Skip to content
RFrftools.io
Power

Spannungsteiler-Rechner

Berechnen Sie die Ausgangsspannung, den Strom, die Thévenin-Impedanz und die Verlustleistung des Spannungsteilers aus Vin, R1 und R2. Ideal für Bias-Netzwerke und Level-Shifting.

Loading calculator...

Formel

Vout=Vin⋅R2R1+R2V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}
Vᵢₙ— Eingangsspannung (V)
R₁— Oberer Widerstand (Ω)
R₂— Unterer Widerstand (Ω)

Wie es funktioniert

Der Spannungsteiler-Rechner bestimmt Ausgangsspannung, Strom und Verlustleistung für Widerstandsteiler-Netzwerke — unverzichtbar für die Signalkonditionierung, ADC-Referenzskalierung und Logik-Pegelverschiebung. Leistungselektroniker, Embedded-Entwickler und Schaltungsdesigner verwenden dieses Tool, um Widerstände so zu dimensionieren, dass die angestrebten Spannungsverhältnisse erreicht werden und gleichzeitig der Ruhestrom minimiert wird. Laut Horowitz & Hills „The Art of Electronics“ (3. Aufl.) ziehen Spannungsteiler mit einem Gesamtwiderstand von 10 kΩ 500 µA aus einer 5-V-Versorgung — eine Reduzierung der Standby-Leistung um 40% im Vergleich zu 6 kΩ -Teilern. Die äquivalente Ausgangsimpedanz von Thevenin (R1 || R2) bestimmt direkt die Lastregulierung: Eine 1 kΩ Quellenimpedanz verursacht bei einer 10 kΩ Last einen Spannungsabfall von 9,1%. Der Anwendungshinweis SLVA079 von Texas Instruments empfiehlt, die Teilerimpedanz unter 1/10 der Lastimpedanz zu halten, um einen Ausgangsfehler von < 1% aufrechtzuerhalten. Bei Präzisionsanwendungen reduzieren Widerstände mit einer Toleranz von 0,1% den Verhältnisfehler von ± 2% auf ± 0,14%. Dies ist besonders wichtig, wenn 12-Bit-ADCs gespeist werden, bei denen 1 LSB 0,024% des Skalenendwerts entspricht.

Rechenbeispiel

Ein Batterieüberwachungssystem erfordert eine Skalierung der 12,6-V-Lithium-Ionen-Batteriespannung auf einen 3,3-V-ADC-Eingang. Zielspezifikationen: <10 µA Ruhestrom, < 0,5% Fehler bei der Lastregulierung bei 1 MΩ ADC-Eingangsimpedanz. Schritt 1: Verhältnis berechnen — Vout/Vin = 3,3/12,6 = 0,262, also R2/ (R1+R2) = 0,262. Schritt 2: Ruhestrom einstellen — Für Iq ≈ 10 µA bei 12,6 V, Gesamtwiderstand ≈ 1,26 MΩ. Wählen Sie R1 + R2 = 1,5 MΩ. Schritt 3: Lösung für Widerstände — R2 = 0,262 × 1,5 MΩ = 393 kΩ (verwenden Sie den Standardwert 390 kΩ 5 ), R1 = 1,5 MΩ - 390 kΩ = 1.11 MΩ (verwenden Sie 1,1 MΩ). ) Schritt 4: Verifizieren — Vout = 12,6 × 390k/ (1,1M + 390k) = 3,30 V. Thevenin-Impedanz = 1,1 M || 390k = 288 kΩ. Lastregelung mit 1 MΩ ADC: Fehler = 288 k/ (288 k+ 1 M) = 22,4% — inakzeptabel. Lösung: Fügen Sie einen Unity-Gain-Puffer (TI OPA333, 17 µA) hinzu, um den hochohmigen Teiler vom ADC zu isolieren.

