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Analoge Elektronik und Leistungselektronik – Widerstandsnetzwerke in Schaltungen nutzen

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Analoge Elektronik und Leistungselektronik – Widerstandsnetzwerke in Schaltungen nutzen

Einleitung

Lernkurs für die elektrotechnische Ausbildung

Thema: Spannungsteiler, Widerstandsnetzwerke und Belastungseinfluss.

Lernzeit: ca. 45–60 Minuten für die Lerneinheiten, anschließend Übungen und Lernnachweis.

Lernziel: Du kannst einen Spannungsteiler im Stromlaufbild erkennen, seine Ausgangsspannung berechnen, den Einfluss eines angeschlossenen Lastwiderstands erklären und geeignete Widerstandswerte mithilfe einer Simulation beurteilen.

Ausbildungsfall: Ein simuliertes 5-V-Messsystem benötigt ein Eingangssignal von ungefähr 3 V. Du untersuchst, weshalb ein zunächst richtig berechneter Spannungsteiler bei angeschlossenem Messeingang eine andere Spannung liefert.

Sicherheit: Dieser Kurs verwendet ausschließlich Browser-Simulationen und gegebenenfalls geeignete, berührungssichere Schulungsmodelle. Reale Elektroarbeiten dürfen nur entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen gemäß den geltenden betrieblichen Sicherheitsregeln ausführen. Das Bestehen von Aufgaben oder Quizzen ist keine Freigabe für Elektroarbeiten.

Lernpfad

Einheit	Lernziel	Zeit
1 – Grundlagen	Reihenschaltung und Spannungsteiler verstehen	8 Minuten
2 – Ausbildungsfall	Belastungseinfluss berechnen	10 Minuten
3 – Simulation	Spannungen und Ströme untersuchen	12 Minuten
4 – Signaldiagramme	Ergebnisse grafisch darstellen	7 Minuten
5 – Auslegung	Lösungen vergleichen und Grenzen beurteilen	8 Minuten

Lerneinheit 1: Widerstandsnetzwerke verstehen

Reihenschaltung und Spannungsteiler

Bild: Unbelasteter Spannungsteiler. Biezl, Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Zwei Widerstände liegen hintereinander. Durch beide fließt derselbe Strom. Die Versorgungsspannung verteilt sich auf die Widerstände.

Merksatz: Am größeren Widerstand fällt bei gleichem Strom die größere Spannung ab.

$R_{g e s} = R_{1} + R_{2}$

$I = \frac{U_{E}}{R_{1} + R_{2}}$

$U_{A} = U_{E} \cdot \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}$

Hierbei ist U_A die Spannung am Abgriff gegenüber dem unteren Bezugspunkt (0 V).

Bild: Spannungsteilung mit europäischen Widerstandssymbolen. Assassingr, Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Videolektion: Spannungsteiler verstehen

FearlessEngineers – Spannungsteiler ausführlich erklärt.

Basisbeispiel

Gegeben sind:

Größe	Wert
Eingangsspannung U_E	5,00 V
Oberer Widerstand R1	2 kΩ
Unterer Widerstand R2	3 kΩ

$U_{A} = 5 V \cdot \frac{3}{2 + 3} = 3,00 V$

Ergebnis: Ohne angeschlossene Last beträgt die Ausgangsspannung 3,00 V.

Basisaufgabe: Bestimme den Gesamtwiderstand und den Strom durch den unbelasteten Spannungsteiler.

Feedback: R_ges = 5 kΩ und I = 1 mA. Denn in der Reihenschaltung werden die Widerstände addiert und der Strom ergibt sich aus dem Ohmschen Gesetz.

Vorbereitung: Parallelschaltung

Bild: Parallelschaltung von Widerständen. Zátonyi Sándor (Fizped), Wikimedia Commons, CC BY 3.0.

