Was ist ein Widerstand und welche Funktion hat er?

Widerstände gehören zu den am häufigsten verwendeten Elementen in der Elektronik. Dieser Name gehört schon lange nicht mehr in den engen Rahmen der Amateurfunk-Terminologie. Und für jeden, der sich auch nur ein bisschen für Elektronik interessiert, sollte der Begriff keine Verwirrung stiften.

 

Was ist ein Widerstand?

Die einfachste Definition besagt, dass ein Widerstand ein Element in einer elektrischen Schaltung ist, das dem durchfließenden Strom einen Widerstand entgegensetzt. Der Name des Elements stammt vom lateinischen Wort "resisto" - "widerstehen"; Funkamateure bezeichnen diesen Teil oft als "Widerstand".

Überlegen Sie, was Widerstände sind und wofür sie verwendet werden. Zur Beantwortung dieser Fragen muss man sich mit der physikalischen Bedeutung der Grundbegriffe der Elektrotechnik vertraut machen.

Zur Erklärung der Funktionsweise eines Widerstands kann eine Analogie zu Wasserrohren verwendet werden. Wenn wir den Wasserfluss im Rohr in irgendeiner Weise behindern (z. B. durch Verkleinerung des Durchmessers), erhöht sich der Innendruck. Durch die Beseitigung des Hindernisses wird der Druck reduziert. In der Elektrotechnik entspricht dieser Druck der Spannung - wenn wir den Stromfluss erschweren, erhöhen wir die Spannung im Stromkreis; wenn wir den Widerstand verringern, verringern wir auch die Spannung.

Durch Veränderung des Rohrdurchmessers können wir die Geschwindigkeit des Wasserflusses verändern; in elektrischen Schaltkreisen können wir durch Veränderung des Widerstands die Stärke des Stroms regulieren. Der Wert des Widerstands ist umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit des Elements.

Die Eigenschaften von Widerstandselementen können für die folgenden Zwecke genutzt werden:

• Umwandlung von Strom in Spannung und umgekehrt;
• Begrenzung des Stromflusses, um einen bestimmten Stromwert zu erreichen;
• Erstellung von Spannungsteilern (z. B. in Messgeräten);
• Andere spezielle Anwendungen (z. B. Reduzierung von Funkstörungen).

Im folgenden Beispiel wird erklärt, was ein Widerstand ist und wofür er verwendet wird. Die bekannte LED leuchtet bei geringen Strömen, aber ihr Eigenwiderstand ist so gering, dass der Strom, der durch sie fließt, die zulässigen Werte des Bauteils übersteigt, wenn die LED direkt in einen Stromkreis eingesetzt wird, selbst bei 5 V. Diese Belastung führt zum sofortigen Ausfall der LED. Deshalb wird ein Widerstand in die Schaltung eingebaut, der in diesem Fall den Strom auf einen bestimmten Wert begrenzt.

Alle Widerstandselemente sind passive Komponenten in elektrischen Schaltkreisen. Im Gegensatz zu aktiven Elementen geben sie keine Energie an das System ab, sondern verbrauchen sie nur.

Sobald Sie wissen, was Widerstände sind, müssen Sie sich mit ihrer Art, Bezeichnung und Kennzeichnung befassen.

Arten von Widerständen

Die Widerstandstypen lassen sich in die folgenden Kategorien einteilen:

1. Nicht einstellbar (konstant) - Draht, Verbundwerkstoff, Folie, Kohlenstoff, usw.
2. Einstellbar (variabel und trimmbar). Einstellbare Widerstände werden zum Einstellen elektrischer Schaltungen verwendet. Variable Widerstandselemente (Potentiometer) werden zur Einstellung der Signalpegel verwendet.

Eine eigene Gruppe bilden die Halbleiter-Widerstandselemente (Thermowiderstände, Fotowiderstände, Varistoren usw.).

