Spannung messen: Unbelasteter und belasteter Spannungsteiler

Spannung messen: Unbelasteter und belasteter Spannungsteiler

Ein Spannungsteiler besteht typischerweise aus zwei Widerständen, die in Reihe geschaltet sind. Eine Reihenschaltung entspricht einem unbelasteten Spannungsteiler. Die Strom- und Spannungsverteilung im unbelasteten Spannungsteiler ist identisch mit der Reihenschaltung. Hier gelten dieselben Regeln für das Spannungs- und Stromverhalten und auch die Formeln zur Berechnung.

Spannungsteiler werden verwendet, um Arbeitspunkte, das sind Spannungsverhältnisse an aktiven Bauelementen, einzustellen. Zum Beispiel in einer Transistor-Schaltung. Dabei kommt es zwangsläufig zu einer Belastung des Spannungsteilers, wodurch sich die Spannungsverhältnisse verändern können.

Wird, wie in der Schaltung dargestellt, der Widerstand R3 mit dem Widerstand R2 parallel geschaltet, dann finden im Stromkreis folgende Änderungen statt:

  • Parallelgeschaltete Widerstände führen zu einem kleineren Gesamtwiderstand.
  • Der Gesamtwiderstand der Schaltung wird kleiner.
  • Aufgrund dessen steigt der Gesamtstrom.
  • Die Spannung am Widerstand R1 wird größer.
  • Die Spannung an den Widerständen R2 und R3 wird kleiner.

Um die Vorgänge von Spannung und Widerstand in parallel geschaltete Widerstände zu verdeutlichen, arbeiten wir mit jeweils 3 unterschiedlichen Schaltungsteilen und vergleichen die Messergebnisse miteinander.

Bei den dargestellten Schaltungsteilen handelt es sich jeweils um gemischte Schaltungen. Das heißt, wir haben eine Parallelschaltung aus den Widerständen R2 und R3, die zusammen mit dem Widerstand R1 in Reihe geschaltet sind. Bei den folgenden Messung interessiert uns aber nur, wie sich die Spannung verhält, wenn an einem Widerstand (R2) ein weiterer Widerstand (R3) parallel geschaltet wird.

Eine Regel der Parallelschaltung von Widerständen besagt, dass der Gesamtwiderstand kleiner als der kleinste Teilwiderstand ist.
Mit den folgenden Messungen wollen wir feststellen, wie sich die Widerstandsänderung auf die Spannungen im (belasteten) Spannungsteiler auswirken. Zum Vergleich messen wir auch die Spannung im unbelasteten Spannungsteiler.

Bauteile

Liste

  • 9 x Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
  • 1 x Widerstand, 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot)
  • 1 x Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)

Messung

Messung an MP1 MP2 MP3 MP4
Widerstand R1 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm
Widerstand R2 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm
Widerstand R3 1 kOhm 10 kOhm 100 kOhm -
Spannung an R2+R3        

Was messen wir? Wir messen jeweils die Spannung (Teilspannung bzw. Spannungsabfall) an den Widerständen R2 und R3.

Welches Messergebnis erwarten wir? Wenn sich die Spannungen wie die Widerstände verhalten, dann sollte die Spannung an R2+R3 kleiner als die halbe Gesamtspannung sein.

Lösung zur Messung

Messung an MP1 MP2 MP3 MP4
Widerstand R1 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm
Widerstand R2 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm 1 kOhm
Widerstand R3 1 kOhm 10 kOhm 100 kOhm -
Spannung an R2+R3        
  • Messung mit Mini-Voltmeter
  • Messung der Gesamtspannung (9 Volt): 8,84 Volt

Beobachtungen, Erkenntnisse und Erklärungen

  • Ein parallel geschalteter Widerstand führt dazu, dass sich die Spannung reduziert. Das liegt daran, dass sich der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung aus Widerstand R2 und R3 reduziert hat.
  • Dieser Effekt scheint bei einem größeren Parallelwiderstand (R3) geringer zu werden.
  • Je größer die Belastung durch den Parallelwiderstand, das heißt je kleiner der Parallelwiderstand, desto kleiner die abfallende Spannung.

Darf es etwas mehr sein?

Spannungsteiler können nicht nur aus Festwiderständen bestehen, sondern auch aus anderen Widerständen. Beispielsweise mit einem Fotowiderstand.

Weitere Schaltungen:

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