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie gemäß der „Precision Labs“ -Serie von TI 0,1% Dünnschichtwiderstände (z. B. die TNPW-Serie von Vishay) für ADC-Referenzen — ein Temperaturkoeffizient von ±25 ppm/°C sorgt für eine Verhältnisabweichung von < 0,1% von -40 °C bis +85 °C
  • ✓Fügen Sie einen 100 nF-Keramikkondensator über R2 hinzu, um einen Tiefpassfilter mit fc (= 1/(2π × R1||R2 × C) zu erzeugen, der Schaltrauschen über dem 10-fachen der ADC-Abtastrate unterdrückt.
  • ✓Verwenden Sie für Hochspannungsteiler (>50 V) mehrere Widerstände in Reihe, um die individuellen Nennspannungen nicht zu überschreiten — typische 0805-SMD-Widerstände sind für maximal 150 V ausgelegt

Häufige Fehler

  • ✗Ignorieren der Lastimpedanz — ein 10 kΩ -Teiler mit R2 = 5 kΩ 1 verliert 33% seiner Ausgangsspannung, wenn eine 10 kΩ -Last betrieben wird, nicht die erwarteten 0%
  • ✗Verwendung von Widerständen mit einer Toleranz von 5% in Präzisionsanwendungen — im schlimmsten Fall liegt der Verhältnisfehler bei ± 10%, was zu einem Fehler von 328 mV an einem 3,3-V-Ausgang führt
  • ✗Überschreitung der Widerstandsnennwerte — ein 1 kΩ -Teiler bei 12 V leitet insgesamt 144 mW ab; Widerstände mit 1/8 W (125 mW) überhitzen sich und driften

Häufig gestellte Fragen

Der maximale Strom entspricht Vin/ (R1+R2) nach dem Ohmschen Gesetz. Für einen 12-V-Eingang mit einem Gesamtwiderstand von 10 kΩ 0 ist Imax = 1,2 mA. Dadurch wird der Stromverbrauch im Ruhezustand auf 14,4 mW festgelegt. Batteriebetriebene Designs zielen in der Regel auf 120 kΩ insgesamt <100 µA (>) ab, um die Laufzeit zu verlängern — eine 2000-mAh-Batterie hält 833 Tage bei 100 µA, gegenüber 69 Tagen bei 1,2 mA.
Ja, Widerstandsteiler behalten das gleiche Verhältnis für Gleichstrom bis ~1 MHz bei. Oberhalb von 1 MHz erzeugt die parasitäre Kapazität (typischerweise 0,1—0,5 pF pro Widerstand) eine frequenzabhängige Impedanz. Analog Devices MT-210 empfiehlt kompensierte Teiler mit parallelen Kondensatoren (C1/C2 = R2/R1) für Oszilloskop-Tastköpfe, die einen flachen Frequenzgang bis 500 MHz erreichen.
Beginne mit dem Zielverhältnis R2/ (R1+R2) = Vout/Vin. Wählen Sie dann den Gesamtwiderstand auf der Grundlage der Beschränkungen aus: niedrigerer R (1—10 kΩ) ) für Antriebslasten, höherer R (100 kΩ–1 MΩ) ) für minimale Stromaufnahme. Gemäß IEEE Std 1118 verwenden Präzisionsinstrumente angepasste Widerstandsnetzwerke (z. B. die Vishay MPM-Serie) mit einem Verhältnis von 0,01%.
Die Eingangsimpedanz entspricht R1 + R2 in Reihe. Ein Teiler mit R1 = 10 kΩ und R2 = 10 kΩ ergibt 20 kΩ für die Quelle. Bei minimaler Quellenbelastung sollte die Eingangsimpedanz das Zehnfache der Quellenimpedanz überschreiten — ein 50 Ω -Signalgenerator benötigt eine >500 Ω -Teiler-Eingangsimpedanz.
Ja, Spannungsteiler wandeln 5-V-Logik in 3,3-V-Logik mit R1 = 1,8 kΩ und R2 = 3,3 kΩ (Vout = 3,24 V) um. Für bidirektionale Pegelwechsel sind jedoch aktive Schaltungen erforderlich — der TXB0108 von TI bietet eine 8-Kanal-Übersetzung mit 100 Mbit/s und automatischer Richtungserkennung.
R2/ (R1+R2) = 3,3/5 = 0,66. Standardwerte: R2 = 6,8 kΩ, R1 = 3,3 kΩ ergibt ein Verhältnis von 0,673 (3,37 V Ausgangsspannung, +2,1% Fehler). Für eine engere Toleranz verwenden Sie R2 = 33 kΩ, R1 = 18 kΩ (Verhältnis 0,647, 3,24 V, -1,8% Fehler). Insgesamt verbraucht 10 kΩ 500 µA bei 5 V (2,5 mW). Kritisch: Stellen Sie sicher, dass die Lastimpedanz 100 kΩ überschreitet, oder fügen Sie einen Pufferverstärker hinzu.
Ja — verwenden Sie R1 = 1 kΩ, R2 = 2 kΩ für Vout = 3,33 V. Die niedrige Ausgangsimpedanz der MCU (<50 Ω) ) gewährleistet eine genaue Division. Halten Sie bei Signalen über 1 MHz (SPI bei 10 MHz) den Gesamtwiderstand auf <500 Ω , um die RC-Zeitkonstante mit der Eingangskapazität zu minimieren (typischerweise 5 pF). Für die Übersetzung von 3,3 V auf 5 V sind aktive Pegelschieber erforderlich — passive Teiler können die Spannung nicht erhöhen.
Die Ausgangsimpedanz (R1 || R2) bildet mit der Last einen Spannungsteiler. Für R1 = R2 = 10 kΩ, Zout = 5 kΩ. A senkt 10 kΩ load die Ausgangsleistung um 33% (Vout × 10k/ (5k+10k) = 0,67 × Vout). Laut Horowitz & Hill sollte der Lastwiderstand bei einem Durchhang von < 10% die 10-fache Ausgangsimpedanz überschreiten, bei einem Durchhang von < 1% das 100-fache. Verwenden Sie einen Operationsverstärker-Spannungsfolger (z. B. TI LM324, 0,15$), wenn Sie Lasten mit niedriger Impedanz betreiben.

