Sinn des Spannungsteilers?
Hallo!
Warum verwendet man einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen und einer Abzweigung und nicht ganz einfach einen Vorwiderstand?
Lg
5 Antworten
Lieber Gutefrage-Elektronikkurs-Absolvent,
- Jeder Vorwiderstand bildet zusammen mit dem, was dahinter komm (einem "Verbraucher", z.B. einer LED), automatisch und immer einen Spannungsteiler.
- Es braucht somit nicht zwingend einen zweiten Widerstand, damit man technisch schon einen Spannungsteiler hat.
- Aber ein zweiter Widerstand macht den Spannungsteiler robuster gegen Aenderungen des "Verbrauchers", wenn der Verbraucher etwas unberechenbar oder hochohmig ist.
Oft reich somit ein Vorwiderstand, damit sich der gleiche Effekt wie bei einem Spannungsteiler ergibt (z.B. für den Betrieb einer LED). Die resultierende Spannung hängt immer sowohl vom "Vor"widerstand wie auch vom Verbraucher ab (also dem, was nach dem Vorwiderstand kommt).
Wenn es keinen "Verbraucher" gibt, sondern nur z.B. einen hochohmigen Eingang eines Verstärkers oder ein Messgerät, oder man den Widerstandwert nicht kennt, kann man die resultierende Spannung nicht festlegen oder definiert reduzieren, ohne noch einen zweiten Widerstand zu nehmen. Beispiele:
- Wenn du z.B. eine 10V-Quelle messen willst und einen Vorwiderstand vor ein Messgerät schaltest, misst du praktisch unabhängig vom Vorwiderstand immer 10V. Egal ob der Vorwiderstand 100 Ohm, 1kOhm oder 10kOhm ist. Warum? Weil der Eigenwiderstand des Messgeräts sehr hoch ist. Z.B. 10MegaOhm.
- Wenn du also die gemessene Spannung reduzieren willst, brauchst du zwingend einen zweiten Widerstand, der anständig Spanung "wegfrisst".
- Um die Lautstärke zu regeln, nimmt man ein Potentiometer. Siehe Bild. Das sind eigentlich zwei Widerstände, die einen Spannungsteiler bilden und das Signal dann an den Eingang einer Verstärkerstufe mit definiertem Eingangswiderstand leitet. Wenn man statt dieses Spannungseilers das Poti nur als einzelner Seriewiderstand einsetzt (ein Anschluss frei), dann kommt man mit der Lautstärke nie auf null, weil eben als Restwiderstand immer der Eingangswiderstand bleibt.
Erste Teilfrage:
Ich war mind. 10 Jahre Praktiker, und ja, danach hab ich's noch studiert. Aber die Praxis brachte und bringt mir mehr...
Zweite Teilfrage:
Verstehe ich nicht ganz. Den Lautsprecher schliesst man nie kurz.
Lautstärkeregelung bei jeglichen Verstärkern macht man immer beim Eingang (der Endstufe), sicher nicht am Ausgang, sonst müsste man ja die überflüssige Leistung verheizen.
Aber wenn der Poti mit 10k Ohm nach unten auf 0 Ohm abfällt, wird doch Ue kurzgeschlossen.
Im oberen Schema wird Ue2 "kurzgeschlossen", richtig. Das wirksame Eingangssignal für den Block (z.B. einen Verstärker) wird dann null.
Nicht aber Ue, das ist auch wichtig (dass die Quelle nicht kurzgeschlossen wird).
Und nicht LS (das heisst für mich Lautsprecher), also nicht der Ausgang einer Transistorverstärkerschaltstufe. Oder meintest du mit LS etwas anderes? Ich schloss das halt aus deinen früheren Fragen zu Transistorschaltungen oder Verstärkern.
Ich meine natürlich Lautsprecher mit LS! Also ist das niederohmige Schließen einer Signalquelle wie einem MP3-Player schlecht für das Gerät oder ist es geschützt gegen zu hohen Strom im Inneren?
Die meisten Endstufen oder Kopfhörerausgänge sind kurzschlussfest. Trotzdem ist es nicht ratsam, das zu machen. Denn sonst wird sie unnütz überlastet, es braucht mehr Strom, und das Signal könnte verzerrt werden
Und deshalb mach man eben die Lautstärkeregelung am Eingang der nächsten (oder letzten) Stufe.
Aber wenn man den Poti bei deinem oberen Bild auf 0 Ohm stellt, dann ist ja Ue kurzgeschlossen, oder nicht?
Nein.
Poti und Lautstärke im oberen Bild auf "0 Ohm" stellen heisst, der Pfeil (Schleifkontakt des Potis) ist unten.
Somit ist oberhalb des Pfeils 10kOhm und unterhalb eben 0.
Somit ist nur Ue2 kurzgeschlossen, nicht aber Ue. Ue "sieht" 10kOhm. Und wenn dort eben ein Ausgang eines mp3-Players ist, so ist dieser Ausgang mit nur 10kOhm "belastet" (was eine schwache Last ist).
Das heißt bei diesem Poti-Symbol ist der Widerstand innerhalb von Ue immer 10kOhm? Und was geregelt wird ist ein paralleler Widerstand zu Ue2 rüber, was dann wie 2 parallel Widerstände mit 10kOhm ist? Warum bekommt dann der Verstärkerblock keine Leistung ab?
Hm, weiss nicht, ob ich deine Frage verstehe.
- Ja, im gezeichneten Bild "sieht" Ue immer 10kOhm.
- Ja, geregelt wird einerseits ein paralleler Widerstand zum 1kOhm-Widerstand bei Ue2.
