Widerstand - Resistor

Widerstand

Eine Reihe von axialen Leitungswiderständen
Typ	Passiv
Arbeitsprinzip	Elektrischer Widerstand
Elektronisches Symbol
Zwei gängige schematische Symbole

Axial- Leitungswiderstände auf Band. Bei der Montage wird das Bauteil aus dem Band geschnitten und das Teil in die Platine eingelegt.

Größenvergleich von Axialleiterwiderständen.

Ein Widerstand ist eine passive elektrische Komponente mit zwei Anschlüssen , die einen elektrischen Widerstand als Schaltungselement implementiert . In elektronischen Schaltungen werden Widerstände verwendet, um unter anderem den Stromfluss zu reduzieren, Signalpegel anzupassen, Spannungen zu teilen , aktive Elemente vorzuspannen und Übertragungsleitungen abzuschließen. Hochleistungswiderstände, die viele Watt elektrischer Leistung als Wärme abführen können, können als Teil von Motorsteuerungen, in Stromverteilungssystemen oder als Prüflasten für Generatoren verwendet werden . Festwiderstände haben Widerstände, die sich mit Temperatur, Zeit oder Betriebsspannung nur geringfügig ändern. Variable Widerstände können verwendet werden, um Schaltungselemente (wie einen Lautstärkeregler oder einen Lampendimmer) oder als Sensoren für Wärme, Licht, Feuchtigkeit, Kraft oder chemische Aktivität einzustellen.

Widerstände sind übliche Elemente von elektrischen Netzwerken und elektronischen Schaltungen und in elektronischen Geräten allgegenwärtig . Praktische Widerstände als diskrete Komponenten können aus verschiedenen Verbindungen und Formen bestehen. Widerstände werden auch in integrierten Schaltungen implementiert .

Die elektrische Funktion eines Widerstandes wird durch seinen Widerstand bestimmt: Handelsübliche Widerstände werden in einem Bereich von mehr als neun Größenordnungen hergestellt . Der Nennwert des Widerstandes liegt innerhalb der auf dem Bauteil angegebenen Fertigungstoleranz .

Elektronische Symbole und Notation

Zwei typische Schaltplansymbole sind wie folgt:

• 

  (a) Widerstand, (b) Rheostat (variabler Widerstand) und (c) Potentiometer

• 

  IEC- Widerstandssymbol

Die Schreibweise zur Angabe des Widerstandswerts in einem Schaltplan variiert.

Ein gängiges Schema ist der RKM-Code nach IEC 60062 . Es vermeidet die Verwendung eines Dezimaltrennzeichens und ersetzt das Dezimaltrennzeichen durch einen Buchstaben, der lose mit SI-Präfixen verbunden ist, die dem Widerstand des Teils entsprechen. Zum Beispiel 8K2 als Teil Codemarkierung , in einem Schaltplan oder in einer Stückliste (BOM) einen Widerstandswert von 8,2 kOhm. Zusätzliche Nullen bedeuten eine engere Toleranz, beispielsweise 15M0 für drei signifikante Stellen. Wenn der Wert ohne Präfix ausgedrückt werden kann (d. h. Multiplikator 1), wird ein "R" anstelle des Dezimaltrennzeichens verwendet. Zum Beispiel 1R2 gibt 1,2 Ω und 18R zeigt an 18 Ω.

Theorie der Arbeitsweise

Die hydraulische Analogie vergleicht elektrischen Strom, der durch Kreisläufe fließt, mit Wasser, das durch Rohre fließt. Wenn ein Rohr (links) mit Haaren (rechts) verstopft ist, ist ein größerer Druck erforderlich, um den gleichen Wasserfluss zu erreichen. Das Drücken von elektrischem Strom durch einen großen Widerstand ist wie das Drücken von Wasser durch ein mit Haaren verstopftes Rohr: Es erfordert einen größeren Stoß ( Spannung ), um denselben Fluss ( elektrischen Strom ) zu erzeugen .

Ohm'sches Gesetz

Das Verhalten eines idealen Widerstands wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben :

${\displaystyle V=I\cdot R.}$

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Spannung ( ) an einem Widerstand proportional zum durch ihn fließenden Strom ( ) ist, wobei die Proportionalitätskonstante der Widerstand ( ) ist. Wird zum Beispiel ein 300 Ohm Widerstand an den Klemmen einer 12 Volt Batterie angeschlossen, dann fließt ein Strom von 12 / 300 = 0,04 Ampere durch diesen Widerstand. ${\displaystyle V}$${\displaystyle I}$${\displaystyle R}$

In der Praxis weichen Widerstände vom idealen Verhalten des Ohmschen Gesetzes ab. Sie haben beispielsweise Induktivität und Kapazität , die das Verhältnis zwischen Spannung und Strom in Wechselstromkreisen beeinflussen .

Das Ohm (Symbol: Ω ) ist die SI- Einheit des elektrischen Widerstands , benannt nach Georg Simon Ohm . Ein Ohm entspricht einem Volt pro Ampere . Da Widerstände über einen sehr großen Wertebereich spezifiziert und hergestellt werden, sind die abgeleiteten Einheiten Milliohm (1 mΩ = 10 ⁻³ ), Kiloohm (1 kΩ = 10 ³ Ω) und Megaohm (1 MΩ = 10 ⁶ Ω) auch im allgemeinen gebrauch.

Reihen- und Parallelwiderstände

Der Gesamtwiderstand von in Reihe geschalteten Widerständen ist die Summe ihrer einzelnen Widerstandswerte.

${\displaystyle R_{\mathrm {eq}}=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}.}$

Der Gesamtwiderstand parallel geschalteter Widerstände ist der Kehrwert der Summe der Kehrwerte der einzelnen Widerstände.

${\displaystyle {\frac {1}{R_{\mathrm {eq}}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\ cdots +{\frac {1}{R_{n}}}.}$

Ein parallel geschalteter 10-Ohm-Widerstand mit einem 5-Ohm-Widerstand und einem 15-Ohm-Widerstand erzeugt beispielsweise 1/1/10 + 1/5 + 1/15 Ohm Widerstand oder 30/11 = 2,727 Ohm.

Ein Widerstandsnetzwerk, das eine Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung ist, kann in kleinere Teile zerlegt werden, die entweder das eine oder das andere sind. Einige komplexe Widerstandsnetzwerke können auf diese Weise nicht aufgelöst werden, was eine ausgefeiltere Schaltungsanalyse erfordert. Im Allgemeinen können die Y-Δ-Transformation oder Matrixverfahren verwendet werden, um solche Probleme zu lösen.

