Ein Widerstand ist ein zweipoliges passives elektrisches Bauelement zur Realisierung eines ohmschen Widerstandes in elektrischen und elektronischen Schaltungen.
Gruppen der elektrische Widerstände
Elektrische Widerstände als Bauelement lassen sich nach verschiedenen Kriterien gruppieren. Hierzu gehören:
- Bauform
- Leistung
- Widerstandsmaterial
Bauformen
Widerstände kommen am häufigsten in Integrierten Schaltkreisen vor. Dickschicht- und Dünnschicht-Schaltkreise enthalten oft ganze Widerstands-Netzwerke als spezielle Schaltungsteile. In einer monolithischen integrierten Schaltung (Basismaterial einkristallines Silizium) ist die Wahl der Widerstands-Materialien sehr eingeschränkt. Meistens wird ein besonders beschalteter Transistor als Widerstands-Ersatz verwendet, da „echte“ Widerstände im Layout mehr Fläche benötigen. Ansonsten wird polymorphes Silizium verwendet.
Die bekannteste Widerstands-Bauform ist jedoch der zylindrische keramische Träger mit axialen Anschlüssen. Diese Anschlüsse werden durch Löcher in Platinen geführt und auf der Rückseite verlötet. Der keramische Träger ist mit dem Widerstandsmaterial beschichtet, das entweder durch seine Zusammensetzung oder durch Einkerbungen seinen gewünschten Widerstandswert erhält. Die maximale Verlustleistung liegt zwischen 0,1 W und 5 W.
Die axiale Bauform mit quadratischem Querschnitt (siehe zweites Foto, erster von oben) beinhaltet meist einen Drahtwiderstand, und ist mit Quarzsand gefüllt. Diese Widerstände sind für höhere Verlustleistungen ausgelegt.
Wie von allen Bauelementen der Elektrotechnik werden auch SMD-Versionen von Widerständen hergestellt, diese treten als kleine Quader mit beispielsweise 1·2·0,5 mm Kantenlänge in Erscheinung, die an den beiden kleinsten Flächen Metallplättchen als Kontakte haben. Diese werden durch Löten direkt mit einer Platine verbunden (Oberflächenmontage).
Die verschiedenen Materialien der Widerstandsschichten werden nach der gewünschten Genauigkeit (Toleranz) und der Temperaturstabilität ausgewählt. Kohleschichten haben einen negativen Temperaturkoeffizienten und sind sehr ungenau. Metallschichtwiderstände lassen sich mit höchsten Genauigkeiten und abhängig von der Legierung mit sehr geringen Temperaturkoeffizienten fertigen. Metalle haben im allgemeinen einen positiven Temperaturkoeffizienten. Metallschichtwiderstände werden auch als Sicherungswiderstände gefertigt - diese erzeugen bei Überlastung eine sichere Unterbrechung.
Für sehr hohe Widerstandswerte werden Metalloxid-Schichtwiderstände gefertigt. Diese sind besonders stabil gegenüber Migrationsprozessen bei hohen Spannungen.
Sehr kleine, hoch belastbare Widerstände (z.B. Shunts und Bremswiderstände für hohe Energieabsorption) werden aus Metallfolie (Manganin) gefertigt. Werden diese Widerstände zur Strommessung eingesetzt (Shunts), haben sie oft sog. Kelvin-Anschlüsse d.h. zwei zusätzliche Anschlüsse, um den Messfehler durch den Spannungsabfall an der Kontaktierung zu vermeiden.
