Erklärung — aus Widerstand wird Spannung
Ein LDR oder ein NTC ändert seinen Widerstand — mehr nicht. Eine Schaltung braucht aber ein Spannungssignal, und genau das liefert der Spannungsteiler.
Der Spannungsteiler
Zwei Widerstände in Reihe an einer Quelle teilen die Gesamtspannung unter sich auf.
- Gleicher Strom:Durch beide Widerstände fließt derselbe Strom.
- Aufteilung:Die Spannung teilt sich im Verhältnis der Widerstände auf — am größeren fällt die größere Teilspannung ab.
- Abgriff:Abgegriffen wird an einem der beiden — nur dessen Widerstand steht im Zähler.
- Gleiche Widerstände:Uaus ist genau die halbe Gesamtspannung.
- Sehr ungleich:Am viel größeren Widerstand fällt fast die gesamte Spannung ab.
Gesamtspannung an der Reihenschaltung.
Oberer Widerstand.
Unterer Widerstand, an dem abgegriffen wird.
Dämmerungsschalter und Temperaturwächter
Beide Schaltungen sind derselbe Spannungsteiler — nur mit unterschiedlichem Sensor.
- Dämmerungsschalter:LDR unten und Abgriff an ihm, oben ein Festwiderstand von 10 kΩ bei Uges = 9,0 V.
- Tagsüber:LDR nur 0,5 kΩ, also Uaus = 9,0 V · 0,5/10,5 ≈ 0,43 V.
- Nachts:LDR steigt auf 1 MΩ, Uaus springt auf 8,9 V — aus „dunkel“ ist eine hohe Spannung geworden.
- Temperaturwächter:Gleiches Prinzip mit dem NTC. Soll ein Lüfter bei Hitze anlaufen, muss der NTC oben sitzen: warm → niederohmig → Uaus groß.
- Zahlen dazu:Mit 10 kΩ Festwiderstand und 12 V liefert der Teiler bei 25 °C (NTC 10 kΩ) 6,0 V, bei 60 °C (NTC 2,0 kΩ) dagegen 10 V.
Schaltschwelle und Transistor
Wichtigste Regel dieser Seite: Vertauscht man Sensor und Festwiderstand, kehrt sich das Schaltverhalten um.
- Umkehrung:Aus dem Dämmerungsschalter wird eine Schaltung, die bei Helligkeit einschaltet — etwa für ein Sonnenschutzrollo.
- Schaltschwelle:Der Festwiderstand bestimmt, bei welcher Helligkeit oder Temperatur Uaus den Schaltwert erreicht.
- Einstellbar:Ersetzt man ihn durch ein Potentiometer, lässt sich die Schwelle verändern.
- Kein Laststrom:Uaus liefert fast keinen Strom und kann deshalb keine Lampe betreiben.
- Transistor:Er wirkt als spannungsgesteuerter Schalter — unter etwa 0,7 V sperrt er, darüber schaltet er den Laststrom durch. Sein Innenleben bleibt hier eine Blackbox.
Sensor oben oder unten?
Der Spannungsteiler besteht aus LDR oder NTC und einem Festwiderstand, wahlweise oben oder unten im Kreis. Uaus hängt von Helligkeit bzw. Temperatur ab; sobald die Schwelle von 0,7 V erreicht ist, schaltet der Transistor die Lampe ein. Die Skizze zeigt dieselbe Schaltung als Schaltbild.
Halte fest: Abgegriffen wird immer am unteren Widerstand. Sitzt der Sensor unten, schaltet die Lampe bei Dunkelheit bzw. Kälte ein; sitzt er oben, bei Helligkeit bzw. Wärme — und der Festwiderstand legt fest, wo genau die Schwelle liegt.
Hinweise
Drei Punkte, an denen Spannungsteiler-Aufgaben erfahrungsgemäß kippen:
Kläre zuerst, an welchem der beiden Widerstände abgegriffen wird. Nur dieser steht im Zähler — im Nenner steht immer die Summe beider.
Setze R1 und R2 in derselben Einheit ein, also beide in kΩ oder beide in Ω. Die Einheiten kürzen sich weg, das Ergebnis ist eine Spannung in Volt.
Prüfe das Ergebnis an den Grenzfällen — das spart Rechnerei.