⚡ Spannungsteiler-Rechner

Ein Spannungsteiler ist der einfachste Weg, eine Spannung herunterzuteilen: zwei Widerstände in Reihe an einer Versorgung, die reduzierte Spannung wird am Verbindungspunkt abgegriffen. Das ist der klassische Trick, um einen Sensor auszulesen, einen Transistor vorzuspannen oder einem Komparator eine Referenzspannung zuzuführen — und er steht neben der Parallelschaltung und dem LED-Vorwiderstand als grundlegender Baustein der Elektronik.

Die Ausgangsspannung hängt nur vom Verhältnis der beiden Widerstände ab, nicht von ihren absoluten Werten. Verdoppelst du beide Widerstände, bleibt die Ausgangsspannung gleich, aber der Strom halbiert sich — praktisch, wenn du weniger Leistung verheizen willst.

In der Praxis ist der Teiler ein Taschenmesser der Elektronik. Er skaliert ein 0–12-V-Sensorsignal auf den 0–3,3-V-Bereich, den ein Mikrocontroller lesen kann, er baut eine feste Referenz für einen Komparator und wird mit einem Potentiometer als R2 zu einem stufenlos einstellbaren Drehknopf. Dieselbe Verhältnis-Mathematik taucht wieder auf, wenn du die Basis eines Transistors vorspannst oder die Verstärkung eines Operationsverstärkers einstellst — einmal gelernt, zahlt sie sich im gesamten Elektronik-Werkzeugkasten aus.

Für eine 5-V-Versorgung zeigt die Tabelle, welche Ausgangsspannung bei gängigen Widerstandsverhältnissen herauskommt:

Die Formel folgt direkt aus dem Ohmschen Gesetz. Durch beide Widerstände fließt derselbe Strom, daher ist die Spannung an jedem Widerstand proportional zu seinem Wert. Die Ausgangsspannung ist der Anteil der Versorgungsspannung, der über R2 abfällt:

V_out = V_in × R₂ / (R₁ + R₂)

Der Strom durch die Kette ist I = V_in / (R₁ + R₂), und die in jedem Widerstand verheizte Leistung ist P = I²R. Genau diese Zahl entscheidet, welche Belastbarkeit du brauchst — ein Teiler aus 10-kΩ-Widerständen wird kaum warm, einer aus 10-Ω-Widerständen kann richtig heiß werden.

Als Gegenprobe: Das Verhältnis V_out / V_in entspricht R₂ / (R₁ + R₂). Kennst du den gewünschten Anteil, kannst du direkt nach dem Widerstandsverhältnis auflösen. Dazu eine Faustregel: Was du an den Ausgang anschließt, sollte eine Eingangsimpedanz von mindestens zehnmal R2 haben, sonst zieht die Last die Ausgangsspannung nach unten (das ist der „Loading-Fehler" des Teilers).

Diesen Lastfehler kannst du exakt vorhersagen. Der Teiler ist, vom Ausgang aus gesehen, einfach eine Thevenin-Quelle: eine ideale Spannung V_out in Reihe mit einem Widerstand R₁ ∥ R₂. Schließt du eine Last R_L an, wird die tatsächliche Ausgangsspannung V_out × R_L / (R_L + (R₁ ∥ R₂)). Ist R_L riesig, verschwindet die Korrektur; nähert sich R_L dem Wert R₁ ∥ R₂, kollabiert die Spannung auf die Hälfte — die „zehnmal"-Regel ist also im Kern ein 10-Prozent-Fehlerbudget, das du durch größere Widerstände enger ziehen kannst (auf Kosten eines höheren Quellwiderstands).

1. Gib die Eingangsspannung Vin ein.
2. Trage den oberen Widerstand R1 und den unteren Widerstand R2 ein.
3. Drücke auf Berechnen, um die Ausgangsspannung am Verbindungspunkt zu erhalten.
4. Lies den Strom durch die Kette und die Verlustleistung jedes Widerstands ab.
5. Betreibst du eine Last, halte deren Widerstand mindestens zehnmal so groß wie R2, damit die Ausgangsspannung stimmt.

Warum bricht meine Ausgangsspannung ein, sobald ich eine Last anschließe?