Energieverschwendung

Zu jedem Zeitpunkt wird die von einem Widerstand mit dem Widerstand R (Ohm ) verbrauchte Leistung P (Watt) wie folgt berechnet: wobei V (Volt) die Spannung am Widerstand und I (Ampere) der durch ihn fließende Strom ist. Mit dem Ohmschen Gesetz können die beiden anderen Formen abgeleitet werden. Diese Leistung wird in Wärme umgewandelt, die vom Gehäuse des Widerstands abgeführt werden muss, bevor seine Temperatur übermäßig ansteigt. ${\displaystyle P=I^{2}R=IV={\frac {V^{2}}{R}}}$

Widerstände werden nach ihrer maximalen Verlustleistung bewertet. Diskrete Widerstände in elektronischen Festkörpersystemen haben normalerweise eine Nennleistung von 1/10, 1/8 oder 1/4 Watt. Sie absorbieren normalerweise viel weniger als ein Watt an elektrischer Leistung und erfordern wenig Aufmerksamkeit auf ihre Nennleistung.

Ein Leistungswiderstand im Aluminiumgehäuse mit einer Verlustleistung von 50 W bei Montage auf einem Kühlkörper

Widerstände, die zum Ableiten erheblicher Energiemengen erforderlich sind und insbesondere in Stromversorgungen, Stromwandlerschaltungen und Leistungsverstärkern verwendet werden, werden im Allgemeinen als Leistungswiderstände bezeichnet ; Diese Bezeichnung wird lose auf Widerstände mit einer Nennleistung von 1 Watt oder mehr angewendet. Leistungswiderstände sind physikalisch größer und verwenden möglicherweise nicht die unten beschriebenen bevorzugten Werte, Farbcodes und externen Gehäuse.

Wenn die durchschnittliche Verlustleistung eines Widerstands seine Nennleistung übersteigt, kann der Widerstand beschädigt werden, wodurch sein Widerstandswert dauerhaft verändert wird; dies unterscheidet sich von der reversiblen Widerstandsänderung aufgrund seines Temperaturkoeffizienten bei Erwärmung. Eine übermäßige Verlustleistung kann die Temperatur des Widerstands bis zu einem Punkt erhöhen, an dem er die Leiterplatte oder angrenzende Komponenten verbrennen oder sogar einen Brand verursachen kann. Es gibt druckfeste Widerstände, die versagen (offener Stromkreis), bevor sie gefährlich überhitzen.

Da eine schlechte Luftzirkulation, große Höhen oder hohe Betriebstemperaturen auftreten können, können Widerstände mit einer höheren Nennverlustleistung spezifiziert werden, als dies im Betrieb der Fall ist.

Alle Widerstände haben eine maximale Nennspannung; dies kann die Verlustleistung für höhere Widerstandswerte begrenzen. Zum Beispiel ist unter 1/4-Watt-Widerständen (eine sehr gebräuchliche Art von bedrahteten Widerständen) einer mit einem Widerstand von 100 MΩ und einer maximalen Nennspannung von 750 V aufgeführt. Allerdings würde selbst das kontinuierliche Anlegen von 750 V über einen 100-MΩ-Widerstand nur zu einer Verlustleistung von weniger als 6 mW führen, was die Nennleistung von 1/4 Watt bedeutungslos macht.

VZR Leistungswiderstand 1,5kΩ 12W, hergestellt 1963 in der Sowjetunion

Nichtideale Eigenschaften

Praktische Widerstände haben eine Reihe Induktivität und eine kleine parallele Kapazität ; Diese Spezifikationen können bei Hochfrequenzanwendungen wichtig sein. In einem rauscharmen Verstärker oder Vorverstärker können die Rauscheigenschaften eines Widerstands ein Problem sein.

Der Temperaturkoeffizient des Widerstands kann bei einigen Präzisionsanwendungen ebenfalls von Bedeutung sein.

Die unerwünschte Induktivität, das übermäßige Rauschen und der Temperaturkoeffizient hängen hauptsächlich von der Technologie ab, die bei der Herstellung des Widerstands verwendet wird. Sie werden normalerweise nicht einzeln für eine bestimmte Widerstandsfamilie spezifiziert, die unter Verwendung einer bestimmten Technologie hergestellt wird. Eine Familie von diskreten Widerständen wird auch durch ihren Formfaktor charakterisiert, d. h. die Größe des Geräts und die Position seiner Leitungen (oder Anschlüsse), die für die praktische Herstellung von Schaltungen, die sie verwenden, relevant sind.

Praktische Widerstände werden auch als mit einer maximalen spezifizierten Leistungsbewertung , die die erwarteten Verlustleistung des Widerstands in einer bestimmten Schaltung nicht überschreiten: dies vor allem von Bedeutung ist in der Leistungselektronik - Anwendungen. Widerstände mit höheren Nennleistungen sind physikalisch größer und erfordern möglicherweise Kühlkörper . In einem Hochspannungskreis muss manchmal auf die maximale Nennarbeitsspannung des Widerstands geachtet werden. Obwohl es für einen bestimmten Widerstand keine Mindestarbeitsspannung gibt, kann die Nichtberücksichtigung der maximalen Nennleistung eines Widerstands dazu führen, dass der Widerstand verbrennt, wenn Strom durch ihn fließt.

Festwiderstände

Ein Single-In-Line (SIL)-Widerstandspaket mit 8 einzelnen 47-Ohm-Widerständen. Dieses Paket wird auch als SIP-9 bezeichnet. Ein Ende jedes Widerstands ist mit einem separaten Pin verbunden und die anderen Enden sind alle zusammen mit dem verbleibenden (gemeinsamen) Pin verbunden – Pin 1, am Ende, das durch den weißen Punkt gekennzeichnet ist.

Lead-Arrangements

Axialwiderstände mit Litzen für Durchgangsmontage

Durchgangsloch - Komponenten haben typischerweise „führt“ (ausgesprochen / l í d z / ) verlassen den Körper „axial“, die auf einer Linie parallel ist, mit der längsten Achse des Teils. Andere haben stattdessen Leads, die "radial" von ihrem Körper kommen. Andere Komponenten können SMT (Surface Mount Technology) sein, während bei Hochleistungswiderständen eine ihrer Leitungen in den Kühlkörper integriert sein kann .

Kohlenstoffzusammensetzung

Old Style "Dog Bone" Widerstände mit "Body, Tip, Dot" Farbcode-Markierung .

Drei Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung in einem Radio mit Ventil (Vakuumröhre) aus den 1960er Jahren

Kohlenstoffzusammensetzungswiderstände (CCR) bestehen aus einem massiven zylindrischen Widerstandselement mit eingebetteten Drahtleitungen oder Metallendkappen, an denen die Anschlussdrähte befestigt sind. Der Körper des Widerstands ist mit Farbe oder Kunststoff geschützt. Kohlenstoffzusammensetzungswiderstände des frühen 20. Jahrhunderts hatten nicht isolierte Körper; die Zuleitungsdrähte wurden um die Enden des Widerstandsstabs gewickelt und verlötet. Der fertige Widerstand wurde zur Farbcodierung seines Wertes lackiert .