Für zwei parallel geschaltete Widerstände gilt:

$R_{P} = \frac{R_{a} \cdot R_{b}}{R_{a} + R_{b}}$

Wichtig: Der Ersatzwiderstand ist kleiner als jeder der beiden Einzelwiderstände.

Lerneinheit 2: Ausbildungsfall – Der belastete Spannungsteiler

Arbeitsauftrag aus der Ausbildung

Eine fiktive Messbaugruppe verwendet eine ideale Gleichspannungsquelle mit 5 V. Ein Spannungsteiler soll an einem modellierten Messeingang ungefähr 3 V bereitstellen.

Der Messeingang wird im vereinfachten Gleichstrommodell durch einen Widerstand von 10 kΩ dargestellt.

Vorgegebenes Lernkriterium: Die Spannung soll zwischen 2,94 V und 3,06 V liegen, also innerhalb von ±2 % um 3,00 V.

Die verwendeten Zahlen sind Ausbildungswerte, keine technischen Daten eines bestimmten Geräts.

Stromlaufbild mit angeschlossener Last

Bild: Belasteter Spannungsteiler. Backsideficker, Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Vereinfachtes Stromlaufbild des Ausbildungsfalls:

       +5 V
        |
       R1
       2 kΩ
        |
        o────────── U_A
        |            |
       R2           R_L
       3 kΩ         10 kΩ
        |            |
        +────────────+
        |
       0 V

Beobachte: Der Lastwiderstand R_L liegt parallel zu R2. Beide haben dieselbe Spannung.

Bild: Belasteter Spannungsteiler mit Lastzweig. Zedh, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Warum sinkt die Ausgangsspannung?

Durch den angeschlossenen Eingang entsteht ein zusätzlicher Strompfad. R2 und R_L bilden eine Parallelschaltung.

$R_{P} = \frac{R_{2} \cdot R_{L}}{R_{2} + R_{L}}$

$R_{P} = \frac{3 k Ω \cdot 10 k Ω}{3 k Ω + 10 k Ω}$

$R_{P} \approx 2,31 k Ω$

Jetzt bilden R1 und R_P den wirksamen Spannungsteiler.

Bild: Ersatzschaltung eines belasteten Spannungsteilers. Forthommel, Wikimedia Commons, gemeinfrei.

$U_{A} = 5 V \cdot \frac{2,3077}{2 + 2,3077}$

$U_{A} \approx 2,68 V$

Auswertung:

Zustand	Ausgangsspannung	Lernkriterium
Ohne Last	3,00 V	Erfüllt
Mit 10 kΩ Last	2,68 V	Nicht erfüllt

Merksatz: Ein Spannungsteiler kann ohne angeschlossene Last die richtige Spannung liefern und unter Belastung dennoch ungeeignet sein.

Video zum Belastungseinfluss

FearlessEngineers – Kurz erklärt: Belasteter Spannungsteiler.

Beobachtungsauftrag: Erkläre nach dem Video, weshalb ein Messgerät oder ein angeschlossener Eingang das Messergebnis beeinflussen kann.

Lerneinheit 3: Berührungssichere Schaltungssimulation

Simulation A: PhET

Simulationszugang: PhET – Stromkreise schalten: Gleichstrom

Die Simulation wurde vom Projekt PhET Interactive Simulations der University of Colorado Boulder entwickelt.

Aufgabe: Baue im Browser den Spannungsteiler auf. Verwende die Schaltbildansicht und virtuelle Messinstrumente.

Stelle eine ideale 5-V-Gleichspannungsquelle ein.
Verwende R1 = 2 kΩ und R2 = 3 kΩ, sofern die verwendete Simulationsversion diese Werte unterstützt.
Miss die Spannung am Abgriff gegen 0 V.
Schalte einen Lastwiderstand von 10 kΩ parallel zu R2.
Vergleiche die angezeigten Spannungen mit Deiner Berechnung.

Hinweis: Falls die Simulationsversion eine Eingabe dieser Widerstandswerte nicht zulässt, nutze Simulation B. Übernimm keine unpassenden Ersatzwerte als scheinbar exakte Versuchsergebnisse.