Die Last liegt parallel zu R2 und senkt den wirksamen unteren Widerstand — und damit die Ausgangsspannung. Eine hochohmige Last (Operationsverstärker-Eingang, MCU-ADC) belastet kaum; ein Lautsprecher oder Motor bricht den Teiler zusammen. Für schwere Lasten nutze einen Puffer (Spannungsfolger).

Sind die Widerstandswerte wichtig oder nur das Verhältnis?

Das Verhältnis bestimmt die Spannung. Die absoluten Werte bestimmen Strom und Leistung — größere Widerstände ziehen weniger Strom (schont die Batterie), machen den Teiler aber empfindlicher gegenüber Last.

Kann ich mit einem Teiler ein Gerät versorgen?

Nicht direkt. Ein Teiler ist für Signale und Referenzen gedacht, nicht zum Liefern von Leistung — der Großteil der Energie verpufft als Wärme in den Widerständen, und die Spannung sackt unter Last ab. Nimm stattdessen einen Regler oder Abwärtswandler.

Was passiert, wenn ich R1 und R2 vertausche?

Du erhältst die komplementäre Spannung — der Ausgang wird Vin × R1/(R1+R2). Das Vertauschen verschiebt den Abgriff einfach auf die andere Seite des Verhältnisses.

Wie wähle ich die Belastbarkeit der Widerstände?

Berechne P = I²R für jeden Widerstand (zeigt der Rechner) und wähle mindestens das Doppelte. Die meisten Signalteiler verheizen deutlich unter einem Milliwatt, also reichen ¼-W-Bauteile völlig.

Für sparsame Designs verwendest du große Widerstände (z. B. 10 kΩ – 100 kΩ), damit der Teiler nur Mikroampere zieht und deine Batterie kaum belastet — kombiniere dieses Denken bei der Auslegung der Versorgung mit unserem Batterielaufzeit-Rechner.

Mit Standardwerten der E12-Reihe lassen sich die meisten Verhältnisse leicht treffen: 10 kΩ über 10 kΩ ergibt exakt die Hälfte, 22 kΩ über 10 kΩ rund 0,31 des Eingangs.

Muss die Ausgangsspannung unter schwankender Last stabil bleiben, folge dem Teiler besser ein Operationsverstärker als Spannungsfolger, statt die Widerstände zu verkleinern — das würde nur mehr Leistung verheizen.

Für einstellbare Teiler ersetzt du R2 durch ein Potentiometer — der Schleifer wird dein V_out-Abgriff, und du erhältst einen stufenlosen Bereich statt fester Stufen.

Speist der Teiler einen Mikrocontroller-ADC? Achte darauf, dass der Quellwiderstand des Teilers (R₁ ∥ R₂) deutlich unter der empfohlenen Eingangsimpedanz des ADC liegt, sonst lädt sich der Sample-and-Hold-Kondensator zwischen zwei Wandlungen nicht vollständig auf und du liest eine einbrechende, falsche Spannung.

Thermische Drift ist der stille Feind von Präzisionsteilern: Ein nicht aufeinander abgestimmtes 100-ppm/°C-Widerstandspaar lässt das Verhältnis wandern, sobald sich die Platine erwärmt. Für Referenzaufgaben nimm ein Widerstandsnetzwerk, bei dem beide Teile ein gemeinsames Substrat teilen und sich mitziehen, oder verzichte ganz auf den Teiler und setze einen dedizierten Referenzspannungs-IC ein.

Speist der Teiler einen hochohmigen Eingang, halte den Kettenstrom auch deutlich über dem Biasstrom dieses Eingangs — Pikoampere bei modernem CMOS, Mikroampere bei älteren Bauteilen. Sinkt der Kettenstrom unter den Biasstrom, verfälscht der Biasstrom selbst den Abgriff — ein weiterer Grund, die Widerstände nicht so groß zu wählen, dass nur Mikrowatt gespart werden.

Ein konkretes Dimensionierungsbeispiel rundet das ab: Um eine 0–12-V-Batterie mit einem 3,3-V-ADC zu lesen, brauchst du V_out/V_in = 3,3/12 ≈ 0,275, laut Verhältnistabelle also R₂/R₁ ≈ 0,38. Ein 10-kΩ-Widerstand oben mit 3,8 kΩ unten (nimm den nächstliegenden E12-Wert, 3,9 kΩ) landet innerhalb eines Prozents. Plane immer Reserve ein, damit eine frisch geladene Zelle den Abgriff nicht über die Versorgungsspannung des ADC schiebt.