Die Eigenschaften von Widerständen richten sich nach ihrem Verwendungszweck und werden zum Zeitpunkt der Herstellung festgelegt. Zu den wichtigsten Parametern gehören:

1. Nennwiderstand. Er ist die Haupteigenschaft des Elements und wird in Ohm (Ohm, kOhm, Mohm) gemessen.
2. Die Toleranz in Prozent des angegebenen Nennwiderstands. Bedeutet mögliche Abweichungen aufgrund der Herstellungstechnologie.
3. Verlustleistung - Die maximale Leistung, die ein Widerstand bei einer Langzeitbelastung abgeben kann.
4. Temperaturkoeffizient des Widerstands - ein Wert, der die relative Änderung des Widerstands eines Widerstands bei einer Temperaturänderung von 1°C angibt.
5. Grenzwert der Betriebsspannung (Stromstärke). Dies ist die maximale Spannung, bei der das Teil seine angegebenen Parameter beibehält.
6. Die Rauschcharakteristik ist der Grad der durch den Widerstand in das Signal eingebrachten Verzerrung.
7. Feuchtigkeits- und Temperaturbeständigkeit - die Höchstwerte von Feuchtigkeit und Temperatur, deren Überschreitung zum Ausfall des Bauteils führen kann.
8. Spannungsfaktor. Ein Wert, der die Abhängigkeit des Widerstands von der angelegten Spannung berücksichtigt.

Die Verwendung von Widerständen im Ultrahochfrequenzbereich führt zu zusätzlichen Eigenschaften wie parasitären Kapazitäten und Induktivitäten.

Halbleiterwiderstände

Sie sind Halbleiterbauelemente mit zwei Anschlüssen, deren elektrischer Widerstand von Umgebungsparametern wie Temperatur, Licht, Spannung usw. abhängt. Zur Herstellung solcher Teile werden mit Verunreinigungen dotierte Halbleitermaterialien verwendet, deren Art die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von äußeren Einflüssen bestimmt.

Es gibt die folgenden Arten von Halbleiter-Widerstandselementen:

1. Linearer Widerstand. Dieses aus niedrig legiertem Material hergestellte Element hat eine geringe Abhängigkeit des Widerstands von äußeren Einflüssen in einem breiten Spannungs- und Strombereich und wird am häufigsten bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet.
2. Ein Varistor ist ein Element, dessen Widerstand von der Stärke des elektrischen Feldes abhängt. Diese Eigenschaft des Varistors bestimmt seine Anwendung: zur Stabilisierung und Regelung der elektrischen Parameter von Geräten, zum Schutz vor Überspannung und für andere Zwecke.
3. Thermistor. Diese Art von nichtlinearem Widerstandselement hat die Fähigkeit, seinen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern. Es gibt zwei Arten von Thermistoren: einen Thermistor, dessen Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt, und einen Kaltleiter, dessen Widerstand mit der Temperatur zunimmt. Thermistoren werden dort eingesetzt, wo eine ständige Kontrolle des Temperaturverlaufs wichtig ist.
4. Fotoresistor. Der Widerstand dieser Vorrichtung ändert sich bei Lichteinfall und ist unabhängig von der angelegten Spannung. Bei der Herstellung werden Blei und Kadmium verwendet, was in einigen Ländern dazu geführt hat, dass diese Komponenten aus Umweltschutzgründen aus dem Verkehr gezogen wurden. Fotowiderstände stehen heute bei vergleichbaren Anwendungen an zweiter Stelle nach Fotodioden und Fototransistoren.
5. Dehnungsmessstreifen-Widerstände. Dieses Element ist so konzipiert, dass es seine Widerstandsfähigkeit in Abhängigkeit von der äußeren mechanischen Einwirkung (Verformung) ändern kann. Es wird in Knotenpunkten verwendet, die mechanische Bewegungen in elektrische Signale umwandeln.

