Ein Spannungsteiler ist eine lineare Schaltung aus zwei Widerständen, an denen sich die Eingangsspannung in zwei Teilspannungen aufteilt. Spannungsteiler werden häufig zur Einstellung von Arbeitspunkten an Verstärkerschaltungen verwendet. Hier findest du alle Formeln sowie einen Online-Rechner zur einfachen Berechnung.
Spannungsteiler berechnen
In der Praxis müssen wir zwischen einem unbelasteten Spannungsteiler und einem belasteten Spannungsteiler unterscheiden. Der unbelastete Spannungsteiler ist letztendlich eine Reihenschaltung von zwei Widerständen.
Der belastete Spannungsteiler ist dagegen eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltung, da neben den Spannungsteiler Widerständen $R_{1}$ und $R_{2}$ zusätzlich die Last $R_{L}$ parallel zu $R_{2}$ ins Spiel kommt.
Da $R_{L}$ in der Praxis (etwa bei einer Verstärkerschaltung) häufig sehr hochohmig ist oder sich dynamisch verhält, werden Spannungsteiler in der Praxis meist für den unbelasteten Zustand berechnet und später bei Bedarf angepasst.
Spannungsteilerformel
Für einen einfachen, unbelasteten Spannungsteiler mit den zwei Widerständen $R_{1}$ und $R_{2}$ kannst du die Teilspannungen $U_{1}$ und $U_{2}$ mit folgenden Formeln berechnen:
$$ U_1 = U_{ges} \cdot \frac{R_1}{R_1 + R_2} $$
$$ U_2 = U_{ges} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} $$
Im unbelasteten Fall fließt durch beide Widerstände der gleiche Strom. Daher brauchen wir hier das ohmsche Gesetz nicht zur Hilfe nehmen, denn die Spannung teilt sich proportional zu den Widerstandswerten auf.
An einem hochohmigen Widerstand wird eine höhere Teilspannung abfallen, während an einem niederohmigen Widerstand eine entsprechend kleinere Teilspannung abfällt.
Unbelasteten Spannungsteiler berechnen
Mit folgendem Online-Rechner kannst du nach Eingabe der Eingangsspannung sowie den beiden Widerstandswerten die Ausgangsspannung an Widerstand 2 berechnen.
Dimensionierung des Spannungsteilers
Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers berechnet sich durch das Verhältnis der beiden Widerstände. Doch wie groß sollten die Widerstände gewählt werden?
Sind die Widerstände zu klein, entsteht eine große Verlustleistung durch den Spannungsteiler. Sind die Widerstände zu groß, ist die Ausgangsspannung stark abhängig von der angeschlossenen Last und die Schaltung instabil.
In der Praxis hat es sich bewährt, wenn der Strom durch die Last $R_{L}$ 5 bis 10 mal kleiner ist als der Strom durch den Spannungsteiler. Die idealen Widerstandswerte hängen also konkret von der Last ab, die vom Spannungsteiler kontrolliert wird.
Grundsätzliche sollte ein Spannungsteiler also nur für hochohmige Lasten verwendet werden. Dann können die Widerstände $R_{1}$ und $R_{2}$ irgendwo im kOhm Bereich liegen, wodurch der Spannungsteiler nur eine geringe Verlustleistung erzeugt.
Spannungsteiler Anwendungen
Ein Spannungsteiler darf nicht mit einer normalen Spannungsquelle für große Lasten bzw. Verbraucher verwechselt werden. Primär geht es darum, hochohmige Eingänge auf den gewünschten Arbeitspunkt einzustellen.
Ein Spannungsteiler wird daher häufig in Transistor-Verstärkerschaltungen eingesetzt, um die Basis- oder Gate-Spannung eines Transistors zu kontrollieren.
Spannungsteiler werden auch zur präzisen Spannungsmessung etwa bei Analog-Digital-Wandlern (ADC) verwendet. Hier kann die Teilspannung als Eingangssignal für den ADC dienen, um Spannungen in digitale Werte umzuwandeln.
Ein Potentiometer ist ein Beispiel für einen einstellbaren Spannungsteiler, bei dem sich der Widerstand und damit die Teilspannung variabel ändern lässt.