Hilfsauftrag: Stelle vor der Messung sicher, dass das virtuelle Voltmeter zwischen Ausgangsknoten und Bezugspotenzial angeschlossen ist.

Feedback: Im idealen Modell solltest Du ohne Last 3,00 V und mit der angegebenen Last ungefähr 2,68 V erhalten. Die niedrigere Spannung entsteht durch die Parallelschaltung von R2 und R_L.

Video zur Bedienung von PhET:

Michelle Parry – Using Circuit Construction Kit DC. Englische Bedienhilfe.

Simulation B: Falstad

Direktes Simulationsbeispiel: Falstad – Voltage Divider

Editor: Falstad Circuit Simulator

Falstad zeigt Stromrichtungen, Spannungen und Schaltungselemente als animiertes Modell.

Simulation starten:

Öffne das verifizierte Spannungsteiler-Beispiel.
Untersuche zunächst die dort vorhandenen Beispielwerte.
Ändere die Schaltung im Editor auf den Ausbildungsfall mit 5 V, 2 kΩ und 3 kΩ.
Ergänze einen 10-kΩ-Widerstand parallel zu R2.
Nutze die virtuellen Spannungsanzeigen oder die Oszilloskopfunktion.
Dokumentiere die Ausgangsspannung mit und ohne Last.

Wichtig: Die Falstad-Beispielschaltung verwendet zunächst andere Werte als der Ausbildungsfall. Ändere diese vor dem Zahlenvergleich.

Anwendungsaufgabe: Simuliere zusätzlich einen Lastwiderstand von 5 kΩ und beschreibe die Änderung.

Feedback: Bei 5 kΩ sinkt die Ausgangsspannung auf ungefähr 2,42 V. Ein kleinerer Lastwiderstand zieht mehr Strom aus dem Spannungsteiler und verstärkt den Belastungseinfluss.

Elektrische Ströme am Knoten

Bild: Kirchhoffsche Knotenregel. Pflodo / M0tty, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Am Ausgangsknoten teilt sich der Strom auf.

$I_{R 1} = I_{R 2} + I_{L}$

Im belasteten Ausbildungsfall ergeben sich ungefähr:

Strom	Wert
Strom durch R1	1,161 mA
Strom durch R2	0,893 mA
Laststrom	0,268 mA

Kontrolle: 0,893 mA + 0,268 mA ≈ 1,161 mA.

Lerneinheit 4: Signaldiagramme lesen und erstellen

Signaldiagramm 1 – Ausgangsspannung

Das folgende Diagramm beschreibt das ideale rein ohmsche Modell. Zum Zeitpunkt t0 wird die Last zugeschaltet.

U_A / V

3,00 ─────────────┐
                  │
2,68              └──────────────

0,00 ─────────────┬──────────────> t
                  t0

Vor t0:   Ausgang ohne Last
Ab t0:    Ausgang mit 10 kΩ Last

Beobachtung: Die Ausgangsspannung sinkt von 3,00 V auf etwa 2,68 V.

Bild: Allgemeine Darstellung einer Sprungfunktion, nicht maßstäblich für die angegebenen Spannungswerte. RicHard-59, Wikimedia Commons, CC0.

Signaldiagramm 2 – Laststrom

I_L / mA

0,268              ┌──────────────
                   │
0,000 ─────────────┘

      ─────────────┬──────────────> t
                   t0

Erklärung: Vor dem Zuschalten ist der Laststrom null. Nach dem Zuschalten fließen ungefähr 0,268 mA durch R_L.

Modellgrenze: Die Diagramme zeigen ideale sprunghafte Änderungen. Reale Messschaltungen können zusätzlich Kapazitäten, dynamische Eingangsströme und Verzögerungen besitzen. Der rein ohmsche Spannungsteiler beschreibt solche Effekte nicht.