Halbleiterelemente wie lineare Widerstände und Varistoren zeichnen sich durch eine geringe Abhängigkeit von äußeren Einflüssen aus. Bei Dehnungsmessstreifen, Thermistoren und Fotowiderständen ist die Abhängigkeit der Eigenschaften von Einflüssen stark ausgeprägt.

Halbleiterwiderstände werden in Schaltplänen durch intuitive Symbole gekennzeichnet.

Widerstand in einer Schaltung

In russischen Schaltkreisen werden Elemente mit konstantem Widerstand in der Regel durch ein weißes Rechteck dargestellt, manchmal mit dem Buchstaben R darüber. In ausländischen Systemen kann ein Widerstand durch ein "Zickzack"-Symbol mit einem ähnlichen Buchstaben R oben gekennzeichnet sein. Wenn ein Teilparameter für den Betrieb des Geräts wichtig ist, ist es üblich, ihn im Schaltplan anzugeben.

Die Leistung kann durch Balken in einem Rechteck angezeigt werden:

• 2W - 2 senkrechte Striche;
• 1W - 1 vertikaler Balken;
• 0,5W - 1 Schrägstrich;
• 0,25 W - eine schräge Linie;
• 0,125 W - zwei schräge Linien.

Es ist zulässig, die Leistung in römischen Ziffern auf dem Diagramm anzugeben.

Variable Widerstände sind mit einer zusätzlichen Linie oberhalb des Rechtecks mit einem Pfeil gekennzeichnet, der die Möglichkeit der Einstellung symbolisiert, und die Nummerierung der Klemmen kann in Zahlen angegeben werden.

Halbleiterwiderstände sind mit demselben weißen Rechteck gekennzeichnet, das jedoch durch einen Schrägstrich (außer bei Fotowiderständen) mit einer alphabetischen Angabe der Art der Steuerwirkung (U - für einen Varistor, P - für einen Dehnungsmessstreifen-Widerstand, t - für einen Thermistor) gekreuzt wird. Ein Fotowiderstand wird durch ein Rechteck in einem Kreis dargestellt, auf das zwei Pfeile zeigen, die das Licht symbolisieren.

Die Parameter des Widerstands hängen nicht von der Frequenz des Stromflusses ab, was bedeutet, dass dieses Element sowohl in Gleichstrom- als auch in Wechselstromkreisen (sowohl mit niedriger als auch mit hoher Frequenz) funktioniert. Eine Ausnahme bilden drahtgewickelte Widerstände, die von Natur aus induktiv sind und bei hohen und ultrahohen Frequenzen durch Strahlung Energie verlieren können.

Widerstände können parallel oder in Reihe geschaltet werden, je nach den Anforderungen an die Eigenschaften der Schaltung. Die Formeln zur Berechnung des Gesamtwiderstands für die verschiedenen Stromkreisverbindungen unterscheiden sich erheblich. Bei einer Reihenschaltung ist der Gesamtwiderstand gleich der einfachen Summe der Werte der Elemente im Stromkreis: R = R1 + R2 +... + Rn.

Bei einer Parallelschaltung werden zur Berechnung des Gesamtwiderstands die Werte der Kehrwerte der Elemente addiert. Daraus ergibt sich ein Wert, der auch der Kehrwert des Gesamtwerts ist: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.

Der Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Widerstände ist niedriger als der niedrigste.

Bewertungen

Es gibt Standard-Widerstandswerte für Widerstandselemente, die so genannten "Widerstands-Bewertungsreihen". Die Grundlage für die Erstellung dieser Zeile ist folgendermaßen: Der Abstand zwischen den Werten muss die Toleranz (Fehler) übersteigen. Beispiel: Wenn ein Element einen Nennwert von 100 Ohm hat und die Toleranz 10 % beträgt, ist der nächste Wert in der Reihe 120 Ohm. Durch diesen Schritt werden unnötige Werte vermieden, da die benachbarten Bewertungen zusammen mit der Fehlervariation praktisch den gesamten Wertebereich zwischen ihnen abdecken.

