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Bei einem belasteten Spannungsteiler muss berücksichtigt werden, dass der Gesamtstrom steigt, wenn die Belastung erhöht wird, d.h. der Lastwiderstand R_L niederohmiger wird. Dies gilt unter der Voraussetzung, dass der Strom der Versorgungsspannung nicht einbricht, weil er limitiert ist.

Eine schwierige Frage, deshalb soll sie im Einzelnen erklärt werden!


[question:AD115]

Im belasteten Spannungsteiler fließen 3 Ströme: I_1 fließt durch R_1 und verursacht dort eine Verlustleistung P_1 = U_1 \cdot I_1 = I_2 \cdot R_1 I_2 fließt durch R_2 und verursacht dort eine Verlustleistung P_2 = U_2 \cdot I_2 = {I_2}^2 \cdot R_2 I_L fließt durch R_L und verursacht dort eine Verlustleistung P_L = U_2 \cdot I_L = {I_L}^2 \cdot R_L Der Strom I_1 ist die Summe von I_2 und I_L und damit der größte Strom.

Zur Veranschaulichung hilft am Besten eine Rechnung mit konkreten Bauteilwerten. Angenommen: Alle Widerstände haben einen Wert von $\qty{1}{\kilo\ohm}$ und die Gesamtspannung $U_B$ beträgt $\qty{12}{\volt}$.

unbelasteter Fall: Ohne Rechnung ist sofort zu sehen: An jedem Widerstand können \qty{6}{\volt} gemesen werden. Der Gesamtwiderstand R_{ges} beträgt: \qty{2}{\kilo\ohm} \dfrac{U_{ges1}}{U_{2}} = \frac{R_{ges}}{R_{2}} Der Gesamtstrom I_1 beträgt: I_1 = \frac{U_B}{R_{ges}} I_1 = \frac{\qty{12}{\volt}}{\qty{2}{\kilo\ohm}} = \qty{6}{\milli\ampere}. Dieser Strom fließt auch durch R_2. Die Verlustleistung ist an beiden Widerständen gleich groß: P_1 = P_2 = \qty{6}{\volt} \cdot \qty{6}{\milli\ampere} = \qty{36}{\milli\watt}

belasteter Fall: Die Parallelschaltung von R_2 und R_L ergibt einen Ersatzwiderstand von \qty{500}{\ohm}. Der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers beträgt nun \qty{1,5}{\kilo\ohm}. Jetzt wirkt eine Spannungsteiler mit \qty{1}{\kilo\ohm} zu \qty{500}{\ohm} und dementsprechend teilt sich die Gesamtspannung auf. 2/3 der Gesamtspannung kann an R_1 und 1/3 der Gesamtspannung kann an \qty{500}{\ohm} gemessen werden. Formel: \frac{U_1}{U_{ges}} = \frac{R_{1}}{R_{ges}} \ \ \ U_1 = U_{ges} * \frac{R_1}{R_{ges}} U_1 = \qty{12}{\volt} \cdot \frac{\qty{1}{\kilo\ohm}}{\qty{1,5}{\kilo\ohm}} U_1 = \qty{8}{\volt} und am \qty{500}{\ohm} Ersatzwiderstand \qty{12}{\volt} - \qty{8}{\volt} = \qty{4}{\volt}.

Nun betrachten wir die Ströme: I_1 = \qty{8}{\volt} / \qty{1}{\kilo\ohm} = \qty{8}{\milli\ampere}. Dieser Strom steigt an. An R_2 und R_L liegen jetzt nur noch \qty{4}{\volt} an, deshalb sinken beide Ströme auf I_2 = \qty{4}{\volt} / \qty{1}{\kilo\ohm} = \qty{4}{\milli\ampere} und I_L = \qty{4}{\volt} / \qty{1}{\kilo\ohm} = \qty{4}{\milli\ampere}.

Wie verändern sich die Verlustleistungen? An R_1:
P_1 = U_1 \cdot I_1 = \qty{8}{\volt} \cdot \qty{8}{\milli\ampere} = \qty{64}{\milli\watt} gegenüber \qty{36}{\milli\watt} im unbelasteten Fall. An $R_2$ : P_2 = U_2 \cdot I_2 = \qty{4}{\volt} \cdot \qty{4}{\milli\ampere} = \qty{16}{\milli\watt} gegenüber \qty{36}{\milli\watt} im unbelasteten Fall. An R_L:
P_L = U_L \cdot I_L = \qty{4}{\volt} \cdot \qty{4}{\milli\ampere} = \qty{16}{\milli\watt}.

Merke: Bei der Dimensionierung eines Spannungsteiler ist die Stromstärke durch die Widerstände zu berücksichtigen. Der Strom I_1 steigt, wenn ein Lastwiderstand angeschlossen wird und dadurch wird R_1 wärmer.

% Spannungsteiler müssen eine bestimmte Belastbarkeit besitzen, die von der Stromstärke durch die Widerstände abhängt.