Aufgabe: Zeichne beide Signaldiagramme selbst und beschrifte Achsen, Zeitpunkte und Werte.

Feedback: Beim Zuschalten einer passiven Last wird U_A kleiner, während I_L von null auf einen positiven Wert steigt. Beide Änderungen folgen aus dem neuen Strompfad.

Lerneinheit 5: Eine geeignetere Schaltung wählen

Widerstandswerte vergleichen

Eine Möglichkeit zur Verringerung des Belastungsfehlers ist es, beide Teilerwiderstände bei gleichem Verhältnis kleiner zu wählen.

Variante	R1	R2	U_A ohne Last	U_A mit 10 kΩ
A	2 kΩ	3 kΩ	3,00 V	2,68 V
B	200 Ω	300 Ω	3,00 V	2,96 V

Auswertung: Variante B erfüllt die fiktive Toleranzvorgabe bei der angenommenen 10-kΩ-Last und idealen Bauteilen.

Nachteil: Der unbelastete Teilerstrom steigt von 1 mA auf 10 mA. Höherer Strom bedeutet auch höhere Verlustleistung.

$P = U \cdot I = I^{2} \cdot R$

Bei Variante B liegen die Widerstandsleistungen im belasteten Zustand ungefähr bei 21 mW für R1 und 29 mW für R2.

Wichtig: Diese Zahlen ersetzen keine Prüfung der zulässigen Widerstandsleistung, von Toleranzen, der Versorgung, des Eingangsverhaltens und der sonstigen Gerätevorgaben.

Alternative: Signal puffern

Bild: Spannungsteiler mit Pufferstufe. みそがい, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Eine geeignete Pufferstufe kann den Spannungsteiler vom angeschlossenen Eingang entkoppeln.

Grundidee: Ein hoher Eingangswiderstand der Pufferstufe belastet den Teiler wenig. Ein niedriger Ausgangswiderstand kann eine nachfolgende Last besser treiben.

Die reale Auslegung muss unter anderem Versorgung, Spannungsbereich, Ausgangsstrom, Stabilität und mögliche Schutzfunktionen berücksichtigen.

Bezug zur Leistungselektronik

In der Leistungselektronik können Widerstandsnetzwerke Bestandteil von Mess- und Überwachungsschaltungen sein.

Grenze: Ein einfacher Spannungsteiler ist keine geeignete Spannungsversorgung für größere oder veränderliche Lasten. Ein Spannungsteiler bietet außerdem keine galvanische Trennung und ersetzt keine vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen.

Transferfrage: Weshalb ist für ein belastetes Messsignal oft eine geeignete Signalaufbereitung sinnvoller als ein einfacher hochohmiger Spannungsteiler?

Gestufte Hilfen zum Ausbildungsfall

Öffne möglichst nur die Hilfe, die Du benötigst.

Hilfe 1 – Schaltung verstehen

Markiere die beiden Anschlusspunkte von R2. Prüfe, ob R_L mit denselben Anschlusspunkten verbunden ist. Wenn ja, liegen die beiden Widerstände parallel.

Hilfe 2 – Rechenweg finden

Berechne zuerst den Ersatzwiderstand aus R2 und R_L. Setze danach diesen Ersatzwiderstand anstelle von R2 in die Spannungsteilerformel ein.

Hilfe 3 – Ergebnis überprüfen

R_P ≈ 2,31 kΩ. Damit gilt U_A = 5 V · 2,31 / (2 + 2,31) ≈ 2,68 V. Kontrolliere auch, ob dieser Wert im zulässigen Lernbereich von 2,94 V bis 3,06 V liegt.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wo wird die Ausgangsspannung eines einfachen Spannungsteilers abgegriffen? (Zwischen den Widerständen gegen den unteren Bezugspunkt) (!Nur direkt an der Spannungsquelle) (!An einem beliebigen unverbundenen Leiter) (!Immer über dem oberen Widerstand)

