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Spannungsteiler
Oft hat man eine Spannungsquelle mit fester Spannung $U_{ges}$ zur Verfügung (z.B. $U_{ges} = 5\,\mathrm V$), braucht in der Schaltung aber eine andere Spannung, z.B. $4\,\mathrm V$. Dies erreicht man mit der Nebenstehenden Schaltung, indem man sich überlegt:
$$R_1 = \frac{U_1}{I} \Rightarrow I = \frac{U_1}{R_1}$$
$$R_2 = \frac{U_2}{I} \Rightarrow I = \frac{U_2}{R_2}$$
Gleichsetzen liefert:
$$\frac{U_1}{R_1} = \frac{U_2}{R_2}$$
Dividiert man jetzt beide Seiten durch $U_2$ und multipliziert sie mit $R_1$, so erhält man:
$$\frac{U_1}{U_2} = \frac{R_1}{R_2}$$
Bei einer Reihenschaltung ist das Verhältnis der an den Widerständen abfallenden Spannungen also gleich dem Verhältnis der Widerstände selbst. Das gilt übrigens auch für Reihenschaltungen mit mehr als zwei Widerständen.
Beispiel: 4 Volt wird benötigt
Unsere Spannungsquelle liefert 5 V. Um 4 V herzustellen, bauen wir einen Spannungsteiler, dessen Widerstände sich wie 1:4 verhalten.
Überlegung
Wir hätten beim obigen Beispiel natürlich auch die Widerstände $400\,\mathrm Omega$ und $100\,\mathrm Omega$ oder sogar $40\,\mathrm Omega$ und $10\,\mathrm Omega$ verwenden können. Welche Vorteile/Nachteile hätte das gehabt?
a) Leistungsverlust im Spannungsteiler
Seien $R_1$ und $R_2$ die Widerstände des Spannungsteilers und $R = R_1 + R_2$ ihr Gesamtwiderstand. Am Spannungsteiler liege die Spannung $U$ an. Wegen $$P = U\cdot I = U \cdot \frac{U}{R} = U^2/R$$ ist die Verlustleistung im Spannungsteiler indirekt proportional zu seinem Gesamtwiderstand. Je kleiner also die für den Spannungsteiler verwendeten Widerstände sind, desto größer die (unerwünschte!) thermische Verlustleistung des Spannungsteilers.
