De spanningsdeler

In elektronica wordt er regelmatig gesproken over een spanningsdeler. Dit is een veel voorkomend onderdeel van elektronische schakelingen. Hier kom je te weten hoe dit juist werkt. Bovendien leer je dat er een verschil is tussen belaste en onbelaste spanningsdelers.

Wat is een spanningsdeler?

Een spanningsdeler is een schakeling die – zoals de naam reeds aangeeft – de spanning deelt (opsplitst). Dit gebeurt in zijn eenvoudigste vorm door twee weerstanden in serie te plaatsen met mekaar. De wet van Ohm zegt dan dat de spanning zich zal verdelen over deze twee weerstanden, en de manier waarop is afhankelijk van de waarde van deze weerstand. Hoe hoger de weerstand, hoe hoger de spanning die erover zal staan, zoals aangegeven in figuur 1. U1 is de spanning over R1, U2 is de spanning over R2. Aangezien er slechts één keten is loopt er slechts één stroom, aangegeven door I. De spanning die over een weerstand staat wordt berekend door deze weerstand te vermenigvuldigen met de stroom die erdoor loopt. Vandaar, hoe hoger deze weerstand, hoe hoger de spanning.

Stel dat de ingangsspanning gelijk is aan 5V. R1 en R2 zijn beide gelijk aan 1kOhm. Dan loopt er een stroom door de keten van I = U_in/(R1 + R2) = 5/(1000 + 1000) = 2,5 mA. De spanning over R1 is dan U1 = I · R1 = 0,0025 · 1000 = 2,5V.

De waarde over de weerstanden hangt af van de verhouding tussen beide weerstanden. In het rekenvoorbeeld waren beide weerstanden even groot, dan wordt de spanning gelijk verdeeld over beide. Als deze onderlinge verhouding verandert kan je zelf narekenen hoe de spanningen anders verdeeld worden. Dit is ook het principe dat wordt gebruik bij een regelbare weerstand. Door aan een knop te draaien verander je de onderlinge verhouding van deze twee weerstanden.

De onbelaste spanningsdeler

De uitgangsspanning van een spanningsdeler hangt dus af van de verhouding tussen beide weerstanden. We kunnen nu een formule opstellen waarmee we deze uitgangsspanning meteen kunnen berekenen als we de waarden kennen van de ingangsspanning en de afzonderlijke weerstanden. Zoals we in figuur 2 kunnen zien is de uitgangsspanning gelijk aan de spanning die over R2 staat. Dat betekent dat deze gelijk is aan U_uit = I · R2. Bovendien weten we reeds dat deze stroom gelijk is aan de uitgangsspanning gedeeld door de som van beide weerstanden (want het gaat hier om een serieschakeling van weerstanden), dus I = U_in/(R1 + R2). Als we dit invullen in de uitdrukking hierboven bekomen we de formule U_uit = U_in · (R2/(R1 + R2)).

De belaste spanningsdeler

Bovenstaande is uiteraard theoretisch, want er hangen geen verdere componenten aan de spanningsdeler. Een spanningdeler heeft enkel nut als de spanning gereduceerd wordt voor een volgend onderdeel van de schakeling. Dan verandert het verhaal een beetje, want dan zegt men dat de spanningsdeler "belast" wordt. R2 verandert dan in een parallelschakeling van R2 met de belastingsweerstand. Hierdoor zal deze dalen waardoor de uitgangsspanning een pak kleiner wordt. Dit betekent dat men de uitwendige weerstand moet berekenen van het circuit dat achter de spanningsdeler komt, om te weten welke weerstandswaarden men moet gebruiken. In het ideale geval gebruikt men een hoogohmige belasting. Hoe groter de belastingsweerstand, hoe minder de uitgangsspanning wordt beïnvloed.