Wie groß ist die unbelastete Ausgangsspannung bei 5 V, 2 kΩ und 3 kΩ? (3,00 V) (!2,00 V) (!5,00 V) (!1,00 V)

Wie sind Lastwiderstand und unterer Teilerwiderstand im Ausbildungsfall verbunden? (Parallel) (!In Reihe hinter der Spannungsquelle) (!Vollständig voneinander getrennt) (!Über einen Transformator)

Wie groß ist der Ersatzwiderstand von 3 kΩ und 10 kΩ parallel ungefähr? (2,31 kΩ) (!13 kΩ) (!7 kΩ) (!30 kΩ)

Welche Ausgangsspannung entsteht im belasteten Ausbildungsfall ungefähr? (2,68 V) (!3,50 V) (!5,00 V) (!4,20 V)

Was geschieht bei einem kleiner werdenden Lastwiderstand im betrachteten passiven Netzwerk? (Die Ausgangsspannung sinkt) (!Die Ausgangsspannung steigt über die Versorgungsspannung) (!Der Laststrom wird grundsätzlich null) (!Die Widerstände werden automatisch größer)

Welche Variante erfüllt im idealen Modell das Lernkriterium mit 10 kΩ Last? (200 Ω und 300 Ω) (!2 kΩ und 3 kΩ) (!20 kΩ und 30 kΩ) (!200 kΩ und 300 kΩ)

Welcher Nachteil kann durch kleinere Teilerwiderstände entstehen? (Höhere Stromaufnahme und Verlustleistung) (!Automatische galvanische Trennung) (!Vollständige Beseitigung aller Bauteiltoleranzen) (!Stromloser Betrieb des Spannungsteilers)

Wozu kann ein Spannungsteiler in einer leistungselektronischen Messschaltung dienen? (Zur Anpassung eines Messspannungspegels) (!Als Ersatz für jede galvanische Trennung) (!Zum verlustfreien Versorgen großer Lasten) (!Zur automatischen Netzfreischaltung)

Welche Aussage zur Sicherheit ist richtig? (Ein Quizresultat erteilt keine Arbeitsfreigabe) (!Ein bestandenes Quiz erlaubt Arbeiten an Netzspannung) (!Eine Simulation macht jede reale Schaltung ungefährlich) (!Auszubildende dürfen nach dem Quiz beliebige Anlagen verändern)

Begründetes Quiz-Feedback

Frage	Begründung
1	Der Abgriff liegt am Verbindungsknoten zwischen R1 und R2.
2	Das Verhältnis des unteren Widerstands zum Gesamtwiderstand beträgt drei Fünftel.
3	Beide Widerstände liegen zwischen denselben zwei Knoten.
4	Der Parallelersatz ist kleiner als 3 kΩ.
5	Der kleinere Ersatzwiderstand verändert das Teilungsverhältnis.
6	Eine kleinere Last verursacht stärkere Belastung des Abgriffs.
7	Der kleinere Ausgangswiderstand verringert den Spannungsabfall unter Last.
8	Bei gleicher Versorgung und kleinerem Gesamtwiderstand steigt der Strom.
9	Messspannungen lassen sich teilen; Leistungsversorgung und Schutzmaßnahmen erfordern andere Lösungen.
10	Eine Arbeitsberechtigung ergibt sich aus Qualifikation, Beauftragung und Sicherheitsorganisation.

Memory

Ordne die zusammengehörigen Begriffe und Erklärungen zu.

