Spannungsteiler mit Potentiometer

Lehrpläne: GCSE, A-level, IB B.5

Ziel¶

Gewinnen Sie mit einem Potentiometer eine einstellbare Spannung und beobachten Sie, wie eine Last die Ausgangsspannung des Teilers verändert.

Aufbau¶

Eine Spannungsquelle mit 10 V ist an die äußeren Anschlüsse eines Potentiometers von 1 kΩ angeschlossen; der Drehknopf steht in Mittelstellung. Das Voltmeter liegt zwischen dem Schleifer und dem Minuspol. Eine Last von 1 kΩ ist über einen Schalter, der offen ist, an den Ausgang angeschlossen.

Durchführung¶

Notieren Sie den Messwert des Voltmeters.
Drehen Sie den Drehknopf des Potentiometers bis zum Anschlag in die eine und dann in die andere Richtung.
Bringen Sie den Drehknopf wieder in Mittelstellung und schließen Sie den Schalter der Last.
Notieren Sie den Messwert des Voltmeters unter Last.

Erwartetes Ergebnis

In Mittelstellung beträgt die Ausgangsspannung etwa 5,00 V. Wenn Sie den Drehknopf drehen, ändert sie sich von 0 bis 10 V: Im Uhrzeigersinn bewegt sich der Schleifer zu dem Anschluss, der mit dem Pluspol der Quelle verbunden ist, und die Spannung steigt. Unter der Last von 1 kΩ sinkt die Ausgangsspannung auf etwa 4,0 V: Die Last liegt parallel zur unteren Hälfte des Potentiometers.

Fragen¶

Warum sinkt die Spannung des Teilers unter Last?
Wie groß muss die Last sein, damit die Spannung um weniger als 1 % sinkt?

Antworten

Die Last ist parallel zur unteren Hälfte des Potentiometers geschaltet, und 500 Ω parallel zu 1 kΩ ergeben etwa 333 Ω. Der untere Teil des Teilers hat jetzt einen kleineren Widerstand als die oberen 500 Ω und erhält einen kleineren Anteil der 10 V: 10 V × 333 / 833 ≈ 4,0 V.
Vom Ausgang aus gesehen wirkt der Teiler in Mittelstellung wie eine 5-V-Quelle mit einem Ausgangswiderstand \(R_{out}\) = 250 Ω, den beiden parallelen 500-Ω-Hälften. Die Ausgangsspannung sinkt um den Anteil \(R_{out} / (R_{out} + R_L)\), daher muss die Last \(R_L\) für einen Abfall unter 1 % größer sein als 99 × 250 Ω ≈ 25 kΩ, das 25-Fache des Widerstands des Potentiometers.