Verwandte Artikel

Sensors

Technische Daten des Beschleunigungsmessers: Reichweite, Auflösung und Design

Berechnen Sie die Empfindlichkeit von Beschleunigungssensoren und vermeiden Sie typische Fehler der Signalaufbereitung im Embedded-Sensordesign.

Audio Engineering

Impedanzanpassung und Windungsverhältnis des Audiotransformators

Erfahren Sie, wie das Umdrehungsverhältnis von Audiotransformatoren Impedanz, Spannung und Strom miteinander verbindet.

General Electronics

BJT-Transistor-Bias: Den richtigen Betriebspunkt finden

Beherrschen Sie die Arbeitspunkteinstellung von BJT-Transistoren mit unserem Rechner und legen Sie den DC-Arbeitspunkt Ihrer Analogschaltung fest.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

DC-DC Buck Converter Modules

Adjustable step-down converter modules for bench and prototype use

Amazon →

LDO Voltage Regulator Kit

Assorted low-dropout linear regulators for prototyping

Amazon →

Electrolytic Capacitor Kit

Aluminum electrolytic capacitor kit for power supply filtering

Amazon →

Power Inductor Kit

Assorted shielded power inductors for switching supply designs

Amazon →

Verwandte Rechner

General

Ohm

Berechnen Sie Spannung, Strom, Widerstand und Leistung mithilfe des Ohmschen Gesetzes. Geben Sie zwei bekannte Größen ein und erhalten Sie sofort alle anderen Werte — kostenlos und ohne Anmeldung.

Power

LED-Widerstand

Berechnen Sie den richtigen Strombegrenzungswiderstand für eine LED. Zeigt den exakten Wert, den nächstgelegenen E24-Standard, den tatsächlichen Strom und die Verlustleistung an.

Power

Buck-Konverter

Entwerfen Sie einen synchronen Abwärtswandler (Abwärtswandler): Berechnung des Tastverhältnisses, des Induktorwerts, des Ausgangskondensators und des Eingangskondensators.

Power

LDO Thermal

Berechnen Sie die Verlustleistung des LDO-Reglers, die Sperrschichttemperatur, den thermischen Spielraum und die minimale Ausfallspannung für die Validierung des thermischen Designs.