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Der Spannungsteiler wird häufig in der Elektronik und Robotik eingesetzt. Finden Sie heraus, was ein Spannungsteiler ist und wo er verwendet wird!
Was ist ein Spannungsteiler?
Der Spannungsteiler ist ein Bauteil, der bei der Konstruktion von elektronischen Schaltungen und Geräten verwendet wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Eingangsspannung zu teilen, d. h. ein angemessenes Verhältnis zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungswerten zu erzielen.
Spannungsteiler - wie ist er aufgebaut?
Der Spannungsteiler ist einer der Quadranten, d. h. Elemente mit vier Anschlüssen: zwei Eingänge und zwei Ausgänge.
Er wird beim Aufbau von elektrischen Schaltungen verwendet und ist gleichzeitig selbst eine Schaltung, die aus zwei in Reihe geschalteten passiven elektronischen Bauteilen besteht. Widerstände werden am häufigsten als Spannungsteiler verwendet, ebenso wie Kondensatoren oder Spulen.
Wie funktioniert ein Spannungsteiler?
Mit dem Spannungsteiler lässt sich der Wert der Ausgangsspannung so steuern, dass aus einer Eingangsspannung mehrere niedrigere Ausgangsspannungen entstehen, die in der Summe die ursprüngliche Eingangsspannung ergeben.
Die Ausgangsspannung eines Teilers, der aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen besteht, lässt sich nach folgender Formel berechnen:
UOUT = UIN x [R1 / (R1 + R2)].
wobei UIN die Eingangsspannung, UOUT die Ausgangsspannung, R1 der Widerstandswert des ersten Widerstands und R2 der Widerstandswert des zweiten Widerstands ist.
Spannungsteiler und das zweite Kirchhoffsche Gesetz
Der Spannungsteiler ist eine physikalische Darstellung des zweiten Kirchhoffschen Gesetzes, wonach in einem geschlossenen Stromkreis die Summe der Spannungsabfälle gleich der Summe der im Stromkreis vorhandenen elektromotorischen Kräfte ist. In der Praxis bedeutet dies, dass die Summe der Ausgangsspannungen gleich der Eingangsspannung ist, wenn die Bauteile in Reihe geschaltet sind, wie es bei einem Spannungsteiler der Fall ist.
Arten von Spannungsteilern
Spannungsteiler lassen sich in mehrere Gruppen einteilen, die sich in Aufbau, Eigenschaften und Anwendung unterscheiden. Die am meisten verbreiteten Arten von Spannungsteilern sind resistiv, kapazitiv, induktiv und kapazitiv/resistiv.
Widerstandsfähige Spannungsteiler
Widerstands-Spannungsteiler sind die gebräuchlichste Art dieser Bauteile. Sie bestehen aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen und werden hauptsächlich in Niederspannungsanlagen eingesetzt. Widerstandsfähige Spannungsteiler können z. B. Potentiometer sein.
Kapazitive Spannungsteiler
Kapazitive Spannungsteiler bestehen aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren. Sie werden z. B. als Bestandteil von Generatoren und Filtern sowie in Messgeräten, insbesondere in Hochspannungsanlagen, eingesetzt.
Induktive Spannungsteiler
Induktive Spannungsteiler werden aus in Reihe geschalteten Spulen aufgebaut. Sie werden unter anderem zur Stromkreistrennung und zur Aufteilung von Wechselspannungen verwendet.
Was bedeutet es, wenn der Spannungsteiler kompensiert wird?
Ein kompensierter Spannungsteiler ist ein Teiler, bei dem die Impedanz beider passiver Elemente gleich ist. Diese Lösung ermöglicht es, den Einfluss der elektrischen Kapazität der für den Aufbau des Teilers verwendeten Elemente auf die Genauigkeit der Spannungsteilung zu begrenzen (ein Element mit einer höheren elektrischen Kapazität “bekommt” immer eine niedrigere Spannung, was sich besonders bei kapazitiven Teilern bemerkbar macht, die aus Kondensatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen).
Anwendung von Spannungsteilern
Spannungsteiler werden auf vielfältige Weise eingesetzt. Eine der beliebtesten Anwendungen sind Potentiometer, eine besondere Art von Widerstandsteilern, bei denen der Wert der Widerstände R1 und R2 stufenlos eingestellt werden kann, so dass der Wert der Ausgangsspannung gesteuert werden kann.
Potentiometer werden z. B. für die Lautstärkeregelung in Audio- und Videogeräten sowie in Geräten wie Beleuchtungsdimmern verwendet.
Eine weitere Anwendung von Spannungsteilern sind Voltmeter, also elektrische Spannungsmesser. Durch die kontrollierte Teilung der Eingangsspannung können höhere Werte gemessen werden, als dies bei direkter Messung möglich wäre, da der tatsächliche Spannungswert aus der Größe des Teilerwiderstands und den Ausgangsspannungen berechnet werden kann.
Darüber hinaus werden in Systemen, die mit Mikrocontrollern betrieben werden, Spannungsteiler mit Sensoren verwendet, um z. B. die Temperatur und andere Werte zu messen, die eine Widerstandsänderung erfordern.
Können Spannungsteiler für die Stromversorgung verwendet werden?
Im Allgemeinen werden Spannungsteiler nicht als Leistungsschaltungen verwendet, da sie hohe Energieverluste aufweisen und keine stabile Stromquelle darstellen können. In vielen Fällen werden sie jedoch vor Schaltungen mit hoher Eingangsimpedanz oder vor Bauteilen mit sehr geringer Stromaufnahme (z. B. Operationsverstärker oder Analog-Digital-Wandler) eingesetzt. In anderen Fällen sollte die Funktion des Stromversorgungselements durch einen entsprechend ausgewählten Spannungsstabilisator übernommen werden.
