Spannungsteiler-Rechner

Zwei in Reihe geschaltete Widerstände teilen die Eingangsspannung proportional auf. Ausgang am Knotenpunkt: Vout = Vin × R2 ÷ (R1 + R2). Der vom Abgriff entnommene Laststrom senkt Vout – diese Formel geht von einem vernachlässigbaren Laststrom aus.

Teiler stellen Referenzspannungen, Skalensensoren und Vorspannungstransistoren ein. Für eine stabile Ausgabe unter Last verwenden Sie einen Puffer-Operationsverstärker oder dimensionieren Sie Widerstände so klein, dass der Laststrom vernachlässigbar ist (achten Sie auf die Verlustleistung).

Beispiel: 5-V-Eingang, R1 = 10 kΩ, R2 = 10 kΩ → Vout = 2,5 V. Strom durch den Teiler = 5 V ÷ 20 kΩ = 0,25 mA.

Gleiche Widerstände ergeben die halbe Versorgung in der Mitte – die klassische 2,5-V-Referenz aus der 5-V-Logik. Ungleiche Werte reichen je nach R1:R2-Verhältnis von nahe 0 V bis nahe Vin.

Die Verlustleistung in jedem Widerstand beträgt I²R. Hochwertige Widerstände minimieren den Strom, werden aber rauschempfindlich; Niedrige Werte stabilisieren die Spannung bei geringer Last, verschwenden aber Strom – wählen Sie einen Kompromiss für batteriebetriebene Sensoren.

Bearbeitetes Beispiel mit Standardwerten: Vin = 5 V, R1 = R2 = 10 kΩ → Vout = 2,5 V, Teilerstrom 0,25 mA. Wenn eine Last einen erheblichen Strom von Vout bezieht, liegt die gemessene Spannung unter 2,5 V, sofern sie nicht gepuffert ist.

Die ADC-Skalierung ordnet einen 0–5-V-Sensorausgang mithilfe ungleicher Teiler einem 3,3-V-Mikrocontrollerbereich zu. Wenn Vin = 5 V und Sie Vout ≈ 3,3 V benötigen, Verhältnis R2/(R1+R2) = 0,66 – lösen Sie R1 und R2 aus Standard-E24-Werten auf und stellen Sie dann sicher, dass der Teilerstrom niedrig bleibt. Ungleiche Teiler skalieren 0–5-V-Sensoren in den 3,3-V-ADC-Bereich – wählen Sie vor dem Layout E24-Paare in der Nähe von R2/(R1+R2) ≈ 0,66 aus.

Das Venin-Äquivalent am Abgriff ist R1∥R2 parallel. Eine 10-kΩ-Last an einem 10-kΩ∥10-kΩ-Teiler (5 kΩ Thevenin) zieht Vout deutlich unter 2,5 V – entweder mit einem Operationsverstärker puffern oder R1/R2 um eine Größenordnung unter der erwarteten Last dimensionieren. 10-kΩ-Last an einem 5-kΩ-Thevenin-Abgriff sinkt Vout – Puffer mit einem Operationsverstärker, wenn der Laststrom mit dem Teilerstrom konkurriert.

Durch Ändern von R1 von 10 kΩ auf 20 kΩ, während R2 10 kΩ bleibt, sinkt Vout von 2,5 V auf 5 × 10/(20+10) ≈ 1,67 V. Eine kleine Widerstandstoleranz (±1 %) verschiebt den Abgriff um mehrere zehn Millivolt – entscheidend, wenn ein 10-Bit-ADC mit 3,3 V über die Standardversorgung von 5 V gespeist wird.