Spannungsteiler	Netzwerk zur Aufteilung einer Eingangsspannung
Leerlaufspannung	Ausgangsspannung ohne angeschlossene Last
Lastwiderstand	Elektrischer Widerstand eines angeschlossenen Verbrauchers oder Eingangs
Ersatzwiderstand	Zusammengefasster Widerstand mehrerer Schaltungselemente
Querstrom	Strom durch den Teilerzweig
Innenwiderstand	Wirksamer Widerstand einer Quelle am Ausgang
Belastungsfehler	Spannungsabweichung durch einen angeschlossenen Eingang

Drag and Drop

Ordne den Fachbegriffen die richtige Bedeutung zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Beschreibung
Parallelzweig	Verbindung zwischen denselben zwei Knoten
Reihenzweig	Hintereinander angeordnete Widerstände
Leerlauffall	Ausgang ohne angeschlossenen Lastwiderstand
Lastfall	Zusätzlicher Strompfad am Spannungsteilerabgriff
Spannungsabgriff	Verbindungsknoten für die gewünschte Ausgangsspannung
Pufferstufe	Schaltung zur Verringerung des Belastungseinflusses

Kreuzworträtsel

Spannung	Welche elektrische Größe wird zwischen zwei Knoten gemessen?
Laststrom	Wie heißt der Strom durch einen angeschlossenen Verbraucher?
Leerlauf	Wie nennt man den Betriebszustand ohne angeschlossene Last am Ausgang?
Parallelschaltung	Wie nennt man eine Verbindung mehrerer Widerstände zwischen denselben zwei Knoten?
Querstrom	Wie heißt der Strom durch den quer zum Ausgang liegenden Teilerzweig?
Innenwiderstand	Wie heißt der wirksame Widerstand einer Ersatzspannungsquelle?

LearningApps

Die folgende Suche kann ergänzende Übungsangebote anzeigen. Einzelne fremde Apps sind dadurch noch nicht fachlich geprüft.

Lückentext

Ein elektrischer

verteilt eine Eingangsspannung auf mehrere Bauelemente.

Bei zwei Widerständen in

ist der Strom durch beide Widerstände gleich.

Die Ausgangsspannung wird am mittleren

gemessen.

Ein angeschlossener Verbraucher besitzt einen elektrischen

.

Im Ausbildungsfall liegt der angeschlossene Eingang

zum unteren Teilerwiderstand.

Zur vereinfachten Berechnung nutzt Du einen

.

Dieser ist bei zwei positiven parallel geschalteten Widerständen immer

als jeder Einzelwiderstand.

Die Stromberechnung erfolgt mit dem

Gesetz.

Der Einfluss des angeschlossenen Eingangs wird als

bezeichnet.

Die Ausgangsspannung kann in einer berührungssicheren

untersucht werden.

Kleinere Teilerwiderstände können eine höhere

verursachen.

Eine bestandene Lernkontrolle ist keine

für reale Elektroarbeiten.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben ausschließlich mit Zeichnungen, Berechnungen, digitalen Werkzeugen oder ausdrücklich freigegebenen berührungssicheren Schulungsmodellen.

Leicht – Basisaufgaben

Stromlaufbild beschriften: Zeichne den unbelasteten Spannungsteiler und markiere Versorgung, R1, R2, Ausgang und Bezugspotenzial.
Grundberechnung: Berechne den Gesamtwiderstand und den Strom bei 5 V, 2 kΩ und 3 kΩ.
Erklärbild: Erstelle eine beschriftete Zeichnung, die den Unterschied zwischen 5 V Eingang und 3 V Ausgang zeigt.
Signalbild: Zeichne die zeitliche Änderung der Ausgangsspannung beim Zuschalten der Last und erläutere sie mit zwei Sätzen.

Standard – Anwendungsaufgaben

Ersatzwiderstand: Berechne den Gesamtwiderstand von 3 kΩ und 10 kΩ in Parallelschaltung und dokumentiere Deinen Rechenweg.
Simulationsvergleich: Vergleiche den unbelasteten und den belasteten Spannungsteiler mit einem Browser-Simulator. Dokumentiere die Werte mit einer Tabelle und einem Bildschirmbild.
Stromaufteilung: Bestimme den Strom durch R1, R2 und den 10-kΩ-Lastwiderstand. Prüfe die Knotenregel.
Fehlerbericht: Ein Lernender behauptet, der Ausgang liefere immer 3 V. Schreibe eine kurze technische Erklärung, warum diese Aussage nicht allgemein richtig ist.