- Aber gleichzeitig ein Seriewiderstand zwischen dem oberen Anschluss von Ue und dem Schleifkontakt (Pfeil am Poti).
Hier noch allgemein zum Poti:
- Ein Potentiometer kann man in allen Widerstandswerten kaufen wie normale Widerstände. Dieser Widerstand ist der Wert zwischen den beiden äusseren Anschlüssen und der ist fix.
- Der dritte Anschluss am Poti ist eben der Schleifkontakt. Dieser teilt den Widerstandswert in zwei Teile, also eigentlich zwei Widerstände, die je zwischen 0 und dem Nennwert sind. Somit ist das Poti ein regelbarer Spannungsteiler, und genau das ist seine Hauptaufgabe.
- Bsp: 10kOhm-Poti. Wenn der Schleifer in der Mitte ist, hast du zwischen Schleifer und oben 5kOhm, und auch zwischen Schleifer und unten 5kOhm. Wenn der Schleifer nur 1/4 vom unteren Ende weggedreht ist, hast du unten 2,5kOhm, gegen oben 7,5kOhm. Zusammen aber immer 10kOhm.
Ein Vorwiderstand dient in erster Linie zur Strombegrenzung, ein Spannungsteiler zur Spannungsbegrenzung oder -aufteilung, wie ja der Name schon sagt.
Aber der Vorwiderstand entzieht der restlichen Schaltung sowohl Strom, als auch Spannung?
Normalerweise dimensionert man Spannungsteiler und Vorwiderstand so, dass über den Vorwiderstand lediglich 1/10 des Gesamtstroms fließt, sodass der Spannungsteiler dadurch nur geringfügig (zu 10%) belastet wird.
Wie darf man sich das vorstellen?
Oben R1 und R2 unten sind in Reihe also selber Strom. Es kann sich der Strom nur über R2 und R(Last) aufteilen.
Wäre dann R2 der Vorwiderstand oder R(Last)?
R1 und R2 sind nicht "selber Strom", sondern arbeiten als Spannungsteiler, welcher zumeist dazu dient, den Arbeitspunkt einer nachfolgenden Transistorschaltung gleichspannungsmäßig voreinzustellen, "vorzuspannen". Der durch R1 und R2 fließende Strom wird in der Regel so dimensioniert, dass er ca. das 10-fache des Transistor-Steuerstroms beträgt. Damit fällt der Strom, welcher über den Vorwiderstand fließt, in die Größenordnung der Bauteiltoleranzen und braucht bei der Dimemsionierung des Spannungsteilers nicht berücksichtigt werden. Es geht also beim Spannungsteiler um die Doannung und nicht um den Strom. Wenn ich z.B. am Spannungsteiler über einen Vorwiderstand 10 mA abzapfen will, dann muss ich durch R1 und R2 einen Strom von 100 mA fließen lassen, damit die Spannung am Spannungsteiler annähernd (+/- 5 %) konstant bleibt, egal, welcher Strom dann tatsächlich über den Vorwiderstand fließt.
Korr. Es geht also beim Spannungsteiler um die Spannung und nicht um den Strom.
Hier https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Einfacher-Spannungsteiler.svg siehst du, was mit dem Spannungsteiler passiert, wenn rechts unten im Bild parallel zu R1 eine Last angeschlossen wird. Dann sinkt der Gesamtwiderstand RL parallel zu R1, dem aussen angeschlossenen Lastwiderstand, und die Spannung dort sinkt ab, das heisst auch, dass die Spannung an R2 steigt. R2 muss also auch einen evtl. Kurzschluss überstehen!
In welchem Sinne? Wenn du z.B. eine Transistorschaltung hast, ist ein Spannungsteiler sinnvoll, weil er, wie der Name schon sagt, die Spannung aufteilt. Wenn jetzt z.B. der Pull-down-Widerstand ein LDR, das heißt lichtempfindlich, ist, dann wird bei Dunkelheit das Potenzial am Mittelabgriff größer und der Transistor schaltet z.b. eine Lampe ein.
Bildet sich bei der Emitterschaltung ein variabler Spannungsteiler durch den R von Vcc zu C->E und den R C->E zu GND?
der spannungsteiler teilt wie der name schon sagt die spannung. ein vorwiderstand begrenzt einfach den strom. ändert sich die belastung, dann steigt bei einem einfachen vorwiderstand die spannung unkontrolliert an.
lg, Anna
Aber ist beim Spannungsteiler nicht der erste Widerstand auch einfach nur ein Vorwiderstand?
indirekt, weil ja über den 2. widerstand der strom wieder abfließt, ist der stromfluss nahezu konstant, auch wenn am ausgang des spannungsteilers die belastung (leicht) schwankt.
lg, Anna
Achso! Der zweite Widerstand dient zur Stabilisierung des Arbeitspunktes am Lastwiderstand indem er den Stromfluss konstant hält!
Wenn die Belastung sicher nicht schwankt, würde ein Vorwiderstand genügen?
OMG, NEIN!
Es gibt ein Ohmsches Gesetz. Danach fällt je nach dem Strom, der durch einen Widerstand fließt, an diesem eine andere Spannung ab. Mit einer Stabilisierung hat es relativ wenig zutun!
Und weder ein Spannungsteiler noch ein Vorwiderstand sind gute Möglichkeiten eine Spannung "einzustellen".
Und was ist dann der entscheidende Vorteil statt einem Vorwiderstand einen Spannungsteiler zu setzen, der einen R mehr benötigt?
Danke für die ausführliche und plausible Antwort! Hast du Elektrotechnik studiert?
Bei der Lautstärkesteuerung schließt man den LS kurz oder?