Das Widerstandselement besteht aus einer Mischung aus fein gepulvertem Kohlenstoff und einem isolierenden Material, normalerweise Keramik. Ein Harz hält die Mischung zusammen. Der Widerstand wird durch das Verhältnis des Füllmaterials (der pulverförmigen Keramik) zum Kohlenstoff bestimmt. Höhere Konzentrationen von Kohlenstoff, der ein guter Leiter ist, führen zu einem geringeren Widerstand. Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung wurden in den 1960er Jahren und früher häufig verwendet, sind jedoch heute nicht mehr für den allgemeinen Gebrauch beliebt, da andere Typen bessere Spezifikationen wie Toleranz, Spannungsabhängigkeit und Belastung aufweisen. Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung ändern ihren Wert, wenn sie mit Überspannungen belastet werden. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Inneren durch Einwirkung einer feuchten Umgebung über einen längeren Zeitraum signifikant ist, führt die Lötwärme außerdem zu einer nicht reversiblen Änderung des Widerstandswerts. Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung weisen eine schlechte Stabilität im Laufe der Zeit auf und wurden folglich werksseitig auf bestenfalls nur 5% Toleranz sortiert. Diese Widerstände sind nicht induktiv, was Vorteile bei der Verwendung in Spannungsimpulsreduzierungs- und Überspannungsschutzanwendungen bietet. Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung haben eine höhere Überlastfähigkeit im Verhältnis zur Größe der Komponente.

Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung sind noch verfügbar, aber relativ teuer. Die Werte reichten von Bruchteilen eines Ohms bis zu 22 Megaohm. Aufgrund ihres hohen Preises werden diese Widerstände in den meisten Anwendungen nicht mehr verwendet. Sie werden jedoch in Stromversorgungen und Schweißsteuerungen verwendet. Sie sind auch bei der Reparatur von Vintage-Elektronikgeräten gefragt, bei denen es auf Authentizität ankommt.

Kohlestapel

Ein Kohlepfahlwiderstand besteht aus einem Stapel von Kohlescheiben, die zwischen zwei Metallkontaktplatten komprimiert sind. Durch Einstellen des Spanndrucks ändert sich der Widerstand zwischen den Platten. Diese Widerstände werden verwendet, wenn eine einstellbare Last erforderlich ist, beispielsweise beim Testen von Autobatterien oder Funksendern. Ein Kohlepfahlwiderstand kann auch als Drehzahlregler für Kleinmotoren in Haushaltsgeräten (Nähmaschinen, Handmixer) mit Leistungen bis zu einigen hundert Watt eingesetzt werden. Ein Kohlepfahlwiderstand kann in automatische Spannungsregler für Generatoren eingebaut werden, wobei der Kohlepfahl den Feldstrom steuert, um eine relativ konstante Spannung aufrechtzuerhalten. Das Prinzip findet auch beim Kohlemikrofon Anwendung .

Kohlefolie

Kohleschichtwiderstand mit freiliegender Kohlespirale (Tesla TR-212 1 kΩ)

Auf einem isolierenden Substrat wird ein Kohlenstoffilm abgeschieden und eine Helix darin geschnitten, um einen langen, schmalen Widerstandspfad zu erzeugen. Unterschiedliche Formen in Verbindung mit dem spezifischen Widerstand von amorphem Kohlenstoff (im Bereich von 500 bis 800 μΩ m) können einen weiten Bereich von Widerstandswerten bereitstellen. Im Vergleich zur Kohlenstoffzusammensetzung zeichnen sie sich durch eine geringe Geräuschentwicklung durch die präzise Verteilung des reinen Graphits ohne Bindung aus. Kohleschichtwiderstände haben einen Leistungsbereich von 0,125 W bis 5 W bei 70 °C. Verfügbare Widerstände reichen von 1 Ohm bis 10 Megaohm. Der Kohleschichtwiderstand hat einen Betriebstemperaturbereich von −55 °C bis 155 °C. Es hat einen maximalen Arbeitsspannungsbereich von 200 bis 600 Volt. In Anwendungen, die eine hohe Pulsstabilität erfordern, werden spezielle Kohleschichtwiderstände eingesetzt.

Gedruckte Kohlewiderstände

Kohlewiderstände (schwarze Rechtecke) direkt auf die SMD-Pads einer Leiterplatte gedruckt. In einem Psion II Organizer aus dem Jahr 1989

Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzungen können als Teil des PCB-Herstellungsprozesses direkt auf Substrate von gedruckten Leiterplatten (PCB) gedruckt werden. Obwohl diese Technik bei Hybrid-Leiterplattenmodulen häufiger vorkommt, kann sie auch auf Standard-Glasfaser-Leiterplatten verwendet werden. Toleranzen sind typischerweise ziemlich groß und können in der Größenordnung von 30% liegen. Eine typische Anwendung wären unkritische Pull-Up-Widerstände .

Dicker und dünner Film

Lasergetrimmtes Präzisions-Dünnschichtwiderstandsnetzwerk von Fluke, verwendet im Keithley DMM7510 Multimeter. Keramikrückseite mit hermetisch versiegelter Glasabdeckung.

Dickschichtwiderstände wurden in den 1970er Jahren populär, und die meisten SMD- Widerstände (Surface Mount Device) gehören heute zu diesem Typ. Das Widerstandselement von Dickfilmen ist 1000-mal dicker als Dünnfilme, aber der Hauptunterschied besteht darin, wie der Film auf den Zylinder (axiale Widerstände) oder die Oberfläche (SMD-Widerstände) aufgebracht wird.

Dünnschichtwiderstände werden durch Sputtern (ein Verfahren der Vakuumabscheidung ) des Widerstandsmaterials auf ein isolierendes Substrat hergestellt. Die Folie wird dann ähnlich wie beim alten (subtraktiven) Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten geätzt; das heißt, die Oberfläche wird mit einem lichtempfindlichen Material beschichtet , dann mit einem Musterfilm bedeckt, mit ultraviolettem Licht bestrahlt und dann wird die belichtete lichtempfindliche Beschichtung entwickelt und der darunterliegende Dünnfilm wird weggeätzt.

Dickschichtwiderstände werden im Sieb- und Schablonendruckverfahren hergestellt.

Da die Zeit, während der das Sputtern durchgeführt wird, gesteuert werden kann, kann die Dicke des Dünnfilms genau gesteuert werden. Auch die Art des Materials ist meist unterschiedlich und besteht aus einem oder mehreren keramischen ( Cermet ) Leitern wie Tantalnitrid (TaN), Rutheniumoxid ( RuO .).
₂), Bleioxid (PbO), Wismutruthenat ( Bi
₂Ru
₂Ö
₇), Nickel-Chrom (NiCr) oder Wismut-Iridat ( Bi
₂Ir
₂Ö
₇).

