immer halb so groß wie Vin?
Nur ohne Last oder bei ausreichend großem Lastwiderstand. Ein kleinerer RL verringert den wirksamen Widerstand von R2 und drückt Vout unter Vin/2.
Kann ein Spannungsteiler eine höhere Spannung als Vin liefern?
Nein. Ein passiver Widerstandsteiler liefert nur Spannungen zwischen 0 V und Vin. Für eine höhere Spannung benötigen Sie beispielsweise einen Aufwärtswandler.
Sind größere Widerstände zum Stromsparen immer besser?
Sie senken den Ruhestrom, erhöhen aber den Ausgangswiderstand. Last, Leckstrom, Rauschen und ADC-Erfassungszeit wirken sich stärker aus. Wählen Sie die absoluten Werte nach der angeschlossenen Schaltung, nicht nur nach dem Verhältnis.
Warum weichen Messwert und Berechnung voneinander ab?
Ursachen sind unter anderem Widerstandstoleranzen, der Eingangswiderstand von Messgerät oder ADC, Leckstrom, Leitungswiderstand, Versorgungsschwankungen und Temperatur. Schon das Messgerät kann eine Last darstellen.
Zusammenfassung
- Ohne Last gilt Vout = Vin × R2 / (R1 + R2).
- Mit RL wird R2 durch R2 ∥ RL ersetzt; Vout sinkt.
- Bei ADC-Eingängen sind neben dem Teilungsverhältnis auch Rth und die Erfassungszeit zu prüfen.
- Ein Widerstandsteiler ist keine Stromversorgung für veränderliche Lasten.
Mit dem Rechner oben können Sie den Einfluss von R1, R2 und RL auf Vout nachvollziehen. Für reale Schaltungen lesen Sie außerdem die Datenblätter der Bauteile und angeschlossenen Geräte.
Haftungsausschluss
Dieser Artikel und der Rechner beruhen auf idealen Gleichstrombedingungen und dienen dem Lernen sowie einer groben Abschätzung. Widerstandstoleranzen, Temperaturverhalten, parasitäre Effekte, Versorgungsschwankungen, Leckströme, Transienten und Bauteilgrenzen werden nicht vollständig berücksichtigt. Prüfen Sie bei Produkten, Anlagen oder sicherheitsrelevanten Schaltungen die Datenblätter und verifizieren Sie die Auslegung sorgfältig. Für Schäden aus der Nutzung dieses Artikels oder Rechners übernimmt diese Website keine Haftung.
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