Schwer – Transferaufgaben

Variantenvergleich: Vergleiche die Widerstandspaare 2 kΩ / 3 kΩ und 200 Ω / 300 Ω unter Berücksichtigung von Belastungsfehler und Stromverbrauch.
Veränderliche Last: Untersuche rechnerisch und simulativ, was bei 5 kΩ, 10 kΩ und 100 kΩ Lastwiderstand geschieht. Stelle die Ergebnisse als Diagramm dar.
Ersatzspannungsquelle: Bestimme die Leerlaufspannung und den Innenwiderstand des ursprünglichen Teilers. Begründe mit dem Ersatzmodell den Belastungsfehler.
Entscheidungsvorlage: Erstelle eine einseitige technische Empfehlung für ein simuliertes Messsystem. Berücksichtige Toleranz, Strombedarf, Verlustleistung, Eingangsverhalten und Arbeitssicherheit.

Selbstkontrolle und begründetes Feedback

Aufgabenart	Worauf Du achten solltest	Begründung
Basis	Richtiger Abgriff, durchgehende Leitungsverbindungen, richtige Einheiten	Ein falsch zugeordneter Knoten oder Bezugspunkt führt zu falschen Spannungsangaben.
Anwendung	Erst Parallelersatz bilden, dann Spannungsteiler berechnen	R2 und Last sind nicht in Reihe; ihre gemeinsame Wirkung verändert die Ausgangsspannung.
Simulation	Werte, Schaltung und Messpunkte dokumentieren	Ein einzelner angezeigter Spannungswert beweist nicht, dass die beabsichtigte Schaltung simuliert wurde.
Transfer	Belastungsfehler gegen Leistungsbedarf abwägen	Niedrigere Widerstandswerte verbessern die Belastbarkeit, erhöhen aber den Stromverbrauch.
Sicherheitsbeurteilung	Modellgrenzen und praktische Zuständigkeiten nennen	Eine richtige Berechnung ist kein Nachweis einer sicheren realen Installation.

Lernkontrolle

Die Lernkontrolle bewertet insbesondere Zusammenhänge, technische Begründungen und den Transfer.

Ursache erklären: Beschreibe, warum die Ausgangsspannung bei gleichbleibender Eingangsspannung sinkt, wenn ein zusätzlicher Verbraucher zugeschaltet wird.
Quellenmodell anwenden: Erkläre den Belastungseinfluss mit dem Innenwiderstand der Ersatzspannungsquelle statt ausschließlich mit der Parallelformel.
Entwurfsentscheidung: Entscheide für den fiktiven 10-kΩ-Eingang zwischen Variante A und B. Begründe, welche Variante das Lernkriterium erfüllt und welche Nachteile verbleiben.
Fehlersuche: Ein Simulator zeigt 5 V statt ungefähr 3 V am Ausgang. Nenne drei mögliche Modellierungs- oder Messfehler und beschreibe ihre systematische Prüfung.
Grenzen beurteilen: Erläutere, warum die beiden Sprungdiagramme einen realen Messeingang mit kapazitivem Verhalten nicht vollständig beschreiben.
Praxistransfer: Beschreibe, weshalb eine Spannungsteilerrechnung allein keine Berechtigung darstellt, an einer realen Leistungsanlage zu arbeiten.

