Alles ist schon da
Die Lösung des Problems aus der letzten Lektion hast du in Modul 6 gebaut. Ein Spannungsteiler macht aus 5 V eine kleinere Spannung — und ein GPIO-Eingang ist mit über 1 MΩ genau die hochohmige Last, die einen Teiler nicht nennenswert belastet.
Der 5-V-Ausgang des Sensors führt über 2.2 kΩ auf einen Knoten. Von dort geht 3.3 kΩ nach Masse, und am selben Knoten hängt der GPIO-Eingang.
Die Rechnung
U(aus) = U(ein) · R₂ / (R₁ + R₂) = 5 V · 3.3 kΩ / (2.2 kΩ + 3.3 kΩ) = 5 V · 3.3 / 5.5 = 3.0 V
3.0 V liegen sicher unter den erlaubten 3.3 V — und deutlich über der High-Schwelle von 2.48 V aus Modul 8. Beide Bedingungen sind erfüllt, und zwar mit Reserve nach beiden Seiten. Das ist der Punkt, auf den es bei der Wahl der Werte ankommt.
Der Ruhestrom durch den Teiler:
I = 5 V / 5.5 kΩ = 0.91 mA
Der fliesst, solange das Signal High ist. Bei einer Handvoll Signalleitungen ist das unerheblich; bei einem batteriebetriebenen Gerät mit vielen Leitungen würde man grössere Werte nehmen — etwa 22 kΩ / 33 kΩ für dasselbe Verhältnis bei einem Zehntel des Stroms.
Warum nicht einfach 1 kΩ / 2 kΩ?
Das ist die Kombination, die man im Netz am häufigsten findet. Sie ergibt:
5 V · 2 / 3 = 3.33 V
Also minimal über den erlaubten 3.3 V. In der Praxis geht das meist gut, weil die 5 V selten exakt 5 V sind und der Zuschlag bis 3.6 V Luft lässt — aber es ist ohne Reserve gerechnet.
2.2 kΩ / 3.3 kΩ kostet keinen Rappen mehr, liefert glatte 3.0 V und lässt auf beiden Seiten Spielraum. Nimm diese Werte.
Was der Teiler nicht kann
Drei Einschränkungen, die du kennen solltest:
- Er wirkt nur in eine Richtung. Der Teiler senkt ein eingehendes Signal. Er hilft nicht, wenn der ESP32 senden soll und die Gegenstelle 5 V erwartet. (Meist braucht es das auch nicht — siehe die Tabelle in der letzten Lektion.)
- Er kostet Geschwindigkeit. Zusammen mit der unvermeidlichen Kapazität der Leitung wird der Teiler träge. Für Taster, langsame Sensoren und Signale bis in den Bereich einiger zehn Kilohertz ist das egal. Für schnelle Busse ist es das nicht.
- Er passt nicht zu allen Bussen. Bei I²C etwa arbeiten die Teilnehmer mit einer besonderen Ausgangsschaltung, bei der ein Spannungsteiler die Sache eher verschlimmert. Dafür gibt es fertige Pegelwandler-Bausteine — Thema des Aufbaukurses.
Die Entscheidung in einem Bild
Was du bei jedem Signal von aussen tun solltest:
| Signalspannung | was du tust |
|---|---|
| 3.3 V | direkt an den Pin, kein Bauteil nötig |
| 5 V | Spannungsteiler, 2.2 kΩ / 3.3 kΩ |
| höher oder unbekannt | nichts anschliessen, bevor du gemessen hast |
Alles über 5 V gehört ohnehin nicht direkt an einen Mikrocontroller.
Diese drei Zeilen sind das praktische Ergebnis des ganzen Kurses. Wenn du sie dir angewöhnst, hast du die häufigste Art, einen ESP32 zu zerstören, hinter dir gelassen.
Im Aufbaukurs
Pegelwandler mit MOSFET für bidirektionale Leitungen, fertige Level-Shifter-Bausteine, Open-Drain und warum I²C seine eigenen Pull-up-Regeln hat. Ausserdem: Optokoppler zur galvanischen Trennung, wenn die beiden Seiten nicht einmal eine gemeinsame Masse haben dürfen.
Kurze Selbstkontrolle
Zählt nicht — nur zum Prüfen, ob es angekommen ist.
1.Ein Teiler aus 2.2 kΩ und 3.3 kΩ senkt 5 V auf 3.0 V. Warum ist dieser Wert gut gewählt?
2.Ein Sensor sendet mit 5 V an einen ESP32-Eingang. Was tust du?