Spannungsteiler

Ein Spannungsteiler ist eine der wichtigsten Grundschaltungen der Elektrotechnik. Mit nur zwei oder mehr Widerständen lässt sich eine Eingangsspannung so aufteilen, dass an einem bestimmten Punkt eine kleinere, genau definierte Ausgangsspannung entsteht. Spannungsteiler findest du in nahezu allen elektronischen Geräten – von Sensoren über Messschaltungen bis hin zu Mikrocontroller‑Eingängen.

Das Prinzip ist einfach: Die Eingangsspannung verteilt sich proportional zu den Widerstandswerten auf die einzelnen Widerstände. Dadurch kannst du gezielt Spannungen erzeugen, ohne aktive Bauteile oder komplexe Schaltungen zu benötigen. Gleichzeitig ist es wichtig zu verstehen, wie sich Lasten auf den Spannungsteiler auswirken, damit die Ausgangsspannung stabil bleibt.

Auf dieser Seite lernst du Schritt für Schritt, wie ein Spannungsteiler aufgebaut ist, wie du die Ausgangsspannung berechnest und welche Fehler in der Praxis häufig auftreten. Zusätzlich findest du praxisnahe Beispiele und vollständig durchgerechnete Aufgaben.

1. Der unbelastete Spannungsteiler (R1 und R2)

Beim unbelasteten Spannungsteiler besteht die Schaltung nur aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen:

R1 – oberer Widerstand
R2 – unterer Widerstand
Uges – Eingangsspannung
U1 – Spannung über R1
U2 – Spannung über R2 (Ausgangsspannung)
I – Strom durch beide Widerstände

Da es eine Reihenschaltung ist, gilt:

Der Strom ist überall gleich
Die Spannungen teilen sich proportional zu den Widerständen auf
Die Widerstände addieren sich

Formeln des unbelasteten Spannungsteilers

U_{2} = U_{g e s} \cdot \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}

U_{1} = U_{g e s} - U_{2}

I = \frac{U_{g e s}}{R_{1} + R_{2}}

Beispiel: Unbelasteter Spannungsteiler

Gegeben:

Uges = 12 V R1 = 8 kΩ R2 = 4 kΩ

Ausgangsspannung

U_{2} = 12 V \cdot \frac{4}{12} = 4 V

Strom

I = \frac{12 V}{12 k Ω} = 1 m A

Spannung über R1

U_{1} = 12 V - 4 V = 8 V

2. Der belastete Spannungsteiler (R1, R2 + RL)

Sobald eine Last RL an den Spannungsteiler angeschlossen wird, verändert sich die Schaltung grundlegend:

R2 und RL liegen parallel
Die Ausgangsspannung U2 sinkt
Der Gesamtstrom teilt sich auf in I2 und IL
Die Berechnung muss den Ersatzwiderstand berücksichtigen

Größen in der Grafik

R1 – oberer Widerstand
R2 – unterer Widerstand
RL – Lastwiderstand
Uges – Eingangsspannung
U1 – Spannung über R1
U2 – Spannung über R2 und RL
Iges – Gesamtstrom
I2 – Strom durch R2
IL – Strom durch die Last RL

Schritt 1: Ersatzwiderstand von R2 und RL

R_{e r s a t z} = \frac{R_{2} \cdot R_{L}}{R_{2} + R_{L}}

Schritt 2: Gesamtstrom

I_{g e s} = \frac{U_{g e s}}{R_{1} + R_{e r s a t z}}

Schritt 3: Ausgangsspannung U2

U_{2} = I_{g e s} \cdot R_{e r s a t z}

Schritt 4: Teilströme

I_{2} = \frac{U_{2}}{R_{2}}

I_{L} = \frac{U_{2}}{R_{L}}

Kontrolle:

I_{g e s} = I_{2} + I_{L}

Beispiel: Belasteter Spannungsteiler

Gegeben:

Uges = 12 V R1 = 8 kΩ R2 = 4 kΩ RL = 4 kΩ

1. Ersatzwiderstand

R_{e r s a t z} = \frac{4 k Ω \cdot 4 k Ω}{4 k Ω + 4 k Ω} = 2 k Ω

2. Gesamtstrom

I_{g e s} = \frac{12 V}{8 k Ω + 2 k Ω} = 1,2 m A

3. Ausgangsspannung

U_{2} = 1,2 m A \cdot 2 k Ω = 2,4 V

4. Teilströme

I_{2} = \frac{2,4 V}{4 k Ω} = 0,6 m A

I_{L} = \frac{2,4 V}{4 k Ω} = 0,6 m A

Kontrolle:

I_{g e s} = 0,6 m A + 0,6 m A = 1,2 m A

Warum sinkt die Spannung bei Belastung?

Weil R2 und RL parallel wirken:

Der Ersatzwiderstand wird kleiner
Der Gesamtstrom steigt
Dadurch fällt an R1 mehr Spannung ab
Die Ausgangsspannung U2 sinkt

Merke: Ein Spannungsteiler ist nur dann stabil, wenn die Last mindestens 10× größer ist als R2.

Praxisbeispiele für Spannungsteiler

1. Sensorsignale anpassen

Viele Sensoren liefern 0–5 V, Mikrocontroller erwarten aber 0–3,3 V.

2. Messbereichserweiterung

Multimeter oder ADC‑Eingänge können durch Spannungsteiler höhere Spannungen messen.

3. Referenzspannungen erzeugen

Ein Spannungsteiler kann einfache Referenzspannungen erzeugen, z. B. 2,5 V aus 5 V.

4. Potentiometer

Ein Potentiometer ist ein variabler Spannungsteiler.

5. Pegelanpassung

TTL‑, CMOS‑ oder 24‑V‑Signale können über Spannungsteiler auf sichere Pegel gebracht werden.

Fazit

Ein Spannungsteiler ist eine einfache, aber extrem vielseitige Grundschaltung. Mit zwei Widerständen lässt sich eine Eingangsspannung auf einen gewünschten Wert reduzieren. Die Berechnung ist unkompliziert, aber in der Praxis spielt die Last eine entscheidende Rolle. Die Beispiele zeigen, wie sich unbelastete und belastete Spannungsteiler unterscheiden und warum Lastwiderstände die Ausgangsspannung beeinflussen.

Bis zum nächsten Mal im AutomatisierungsLabor

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