Der Widerstand von Dünn- und Dickschichtwiderständen nach der Herstellung ist nicht sehr genau; Sie werden normalerweise durch Schleif- oder Lasertrimmen auf einen genauen Wert getrimmt . Dünnschichtwiderstände werden üblicherweise mit Toleranzen von 1 % und 5 % und mit Temperaturkoeffizienten von 5 bis 50 ppm/K spezifiziert . Sie haben auch einen viel niedrigeren Rauschpegel , der um das 10- bis 100-fache geringer ist als der von Dickschichtwiderständen. Dickschichtwiderstände können die gleichen leitfähigen Keramiken verwenden, sie werden jedoch mit gesintertem (pulverisiertem) Glas und einer Trägerflüssigkeit gemischt , damit der Verbund siebdruckbar ist . Dieser Verbund aus Glas und leitfähigem Keramikmaterial (Cermet) wird dann in einem Ofen bei etwa 850 °C geschmolzen (gebrannt).

Dickschichtwiderstände hatten bei ihrer ersten Herstellung Toleranzen von 5%, aber die Standardtoleranzen haben sich in den letzten Jahrzehnten auf 2% oder 1% verbessert. Die Temperaturkoeffizienten von Dickschichtwiderständen sind hoch, typischerweise ±200 oder ±250 ppm/K; eine Temperaturänderung von 40 Kelvin (70 °F) kann den Widerstand um 1 % ändern.

Dünnschichtwiderstände sind in der Regel weitaus teurer als Dickschichtwiderstände. Zum Beispiel sind SMD-Dünnschichtwiderstände mit 0,5% Toleranzen und mit 25 ppm/K Temperaturkoeffizienten, wenn sie in Rollenmengen in voller Größe gekauft werden, ungefähr doppelt so teuer wie 1%, 250 ppm/K Dickschichtwiderstände.

Metallfolie

Ein heute üblicher Typ von axial bedrahteten Widerständen ist der Metallschichtwiderstand. MELF- Widerstände (Metal Electrode Leadless Face ) verwenden oft dieselbe Technologie.

Metallschichtwiderstände werden normalerweise mit Nickel-Chrom (NiCr) beschichtet, können aber auch mit jedem der oben für Dünnschichtwiderstände aufgeführten Cermet-Materialien beschichtet werden. Im Gegensatz zu Dünnschichtwiderständen kann das Material mit anderen Techniken als Sputtern aufgebracht werden (obwohl dies eine der Techniken ist). Außerdem wird der Widerstandswert im Gegensatz zu Dünnschichtwiderständen eher durch Schneiden einer Helix durch die Beschichtung als durch Ätzen bestimmt. (Dies ähnelt der Herstellung von Kohlewiderständen.) Das Ergebnis ist eine vernünftige Toleranz (0,5%, 1% oder 2%) und ein Temperaturkoeffizient, der im Allgemeinen zwischen 50 und 100 ppm/K liegt. Metallschichtwiderstände besitzen aufgrund eines niedrigen Spannungskoeffizienten gute Rauscheigenschaften und eine geringe Nichtlinearität. Vorteilhaft sind auch die enge Toleranz, der niedrige Temperaturkoeffizient und die Langzeitstabilität.

Metalloxidfilm

Metalloxidschichtwiderstände bestehen aus Metalloxiden, was zu einer höheren Betriebstemperatur und einer größeren Stabilität und Zuverlässigkeit als Metallschichtwiderstände führt. Sie werden in Anwendungen mit hohen Daueranforderungen eingesetzt.

Draht gewickelt

Drahtgewickelte Hochleistungswiderstände zum dynamischen Bremsen eines elektrischen Eisenbahnwaggons. Solche Widerstände können über einen längeren Zeitraum viele Kilowatt verbrauchen.

Wicklungsarten in Drahtwiderständen:

1. gemeinsames
2. bifilar
3. üblich auf einem dünnen Former
4. Ayrton–Perry

Drahtgewickelte Widerstände werden üblicherweise hergestellt, indem ein Metalldraht, normalerweise Nichrom , um einen Keramik-, Kunststoff- oder Glasfaserkern gewickelt wird. Die Enden des Drahtes werden an zwei Kappen oder Ringe gelötet oder geschweißt, die an den Enden des Kerns befestigt sind. Die Baugruppe ist mit einer Lackschicht, geformtem Kunststoff oder einer bei hoher Temperatur eingebrannten Emaillebeschichtung geschützt . Diese Widerstände sind für ungewöhnlich hohe Temperaturen von bis zu 450 °C ausgelegt. Drahtanschlüsse in drahtgewickelten Widerständen mit geringer Leistung haben normalerweise einen Durchmesser von 0,6 bis 0,8 mm und sind verzinnt, um das Löten zu erleichtern. Für drahtgewickelte Widerstände mit höherer Leistung wird entweder ein Außengehäuse aus Keramik oder ein Außengehäuse aus Aluminium auf einer Isolierschicht verwendet – wenn das Außengehäuse aus Keramik besteht, werden solche Widerstände manchmal als „Zement“-Widerstände bezeichnet, obwohl sie tatsächlich keine enthalten traditioneller Zement . Die Typen mit Aluminiumgehäuse sind so konzipiert, dass sie an einem Kühlkörper befestigt werden, um die Wärme abzuleiten; die Nennleistung hängt von der Verwendung mit einem geeigneten Kühlkörper ab, zB überhitzt ein Widerstand mit einer Nennleistung von 50 W bei einem Bruchteil der Verlustleistung, wenn er nicht mit einem Kühlkörper verwendet wird. Große drahtgewickelte Widerstände können für 1.000 Watt oder mehr ausgelegt sein.

Da es sich bei drahtgewickelten Widerständen um Spulen handelt, weisen sie eine unerwünschtere Induktivität auf als andere Widerstandstypen, obwohl das Wickeln des Drahtes in Abschnitten mit abwechselnd umgekehrter Richtung die Induktivität minimieren kann. Andere Techniken verwenden eine bifilare Wicklung oder einen flachen dünnen Wickelkörper (um die Querschnittsfläche der Spule zu reduzieren). Für die anspruchsvollsten Schaltungen werden Widerstände mit Ayrton-Perry-Wicklung verwendet.

Die Anwendungen von drahtgewickelten Widerständen ähneln denen von Verbundwiderständen mit Ausnahme der Hochfrequenz. Das Hochfrequenzverhalten von drahtgewickelten Widerständen ist wesentlich schlechter als das eines zusammengesetzten Widerstands.

