Spannungsteiler-Rechner

Der Spannungsteiler ist eine der grundlegendsten Schaltungen der Elektronik. Er besteht aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen zwischen Versorgungsspannung und Masse, wobei die Ausgangsspannung am Knoten zwischen den beiden Widerständen abgegriffen wird. Die Schaltung teilt die Eingangsspannung proportional zu den Widerstandswerten in eine kleinere Ausgangsspannung auf und folgt dabei dem Ohmschen Gesetz sowie den Regeln für Reihenschaltungen. Die Kernformel lautet Vout = Vin × R2 / (R1 + R2). Dieser Ausdruck lässt sich in zwei Schritten herleiten: Der Gesamtstrom durch die Reihenschaltung ist I = Vin / (R1 + R2) nach dem Ohmschen Gesetz, und die Spannung über R2 ist I × R2. Einsetzen ergibt die Spannungsteilerformel. Da R2 sowohl im Zähler als auch im Nenner vorkommt, ist die Ausgangsspannung bei positiven Widerständen immer kleiner als die Eingangsspannung. Gleiche Widerstände ergeben exakt die halbe Versorgungsspannung, unterschiedliche Werte verschieben den Ausgang proportional. Spannungsteiler werden in der gesamten Elektronik verwendet. Bei Sensorschnittstellen wird ein 0–5-V-Sensorsignal häufig mit R1 = 2.2 kΩ und R2 = 3.3 kΩ auf 0–3.3 V für einen Mikrocontroller-ADC skaliert. In Transistor-Bias-Schaltungen legt ein Spannungsteiler die Basisspannung fest und bestimmt damit den Arbeitspunkt eines bipolaren Transistors. In Audiogeräten sind Potentiometer stufenlos einstellbare Spannungsteiler zur Lautstärkeregelung. Auch beim Verschieben digitaler Pegel wird oft ein Zweiwiderstands-Teiler verwendet, um ein 5-V-Logiksignal auf die 3.3-V-Schwelle eines Empfängers anzupassen. Die Verlustleistung ist ein entscheidender Entwurfsfaktor. Jeder Widerstand setzt P = I² × R Watt um, und die Gesamtverlustleistung beträgt Vin² / (R1 + R2). Niedrigere Widerstandswerte verbessern die Unempfindlichkeit gegenüber Lastströmen, verbrauchen aber mehr Leistung. Stelle immer sicher, dass die berechnete Verlustleistung deutlich unter der Nennleistung des Widerstands liegt — als gängige Sicherheitsregel gilt eine Derating von mindestens 50 %, sodass ein 250-mW-Widerstand im Dauerbetrieb 125 mW nicht überschreiten sollte. Die Spannungsteilerformel ohne Last ist für eine ideale Spannungsquelle und ideale Widerstände exakt. In der Praxis erscheint jede an R2 angeschlossene Last parallel und verringert den effektiven unteren Widerstand, wodurch Vout unter den unbelasteten Wert fällt. Für einen genauen Betrieb unter Last sollte der Lastwiderstand mindestens zehnmal größer als R2 sein, oder die Parallelschaltung muss im Design berücksichtigt werden.