Elektrische Widerstände gibt es als fertige elektronische Bauelemente in den folgenden Bauformen:
- Schichtwiderstand
- Kohleschichtwiderstand
- Metallschichtwiderstand
- Metalloxid-Schichtwiderstand
- Folienwiderstand (planar)
- Bremswiderstand
- Shunt-Widerstand (Stangenform, Blech oder Folie)
- Massewiderstand
- Drahtwiderstand
- Potentiometer (Veränderbarer Widerstand)
Codierung der Widerstandswerte
Farbcodierung
Der Widerstandswert ist üblicherweise durch Farbringe codiert oder als Zahlenwert aufgedruckt. Die Farben entsprechen dabei folgenden Werten:
| colspan="6" align="center" Vorlage:Highlight2 | Farbcodierung von Widerständen mit 4 Ringen | ||||
| rowspan="2" align="center" Vorlage:Highlight4 | Farbe | colspan="3" align="center" Vorlage:Highlight4 | Widerstandswert in Ω | colspan="1" align="center" Vorlage:Highlight4 | Toleranz | ||
| align="center" Vorlage:Highlight4 | 1. Ring | align="center" Vorlage:Highlight4 | 2. Ring | align="center" Vorlage:Highlight4 | 3. Ring = Multiplikator | align="center" Vorlage:Highlight4 | 4. Ring | |
| schwarz | 0 | 0 | 1·100 = 1 | |
| braun | 1 | 1 | 1·101 = 10 | 1 % |
| rot | 2 | 2 | 1·102 = 100 | 2 % |
| orange | 3 | 3 | 1·103 = 1.000 | |
| gelb | 4 | 4 | 1·104 = 10.000 | |
| grün | 5 | 5 | 1·105 = 100.000 | 0,5 % |
| blau | 6 | 6 | 1·106 = 1.000.000 | 0,25 % |
| violett | 7 | 7 | 1·107 = 10.000.000 | 0,1 % |
| grau | 8 | 8 | 1·108 = 100.000.000 | |
| weiß | 9 | 9 | 1·109 = 1.000.000.000 | |
| silber | 1·10-2 = 0,01 | 10 % | ||
| gold | 1·10-1 = 0,1 | 5 % | ||
| „keine“ | 20 % |
Beispiele
Ein Widerstand mit den Farbringen gelb–violett–rot–braun hat die Wertefolge: 4–7–1·102–Toleranz 1 % – daraus ergibt sich für den Widerstand ein Wert von 4,7 kΩ (mögliche Fertigungstoleranz von 4,6765 bis 4,7235 kΩ).
Widerstände hoher Genauigkeit (Metallschichtwiderstände) haben meist 5 Ringe, also noch einen weiteren Zahlring an dritter Stelle. Auch hierfür ein Beispiel:
grün–braun–braun–rot–braun bedeutet 5–1–1–1·102–Toleranz 1 % – daraus ergibt sich ein Wert von 51,1 kΩ.
Die Nennwerte von Widerständen werden nach geometrischen Folgen abgestuft. Dabei weist jede Dekade die gleiche Anzahl n verschiedener, mit dem Faktor q = 10(1/n) abgestufter Werte auf. International gültig sind die mit n = 3·2a (a ist ganzahlig) abgestuften E-Reihen. Widerstände werden nicht in beliebigen Werten hergestellt: je nach Toleranz haben sie Werte aus der E12- (10 %), E24- (5 %), E48- (2 %) oder E96-Reihe (1 %).
Beispielsweise sind die Werte der Toleranzreihe E12 = {10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82}. Die Werte sind so gewählt, dass sich die Toleranzbereiche überlappen und sich somit eine minimale Anzahl von Lagerwerten ergibt.
SMD-Widerstände
SMD-Widerstände sind Miniaturwiderstände für das direkte Verlöten auf der Leiterplattenoberfläche. Durch geringe Abmessungen ermöglichen Sie den Bau kompakter Geräte.
SMD Bauelemente sind in verschiedenen Bauformen handelsüblich:
- 1206, 0805, 0603
Dabei geben die ersten beiden Ziffern die Länge und die letzten beiden Ziffern die Breite des Bauteils in 0,01 Zoll (= 0,254 mm) an.
- Bauteil 0805 → Länge: 08·0,254 mm = 2,032 mm, Breite: 05·0,254 mm = 1,27 mm
SMD-Widerständen der Toleranzklasse 5 % sind 3 Zahlen aufgestempelt. Die ersten 2 Zahlen geben den Widerstandswert an; die dritte Zahl die Anzahl der angehängten Nullen.
- 472 = 47 + 2 Nullen = 4700 Ω = 4,7 kΩ
- 104 = 10 + 4 Nullen = 100.000 Ω = 100 kΩ
- 101 = 10 + 1 Null = 100 Ω
SMD-Widerständen der Toleranzklasse 1 % weisen einen vierzahlenigen Aufdruck auf. Dabei geben die ersten 3 Zahlen den Widerstandswert an, die vierte Zahl die Anzahl der angehängten Nullen.
- 1002 = 100 + 2 Nullen = 10.000 = 10 kΩ
- 1003 = 100 + 3 Nullen = 100.000 = 100 kΩ
Für sehr kleine Widerstandswerte wird der Buchstabe 'R' als Komma verwendet.
- 10R = 10 Ω
- 1R5 = 1,5 Ω
- R005 = 0,005 Ω = 5 mΩ
Weiterfürende Artikel zu SMD-Widerständen: Metal Electrode Faces, Chip-Bauform
Siehe auch
Thermistoren
Thermistoren sind Widerstände mit einer gezielt ausgeprägten Temperaturabhängigkeit. Man unterscheidet zwischen:
- PTC -Widerständen (positver Temperaturkoeffizient), deren Widerstand mit steigender Temperatur steigt (Kaltleiter)
- NTC-Widerständen (negativer Temperaturkoeffizient), deren Widerstand mit steigender Temperatur sinkt (Heißleiter)