Folienwiderstand

Metallfolienwiderstand

1960 stellten Felix Zandman und Sidney J. Stein eine Entwicklung von Widerstandsfilmen mit sehr hoher Stabilität vor.

Das primäre Widerstandselement eines Folienwiderstands ist eine mehrere Mikrometer dicke Folie aus einer Chrom-Nickel-Legierung . Chrom-Nickel-Legierungen zeichnen sich durch einen großen elektrischen Widerstand (etwa das 58-fache von Kupfer), einen kleinen Temperaturkoeffizienten und eine hohe Oxidationsbeständigkeit aus. Beispiele sind Chromel A und Nichrome V, deren typische Zusammensetzung 80 Ni und 20 Cr ist, mit einem Schmelzpunkt von 1420 °C. Durch die Zugabe von Eisen wird die Chrom-Nickel-Legierung duktiler. Nichrome und Chromel C sind Beispiele für eine eisenhaltige Legierung. Die typische Zusammensetzung von Nichrom ist 60 Ni, 12 Cr, 26 Fe, 2 Mn und Chromel C, 64 Ni, 11 Cr, Fe 25. Die Schmelztemperatur dieser Legierungen beträgt 1350 °C bzw. 1390 °C.

Seit ihrer Einführung in den 1960er Jahren haben Folienwiderstände die beste Präzision und Stabilität aller verfügbaren Widerstände. Einer der wichtigsten Stabilitätsparameter ist der Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR). Der TCR von Folienwiderständen ist extrem niedrig und wurde im Laufe der Jahre weiter verbessert. Eine Reihe von Ultrapräzisions-Folienwiderständen bietet einen TCR von 0,14 ppm/°C, Toleranz ±0,005 %, Langzeitstabilität (1 Jahr) 25 ppm, (3 Jahre) 50 ppm (weitere Verbesserung um das 5-fache durch hermetische Abdichtung) , Stabilität unter Last (2000 Stunden) 0,03 %, thermische EMF 0,1 μV/°C, Rauschen −42 dB, Spannungskoeffizient 0,1 ppm/V, Induktivität 0,08 μH, Kapazität 0,5 pF.

Die thermische Stabilität dieses Widerstandstyps hat auch mit den gegenläufigen Effekten zu tun, dass der elektrische Widerstand des Metalls mit der Temperatur ansteigt und durch die thermische Ausdehnung verringert wird, was zu einer Zunahme der Dicke der Folie führt, deren andere Abmessungen durch ein keramisches Substrat eingeschränkt werden .

Amperemeter-Shunts

Ein Amperemeter-Shunt ist eine spezielle Art von Strommesswiderstand mit vier Anschlüssen und einem Wert in Milliohm oder sogar Mikroohm. Strommessgeräte allein können normalerweise nur begrenzte Ströme aufnehmen. Um hohe Ströme zu messen, fließt der Strom durch den Shunt, über den der Spannungsabfall gemessen und als Strom interpretiert wird. Ein typischer Shunt besteht aus zwei massiven Metallblöcken, manchmal aus Messing, die auf einem isolierenden Sockel montiert sind. Zwischen den Blöcken sind ein oder mehrere Streifen aus Manganin- Legierung mit niedrigem Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) und daran angelötet oder hartgelötet . Große Schrauben, die in die Blöcke eingeschraubt sind, stellen die Stromanschlüsse her, während viel kleinere Schrauben Voltmeteranschlüsse bereitstellen. Shunts werden nach dem vollen Strom bewertet und haben oft einen Spannungsabfall von 50 mV bei Nennstrom. Solche Messgeräte werden durch Verwendung eines entsprechend gekennzeichneten Zifferblatts an den vollen Shunt-Nennstrom angepasst; An den anderen Teilen des Zählers müssen keine Änderungen vorgenommen werden.

Gitterwiderstand

In Hochleistungs-Hochstromanwendungen in der Industrie ist ein Gitterwiderstand ein großes konvektionsgekühltes Gitter aus gestanzten Metalllegierungsbändern, die in Reihen zwischen zwei Elektroden verbunden sind. Solche Widerstände in Industriequalität können so groß wie ein Kühlschrank sein; Einige Designs können einen Strom von über 500 Ampere verarbeiten, mit einem Widerstandsbereich von weniger als 0,04 Ohm. Sie werden in Anwendungen wie dynamisches Bremsen und Lastbanking für Lokomotiven und Straßenbahnen, neutrale Erdung für industrielle AC-Verteilung, Steuerlasten für Kräne und schwere Geräte, Lasttests von Generatoren und Oberwellenfilterung für Umspannwerke verwendet.

Der Begriff Gitterwiderstand wird manchmal verwendet, um einen Widerstand jeglichen Typs zu beschreiben, der an das Steuergitter einer Vakuumröhre angeschlossen ist . Dies ist keine Widerstandstechnologie; es ist eine elektronische Schaltungstopologie.

Sondersorten

• Cermet
• Phenolisch
• Tantal
• Wasserwiderstand

Variable Widerstände

Einstellbare Widerstände

Ein Widerstand kann einen oder mehrere feste Abgriffspunkte haben, so dass der Widerstand geändert werden kann, indem die Anschlussdrähte an verschiedene Anschlüsse verlegt werden. Einige drahtgewickelte Leistungswiderstände haben einen Abgriffspunkt, der entlang des Widerstandselements gleiten kann, wodurch ein größerer oder kleinerer Teil des Widerstands verwendet werden kann.

Wenn eine kontinuierliche Einstellung des Widerstandswerts während des Betriebs von Geräten erforderlich ist, kann der verschiebbare Widerstandsabgriff mit einem für eine Bedienungsperson zugänglichen Drehknopf verbunden werden. Ein solches Gerät wird als Rheostat bezeichnet und hat zwei Anschlüsse.

Potentiometer

Typisches Potentiometer für Schalttafeleinbau

Zeichnung des Potentiometers mit aufgeschnittenem Gehäuse, die Teile zeigt: ( A ) Welle, ( B ) stationäres Widerstandselement aus Kohlenstoffzusammensetzung, ( C ) Phosphorbronze-Wischer, ( D ) Welle am Wischer befestigt, ( E, G ) Klemmen mit Enden von verbunden Widerstandselement, ( F ) Anschluss mit Schleifer verbunden.

Eine Auswahl kleiner Potentiometer zur Durchsteckmontage, die für die Montage auf Leiterplatten entwickelt wurden .

