Spannungsteiler erklärt: Was sind sie und wie funktionieren sie?

Was sind Spannungsteiler?

Was machen Spannungsteiler?

• Spannungsreduzierung: V_in, die höhere Spannungsquelle, kann kontrolliert auf V_out, die erforderliche niedrigere Spannung, heruntertransformiert werden.
• Spannungsvorspannung: Um Komponenten mit Strom zu versorgen oder Transistoren vorzuspannen, werden sie eingesetzt, um bestimmte Spannungspegel (V_out) an verschiedenen Stellen in einem Schaltkreis zu erzeugen.
• Einstellung des Spannungsverhältnisses: Die Widerstandswerte (R1 und R2) können genau angepasst werden, um das Verhältnis der Ausgangsspannung (V_out) zur Eingangsspannung (V_in) zu steuern.

Video zum Thema Spannungsteiler

Beispiele für Spannungsteiler

• Spannungsregelung: Mit einem Spannungsteiler kann die an eine empfindliche elektronische Komponente angelegte Spannung geregelt werden, wenn die Spannung der Quelle zu hoch ist.
• Analog-Digital-Umsetzer (ADCs): In vielen ADC-Schaltungen sind Spannungsteiler wesentliche Komponenten, die dabei helfen, analoge Spannungssignale auf einen für die digitale Wertumwandlung geeigneten Bereich zu reduzieren.
• LED-Helligkeitsregelung: Sie können die Helligkeit von LEDs regeln, indem Sie die Widerstandswerte in einem Spannungsteilerkreis ändern.
• Sensorvorspannung: Um eine bestimmte Vorspannung für verschiedene Sensoren in einem Schaltkreis bereitzustellen, werden häufig Spannungsteiler verwendet.

Wie funktionieren Spannungsteiler?

1. Stromfluss: Strom (I) fließt durch beide Widerstände, wenn die Eingangsspannung an den Reihenschaltkreis der Widerstände angelegt wird. Die Potentialdifferenz (Spannung) der Spannungsquelle ist der Grund für diesen Stromfluss.
2. Spannungsabfall über jedem Widerstand: Der Spannungsabfall über jedem Widerstand wird bestimmt, indem der Widerstandswert (R) des Widerstands mit dem durch ihn fließenden Strom (I) multipliziert wird, gemäß dem Ohmschen Gesetz (V = I * R). Es wird einen Spannungsabfall über jedem Widerstand (R1 und R2) im Reihenschaltkreis geben, wenn Strom durch sie fließt.
3. Ausgangsspannung (V_out): An der Verbindung der beiden Widerstände (R1 und R2) wird die gewünschte Ausgangsspannung (V_out) erhalten. Da über jeden Widerstand etwas Spannung verloren geht, ist diese Spannung immer niedriger als die Eingangsspannung (V_in).

Wie berechnet man Spannungsteiler?

• V_out: Dies ist die Ausgangsspannung, die Sie erreichen möchten.
• R2: Der zweite Widerstand im Reihenschaltkreis, an dem normalerweise die Ausgangsspannung abgenommen wird, hat diesen Widerstandswert.
• (R1 + R2): Dies ist der Gesamtwiderstand des Spannungsteilerschaltkreises. Er ist einfach die Summe der Widerstände der beiden in Reihe geschalteten Widerstände (R1 und R2).
• V_in: Dies ist die Spannung, die Ihre Quelle (Netzteil oder Batterie) als Eingang bereitstellt.

1. Werte bestimmen: Daten bezüglich der Eingangsspannung und der Widerstände zusammenstellen:
   • R1: Der Widerstand des ursprünglichen Widerstands (gemessen in Ohm, Ω).
   • R2: Der Widerstand des zweiten Widerstands, ausgedrückt in Ohm (Ω).
   • V_in: Die Eingangsspannung der Quelle, ausgedrückt in Volt (V).
2. Gesamtwiderstand bestimmen: Um den Gesamtwiderstand des Stromkreises zu bestimmen, addieren Sie die Widerstände von R1 und R2:
   • Gesamtwiderstand = R1 + R2
3. Formel anwenden: Geben Sie V_in, R2 und Gesamtwiderstand (R1 + R2) in die Formel ein:
   • V_out = (R2 / (R1 + R2)) * V_in
4. Finden Sie die V_out-Lösung: Berechnen Sie die Ausgangsspannung (V_out), indem Sie die Formel vereinfachen.

Tipps zur Verwendung von Spannungsteilern

• Wählen Sie die richtigen Widerstandswerte: Wählen Sie unter Berücksichtigung der erforderlichen Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms Widerstände mit den richtigen Widerstandswerten und Nennleistungen.
• Denken Sie an die Toleranz: Toleranzen bei Widerständen können die Genauigkeit der Ausgangsspannung beeinflussen. Verwenden Sie bei einer genaueren Spannungsregelung Widerstände mit feineren Toleranzen.
• Auswirkungen der Belastung: Wenn Sie einen Schaltkreis an den Ausgang des Spannungsteilers anschließen, berücksichtigen Sie den Belastungseffekt. Um die Auswirkung auf die Genauigkeit der Ausgangsspannung zu verringern, verwenden Sie Schaltkreise mit hoher Impedanz.

Wo werden Spannungsteiler verwendet?

• Stromversorgungsschaltungen: Sie werden in Stromversorgungsschaltungen eingesetzt, um verschiedene Spannungsniveaus zu erzeugen, die zur Stromversorgung verschiedener Teile eines Geräts erforderlich sind.
• Mikrocontroller und Logikschaltungen: Um Transistoren und integrierte Schaltkreise in Mikrocontrollern und Logikschaltungen vorzuspannen, werden Spannungsteiler verwendet, um bestimmte Spannungsniveaus bereitzustellen.
• Sensorschnittstellen: Sie werden verwendet, um Sensorausgangsspannungen auf einen Bereich zu reduzieren, der für die Verarbeitungseinheit in Sensorschnittstellenschaltungen akzeptabel ist.
• Audioschaltungen: Spannungsteiler können verwendet werden, um Signalpegel in Audioschaltungen anzupassen.

Einschränkungen von Spannungsteilern

• Leistungsabgabe: Durch Spannungsteiler wird Wärme von Widerständen abgegeben. Bei Verwendung von Widerständen mit geringer Leistung oder hohen Eingangsspannungen kann dies ein Problem sein. Es ist wichtig, Widerstände mit der richtigen Nennleistung auszuwählen.
• Ausgangsstrombegrenzungen: Es wird nicht empfohlen, Schaltkreisen über Spannungsteiler hohe Ströme zuzuführen. Die Eingangsspannung und der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers bestimmen die Strommenge, die am Ausgang verfügbar ist.
• Ladeeffekt: Die Genauigkeit der Ausgangsspannung kann beeinträchtigt werden, wenn der Schaltkreis, der an den Spannungsteilerausgang angeschlossen ist, eine beträchtliche Menge Strom zieht. Dies liegt an einem Spannungsabfall, der durch den zusätzlichen Strom verursacht wird, der durch den Ausgangswiderstand fließt, wodurch die verfügbare Ausgangsspannung gesenkt wird.

Fazit