Die verfügbaren Widerstände sind in Serien mit unterschiedlichen Toleranzen gruppiert. Jede Serie hat ihren eigenen Nennbereich.

Die Unterschiede zwischen den Serien sind:

• E 6 - 20% Toleranz;
• E 12 - 10% Toleranz;
• E 24 - Toleranz 5% (manchmal 2%);
• E 48 - Toleranz von 2%;
• E 96 - Toleranz 1%;
• E 192 - Toleranz 0,5 % (kann 0,25 %, 0,1 % und weniger betragen).

Die gängigste Serie E 24 umfasst 24 Widerstandswerte.

Kennzeichnung

Die Größe eines Widerstandselements steht in direktem Zusammenhang mit seiner Verlustleistung; je höher diese ist, desto größer sind die Abmessungen des Bauteils. Während sich jeder Zahlenwert auf Schaltkreisen leicht angeben lässt, kann die Kennzeichnung von Produkten schwierig sein. Der Trend zur Miniaturisierung in der Elektronikfertigung führt dazu, dass die Bauteile immer kleiner werden, was sowohl das Anbringen als auch das Ablesen von Informationen auf dem Gehäuse erschwert.

Zur leichteren Identifizierung von Widerständen wird in der russischen Industrie die alphanumerische Kennzeichnung verwendet. Widerstände werden wie folgt gekennzeichnet: Der Nennwert wird durch Ziffern angegeben, und ein Buchstabe steht entweder hinter den Ziffern (bei Dezimalwerten) oder vor ihnen (bei Hunderterwerten). Wenn der Nennwert weniger als 999 Ohm beträgt, wird die Zahl ohne einen Buchstaben gedruckt (oder sie kann entweder R oder E lauten). Wird der Wert in kOhm angegeben, so wird der Buchstabe K hinter die Zahl gesetzt, und der Buchstabe M entspricht dem Wert in Mohm.

US-Widerstände sind mit drei Ziffern gekennzeichnet. Die ersten beiden geben die Stückelung an, die dritte die Anzahl der Nullen (Zehner), die dem Wert hinzugefügt werden.

Bei der Roboterfertigung elektronischer Baugruppen befinden sich die aufgedruckten Symbole häufig auf der der Leiterplatte zugewandten Seite des Bauteils, was das Lesen der Informationen unmöglich macht.

Farbkodierung

Um sicherzustellen, dass die Informationen auf allen Seiten lesbar sind, wird eine Farbcodierung verwendet - mit kreisförmigen Farbstreifen. Jede Farbe hat ihren eigenen numerischen Wert. Die Streifen auf den Teilen sind näher an einem der Stifte angebracht und werden von links nach rechts gelesen. Wenn es aufgrund der geringen Größe des Bauteils nicht möglich ist, die Farbmarkierungen auf eine Klemme zu verschieben, ist der erste Streifen doppelt so breit wie die anderen Streifen.

Teile mit einer Toleranz von 20 % werden mit drei Linien gekennzeichnet, für 5-10 % Toleranz werden 4 Linien verwendet. Die genauesten Widerstände sind mit 5 bis 6 Zeilen beschriftet, von denen die ersten beiden der Nennleistung des Bauteils entsprechen. Wenn die Bänder 4 sind, gibt die dritte Zeile den Dezimalmultiplikator für die ersten beiden Bänder an, die vierte Zeile die Genauigkeit. Wenn die Balken 5 sind, gibt der dritte die dritte Stelle der Bewertung an, der vierte den Dezimalpunkt (Anzahl der Nullen) und der fünfte die Genauigkeit. Die sechste Zeile gibt den Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) an.

Bei der Vier-Streifen-Kennzeichnung stehen die goldenen oder silbernen Streifen immer an letzter Stelle.

Alle Markierungen sehen kompliziert aus, aber die Fähigkeit, eine Markierung schnell zu lesen, kommt mit der Erfahrung.

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