Ein Potentiometer (umgangssprachlich Pot ) ist ein dreipoliger Widerstand mit einem stufenlos einstellbaren Abgriffspunkt, der durch Drehung einer Welle oder eines Knopfes oder durch einen linearen Schieber gesteuert wird. Der Name Potentiometer kommt von seiner Funktion als einstellbarer Spannungsteiler zur Bereitstellung eines variablen Potentials an der mit der Entnahmestelle verbundenen Klemme. Die Lautstärkeregelung in einem Audiogerät ist eine häufige Anwendung eines Potentiometers. Ein typisches Potentiometer mit niedriger Leistung (siehe Zeichnung) besteht aus einem flachen Widerstandselement (B) aus Kohlenstoffzusammensetzung, Metallfilm oder leitfähigem Kunststoff mit einem federnden Phosphorbronze- Schleiferkontakt (C), der sich entlang der Oberfläche bewegt. Eine alternative Konstruktion ist ein auf eine Form gewickelter Widerstandsdraht, wobei der Schleifer axial entlang der Spule gleitet. Diese haben eine geringere Auflösung, da sich der Widerstand bei der Bewegung des Wischers in Schritten ändert, die dem Widerstand einer einzelnen Umdrehung entsprechen.

Hochauflösende Multiturn-Potentiometer werden in Präzisionsanwendungen eingesetzt. Diese weisen drahtgewickelte Widerstandselemente auf, die typischerweise auf einen spiralförmigen Dorn gewickelt sind, wobei sich der Schleifer beim Drehen des Reglers auf einer spiralförmigen Bahn bewegt und einen kontinuierlichen Kontakt mit dem Draht herstellt. Einige enthalten eine leitfähige Kunststoff-Widerstandsbeschichtung über dem Draht, um die Auflösung zu verbessern. Diese bieten in der Regel zehn Umdrehungen ihrer Wellen, um ihren gesamten Bereich abzudecken. Sie werden normalerweise mit Zifferblättern eingestellt, die einen einfachen Umdrehungszähler und ein graduiertes Zifferblatt umfassen, und können normalerweise eine dreistellige Auflösung erreichen. Elektronische Analogcomputer verwendeten sie in großen Mengen zum Einstellen von Koeffizienten, und Oszilloskope mit verzögerter Abtastung der letzten Jahrzehnte enthielten eines auf ihren Panels.

Widerstands-Dekadenboxen

Widerstands-Dekadebox, hergestellt in der ehemaligen DDR .

Eine Widerstandsdekadenbox oder eine Widerstandsersatzbox ist eine Einheit, die Widerstände mit vielen Werten enthält, mit einem oder mehreren mechanischen Schaltern, die es ermöglichen, einen der verschiedenen diskreten Widerstände der Box auszuwählen von Labor-/Kalibriergradgenauigkeit von 20 ppm bis hin zu Feldqualität bei 1%. Preiswerte Boxen mit geringerer Genauigkeit sind ebenfalls erhältlich. Alle Typen bieten eine komfortable Möglichkeit, einen Widerstand in Labor-, Versuchs- und Entwicklungsarbeit auszuwählen und schnell zu ändern, ohne Widerstände einzeln anbauen oder sogar jeden Wert lagern zu müssen. Der bereitgestellte Widerstandsbereich, die maximale Auflösung und die Genauigkeit zeichnen die Box aus. Eine Box bietet beispielsweise Widerstände von 0 bis 100 Megaohm, maximale Auflösung 0,1 Ohm, Genauigkeit 0,1%.

Sondergeräte

Es gibt verschiedene Geräte, deren Widerstand sich mit unterschiedlichen Größen ändert. Der Widerstand von NTC- Thermistoren weist einen stark negativen Temperaturkoeffizienten auf, was sie für die Temperaturmessung geeignet macht. Da ihr Widerstand groß sein kann, bis sie sich aufgrund des Stromflusses erwärmen können, werden sie auch häufig verwendet, um übermäßige Stromstöße beim Einschalten von Geräten zu verhindern . Ebenso variiert der Widerstand eines Humistors mit der Feuchtigkeit. Eine Art von Fotodetektor, der Fotowiderstand , hat einen Widerstandswert, der mit der Beleuchtung variiert.

Der Dehnungsmessstreifen , der 1938 von Edward E. Simmons und Arthur C. Ruge erfunden wurde , ist eine Art Widerstand, der seinen Wert mit der angelegten Dehnung ändert. Ein einzelner Widerstand kann verwendet werden oder ein Paar (Halbbrücke) oder vier Widerstände, die in einer Wheatstone-Brückenkonfiguration verbunden sind. Der Dehnungswiderstand wird mit Klebstoff auf ein mechanisch beanspruchtes Objekt geklebt . Mit dem Dehnungsmessstreifen und einem Filter, Verstärker und Analog-Digital-Wandler kann die Dehnung eines Objekts gemessen werden.

Eine verwandte, aber neuere Erfindung verwendet einen Quantum Tunneling-Verbundstoff, um mechanische Spannungen zu erfassen. Es leitet einen Strom, dessen Größe um den Faktor 10 ¹² als Reaktion auf Änderungen des angelegten Drucks variieren kann.

Messung

Der Wert eines Widerstands kann mit einem Ohmmeter gemessen werden , das eine Funktion eines Multimeters sein kann . Normalerweise werden Sonden an den Enden der Testleitungen mit dem Widerstand verbunden. Eine einfache Ohmmeter eine Spannung von einer Batterie über den unbekannten Widerstand anwenden (mit einem Innenwiderstand mit bekanntem Wert in Reihe) Erzeugen eines Stroms, der einen antreibt Meßwerk . Der Strom ist nach dem Ohmschen Gesetz umgekehrt proportional zur Summe des Innenwiderstands und des zu prüfenden Widerstands, was zu einer sehr nichtlinearen analogen Messskala führt, die von unendlich bis 0 Ohm kalibriert ist. Ein digitales Multimeter mit aktiver Elektronik kann stattdessen einen bestimmten Strom durch den Prüfwiderstand leiten. Die am Prüfwiderstand erzeugte Spannung ist dabei linear proportional zu seinem Widerstand, der gemessen und angezeigt wird. In beiden Fällen leiten die niederohmigen Bereiche des Messgeräts viel mehr Strom durch die Messleitungen als die hochohmigen Bereiche, damit die anliegenden Spannungen auf einem vernünftigen Niveau (im Allgemeinen unter 10 Volt) aber immer noch messbar sind.

Das Messen von niederohmigen Widerständen, wie z. B. Bruch-Ohm-Widerständen, mit akzeptabler Genauigkeit erfordert vierpolige Anschlüsse . Ein Klemmenpaar legt einen bekannten, kalibrierten Strom an den Widerstand an, während das andere Paar den Spannungsabfall am Widerstand erfasst. Einige Ohmmeter in Laborqualität, insbesondere Milliohmmeter, und sogar einige der besseren Digitalmultimeter erfassen zu diesem Zweck vier Eingangsanschlüsse, die mit speziellen Messleitungen verwendet werden können. Jeder der beiden sogenannten Kelvin-Clips besitzt ein gegeneinander isoliertes Backenpaar. Eine Seite jedes Clips führt den Messstrom zu, während die anderen Anschlüsse nur den Spannungsabfall erfassen. Der Widerstand wird wiederum nach dem Ohmschen Gesetz als gemessene Spannung geteilt durch den angelegten Strom berechnet.