Bewertungshinweis: Richtige Zahlen ohne nachvollziehbare Begründung reichen für einen umfassenden Lernnachweis nicht aus.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis solltest Du folgende Ergebnisse vorlegen:

Stromlaufbild: Korrekt beschrifteter unbelasteter und belasteter Spannungsteiler.
Berechnung: Nachvollziehbarer Rechenweg für 3,00 V im Leerlauf und ungefähr 2,68 V unter Belastung.
Simulation: Dokumentierte virtuelle Schaltung mit erkennbaren Widerstandswerten, Spannungsquelle und Messpunkten.
Signaldiagramme: Darstellung und Erklärung des Spannungsabfalls sowie des zusätzlichen Laststroms.
Variantenvergleich: Begründete Entscheidung zwischen den Widerstandswerten unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs.
Transfer: Erklärung von Innenwiderstand, Belastungsfehler und Grenzen des vereinfachten Gleichstrommodells.
Sicherheitskompetenz: Nachvollziehbare Unterscheidung zwischen Simulation, berührungssicherem Schulungsmodell und realer Elektroarbeit.
Quellenkompetenz: Angabe der verwendeten Fach- und Medienquellen.

Wichtig: Der Lernnachweis dient ausschließlich der Bewertung des theoretischen und simulierten Lernerfolgs. Er berechtigt weder zur Durchführung realer Elektroarbeiten noch ersetzt er Qualifikation, Beauftragung, Gefährdungsbeurteilung oder betriebliche Freigabeprozesse.

OERs zum Thema

Fachliche Grundlagen

Wikipedia – Spannungsteiler:

Weitere passende Themen:

Spannungsteiler: Spannungsteilung und Belastung.
Ohmsches Gesetz: Zusammenhang von Spannung, Strom und Widerstand.
Parallelschaltung: Berechnung von Ersatzwiderständen.
Kirchhoffsche Regeln: Stromaufteilung an Knoten.
Thévenin-Theorem: Ersatzspannungsquelle und Innenwiderstand.
Impedanzwandler: Entkopplung von Messsignalen.

Geprüfte Fachquellen

Wikipedia – Spannungsteiler: Reihenschaltung, Spannungsteilerregel, belasteter Spannungsteiler und Ersatzspannungsquelle.
Analog Devices – Frequency Compensated Voltage Dividers: Ergänzende Fachinformationen über kapazitive Belastung und frequenzabhängiges Verhalten.
DGUV Vorschrift 3: Elektrische Anlagen und Betriebsmittel, Anforderungen an die Sicherheit und fachliche Zuständigkeit.
Falstad – Circuit Examples: Dokumentierte Beispiele des elektronischen Schaltungssimulators.
PhET – Licensing Information: Nutzungsbedingungen für PhET-Simulationen.

Mediennachweise und Nutzungsrechte

Die Abbildungen stammen aus nachgeprüften Wikimedia-Commons-Dateiseiten. Die Dateien wurden für diesen Kurs nicht bearbeitet.

Bilddatei	Urheber	Lizenz
Einfacher-unbelasteter-Spannungsteiler.svg	Biezl	Gemeinfrei
Voltage division.svg	Assassingr	Gemeinfrei
Ellenallas parhuzamos.svg	Zátonyi Sándor / Fizped	CC BY 3.0
Belasteter Spannungsteiler.svg	Backsideficker	Gemeinfrei
Voltage divider-loaded.svg	Zedh	CC BY-SA 4.0
Voltage divider-loaded eq.svg	Forthommel	Gemeinfrei
KCL - Kirchhoff's circuit laws.svg	Pflodo / M0tty	CC BY-SA 3.0
Step function.svg	RicHard-59	CC0
Voltage divider with buffer.svg	みそがい	CC BY-SA 4.0

Lizenzen:

CC BY 3.0 · CC BY-SA 3.0 · CC BY-SA 4.0 · CC0

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PhET: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu. Die regulären HTML-Simulationen stehen unter CC BY-NC 4.0. Die Nutzung für nichtkommerzielle Unterrichtszwecke ist nach den veröffentlichten Bedingungen möglich; eine kommerzielle Weiterverwendung muss gesondert geprüft werden. Dieser Kurs verlinkt die Simulation und verbreitet keine Kopie.

Falstad: Die Browser-Simulation wird über die Originalseite des Anbieters aufgerufen. Die Verlinkung ist keine Aussage über eine freie Lizenz für das Programm.

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