Normen

Produktionswiderstände

Die Widerstandseigenschaften werden anhand verschiedener nationaler Standards quantifiziert und berichtet. In den USA enthält MIL-STD-202 die entsprechenden Testmethoden, auf die sich andere Normen beziehen.

Es gibt verschiedene Normen, die die Eigenschaften von Widerständen für den Einsatz in Geräten spezifizieren:

• IEC 60062 (IEC 62) / DIN 40825 / BS 1852 / IS 8186 / JIS C 5062 usw. ( Widerstandsfarbcode , RKM-Code , Datumscode )
• EIA RS-279 / DIN 41429 (Widerstandsfarbcode)
• IEC 60063 (IEC 63) / JIS C 5063 (Standardwerte der E-Serie)
• MIL-PRF-26
• MIL-PRF-39007 (Feste Leistung, bewährte Zuverlässigkeit)
• MIL-PRF-55342 (Surface-Mount Dick- und Dünnfilm)
• MIL-PRF-914
• MIL-R-11- Standard abgesagt
• MIL-R-39017 (fest, universell, bewährte Zuverlässigkeit)
• MIL-PRF-32159 (Null-Ohm-Jumper)
• UL 1412 (Absicherung und temperaturbegrenzte Widerstände)

Es gibt andere MIL-R-Standards für die militärische Beschaffung der Vereinigten Staaten.

Widerstandsnormen

Der primäre Widerstandsstandard, das "Quecksilber-Ohm", wurde ursprünglich 1884 als eine Quecksilbersäule von 106,3 cm Länge und 1 Quadratmillimeter Querschnitt bei 0 Grad Celsius definiert . Schwierigkeiten bei der genauen Messung der physikalischen Konstanten, um diesen Standard zu replizieren, führen zu Abweichungen von bis zu 30 ppm. Ab 1900 wurde das Quecksilber-Ohm durch eine präzisionsbearbeitete Manganinplatte ersetzt . Der internationale Widerstandsstandard basiert seit 1990 auf dem von Klaus von Klitzing entdeckten quantisierten Hall-Effekt , für den er 1985 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Widerstände von extrem hoher Präzision werden für den Kalibrier- und Laboreinsatz hergestellt . Sie können vier Anschlüsse haben, wobei ein Paar einen Betriebsstrom führt und das andere Paar den Spannungsabfall misst; dies eliminiert Fehler, die durch Spannungsabfälle an den Leitungswiderständen verursacht werden, da keine Ladung durch die Spannungsmessleitungen fließt. Dies ist bei Widerständen mit kleinem Wert (100–0,0001 Ohm) wichtig, bei denen der Leitungswiderstand signifikant oder sogar vergleichbar mit dem Widerstandsstandardwert ist.

Widerstandskennzeichnung

Farbcode- Anleitung für radbasierte RMA- Widerstände. Um 1945-1950.

Die Gehäuse von Axialwiderständen sind normalerweise hellbraun, braun, blau oder grün (obwohl gelegentlich auch andere Farben wie Dunkelrot oder Dunkelgrau zu finden sind) und zeigen 3–6 farbige Streifen, die den Widerstand anzeigen (und durch Erweiterungstoleranz). und kann erweitert werden, um den Temperaturkoeffizienten und die Zuverlässigkeitsklasse anzugeben. Die ersten beiden Streifen stellen die ersten beiden Stellen des Widerstands in Ohm dar , der dritte stellt einen Multiplikator dar und der vierte die Toleranz (die, falls nicht vorhanden, ±20% bedeutet). Bei fünf- und sechsstreifigen Widerständen ist die dritte die dritte Ziffer, die vierte der Multiplikator und die fünfte die Toleranz; ein sechster Streifen repräsentiert den Temperaturkoeffizienten. Die Nennleistung des Widerstandes ist in der Regel nicht gekennzeichnet und ergibt sich aus der Größe.

SMD- Widerstände sind numerisch gekennzeichnet.

Die im Wesentlichen nicht isolierten Widerstände des frühen 20. Jahrhunderts wurden in Farbe getaucht, um ihren gesamten Körper zur Farbcodierung zu bedecken. An einem Ende des Elements wurde eine zweite Farbe aufgetragen, und ein Farbpunkt (oder Band) in der Mitte bildete die dritte Ziffer. Die Regel lautete "Körper, Spitze, Punkt", wobei zwei signifikante Ziffern für den Wert und den Dezimalmultiplikator in dieser Reihenfolge bereitgestellt wurden. Die Standardtoleranz betrug ±20 %. Widerstände mit engerer Toleranz hatten am anderen Ende silberfarbene (±10%) oder goldfarbene (±5%) Farbe.

Bevorzugte Werte

Frühe Widerstände wurden in mehr oder weniger willkürlichen runden Zahlen hergestellt; eine Serie kann 100, 125, 150, 200, 300 usw. haben. Widerstände unterliegen in der Herstellung einer gewissen prozentualen Toleranz , und es ist sinnvoll, Werte zu fertigen, die mit der Toleranz korrelieren, so dass der tatsächliche Wert eines Widerstands leicht überlappt mit seinen Nachbarn. Größere Abstände lassen Lücken; ein engerer Abstand erhöht die Herstellungs- und Lagerkosten, um Widerstände bereitzustellen, die mehr oder weniger austauschbar sind.

Ein logisches Schema besteht darin, Widerstände in einem Bereich von Werten zu erzeugen, die in einer geometrischen Progression ansteigen , so dass jeder Wert um einen festen Multiplikator oder Prozentsatz größer ist als sein Vorgänger, der so gewählt wird, dass er der Toleranz des Bereichs entspricht. Für eine Toleranz von ±20% ist es beispielsweise sinnvoll, dass jeder Widerstand etwa das 1,5-fache seines Vorgängers hat, was eine Dekade in 6 Werten abdeckt. Genauer gesagt ist der verwendete Faktor 1,4678 ≈ , was Werte von 1,47, 2,15, 3,16, 4,64, 6,81, 10 für die 1–10-Dekade ergibt (eine Dekade ist ein um den Faktor 10 ansteigender Bereich; 0,1–1 und 10– 100 sind andere Beispiele); diese werden in der Praxis auf 1,5, 2,2, 3,3, 4,7, 6,8, 10 gerundet; gefolgt von 15, 22, 33, ... und mit vorangestellter ... 0,47, 0,68, 1. Dieses Schema hat als angenommen E48 Reihe der IEC 60063 bevorzugte Anzahl Werte. Es gibt auch die Serien E12 , E24 , E48 , E96 und E192 für Komponenten mit zunehmend feinerer Auflösung mit 12, 24, 96 und 192 verschiedenen Werten innerhalb jeder Dekade. Die tatsächlich verwendeten Werte sind in den IEC 60063-Listen der Vorzugsnummern enthalten. ${\displaystyle 10^{1/6}}$

Ein Widerstand von 100 Ohm ±20 % würde einen Wert zwischen 80 und 120 Ohm haben; seine E6-Nachbarn sind 68 (54–82) und 150 (120–180) Ohm. Ein sinnvoller Abstand, E6, wird für ±20% Komponenten verwendet; E12 für ±10%; E24 für ±5%; E48 für ±2%, E96 für ±1%; E192 für ±0,5% oder besser. Widerstände werden in Werten von einigen Milliohm bis etwa einem Gigaohm in IEC60063-Bereichen entsprechend ihrer Toleranz hergestellt. Hersteller können Widerstände basierend auf der Messung in Toleranzklassen einteilen. Dementsprechend liegt eine Auswahl von 100-Ohm-Widerständen mit einer Toleranz von ±10% möglicherweise nicht wie erwartet nur um 100 Ohm (aber nicht mehr als 10% aus) (eine Glockenkurve), sondern in zwei Gruppen – entweder zwischen 5 und 10 % zu hoch oder 5 bis 10 % zu niedrig (aber nicht näher an 100 Ohm), da alle Widerstände, die vom Werk als weniger als 5 % gemessen wurden, als Widerstände mit nur ± . gekennzeichnet und verkauft worden wären 5% Toleranz oder besser. Beim Entwurf einer Schaltung kann dies zu berücksichtigen sein. Dieser Prozess des Sortierens von Teilen basierend auf Messungen nach der Produktion wird als "Binning" bezeichnet und kann auf andere Komponenten als Widerstände angewendet werden (z. B. Geschwindigkeitsstufen für CPUs).

Frühere drahtgewickelte Leistungswiderstände, wie braune glasartig emaillierte Typen, wurden jedoch mit einem anderen System von Vorzugswerten hergestellt, wie einige der im ersten Satz dieses Abschnitts genannten.

SMT-Widerstände

Dieses Bild zeigt vier SMD-Widerstände (die Komponente oben links ist ein Kondensator ), darunter zwei Null-Ohm-Widerstände . Anstelle von Drahtbrücken werden oft Null-Ohm-Verbindungen verwendet, damit sie von einer Widerstands-Einsetzmaschine eingefügt werden können. Ihr Widerstand ist vernachlässigbar.

Oberflächenmontierte Widerstände größerer Abmessungen (metrisch 1608 und höher) werden mit numerischen Werten in einem Code gedruckt, der dem bei Axialwiderständen verwendeten entspricht. SMT- Widerstände mit Standardtoleranz sind mit einem dreistelligen Code gekennzeichnet, wobei die ersten beiden Ziffern die ersten beiden signifikanten Ziffern des Wertes sind und die dritte Ziffer die Zehnerpotenz (die Anzahl der Nullen) ist. . Zum Beispiel:

334 = 33 × 10 ⁴ Ω = 330 kΩ

222 = 22 × 10 ² Ω = 2,2 kΩ

473 = 47 × 10 ³ Ω = 47 kΩ

105 = 10 × 10 ⁵ Ω = 1 MΩ

Widerstände von weniger als 100 Ω werden geschrieben: 100, 220, 470. Die letzte Null steht für zehn hoch null, also 1. Zum Beispiel:

100 = 10 × 10 ⁰ Ω = 10 Ω

220 = 22 × 10 ⁰ Ω = 22 Ω

Manchmal werden diese Werte mit 10 oder 22 markiert, um Fehler zu vermeiden.

Widerstände unter 10 Ω haben ein 'R', um die Position des Dezimalpunkts ( Radixpunkt ) anzuzeigen . Zum Beispiel:

4R7 = 4,7

R300 = 0,30

0R22 = 0,22 Ω

0R01 = 0,01 Ω

000 und 0000 erscheinen manchmal als Werte auf oberflächenmontierten Null-Ohm-Verbindungen , da diese (annähernd) keinen Widerstand haben.

Neuere oberflächenmontierte Widerstände sind physikalisch zu klein, um das Anbringen praktischer Markierungen zu ermöglichen.

Präzisions-Widerstandsmarkierungen

Viele Präzisionswiderstände, einschließlich oberflächenmontierter und axial bedrahteter Typen, sind mit einem vierstelligen Code gekennzeichnet. Die ersten drei Ziffern sind die signifikanten Ziffern und die vierte ist die Zehnerpotenz. Zum Beispiel:

1001 = 100 × 10 ¹ Ω = 1,00 kΩ

4992 = 499 × 10 ² Ω = 49,9 kΩ

1000 = 100 × 10 ⁰ Ω = 100 Ω

Präzisionswiderstände mit axialer Leitung verwenden häufig Farbcodebänder, um diesen vierstelligen Code darzustellen.

EIA-96-Kennzeichnung

Das EIA-96-Markiersystem ist ein kompakteres Markiersystem, das für physikalisch kleine Hochpräzisionswiderstände gedacht ist. Es verwendet einen 2-stelligen Code plus einen Buchstaben (insgesamt 3 alphanumerische Zeichen), um 1% Widerstandswerte bis zu drei signifikanten Stellen anzuzeigen. Die 2 Ziffern (von "01" bis "96") sind ein Code, der eine der 96 "Positionen" in der Standard- E96-Serie mit 1% Widerstandswerten anzeigt . Der Buchstabe ist ein Code, der einen Multiplikator mit einer Zehnerpotenz angibt. Beispielsweise steht die Markierung "01C" für 10 kOhm; "10C" steht für 12,4 kOhm; "96C" steht für 97,6 kOhm.

Industrielle Typenbezeichnung

Format: [zwei Buchstaben]<Leerzeichen>[Widerstandswert (drei Stellen)]<kein Leerzeichen>[Toleranzcode (numerisch – eine Stelle)]

Schritte zum Ermitteln der Widerstands- oder Kapazitätswerte:

1. Die ersten beiden Buchstaben geben die Verlustleistung an.
2. Die nächsten drei Ziffern geben den Widerstandswert an.
   1. Die ersten beiden Ziffern sind die signifikanten Werte
   2. Die dritte Ziffer ist der Multiplikator.
3. Die letzte Ziffer gibt die Toleranz an.

Wenn ein Widerstand codiert ist:

• EB1041: Verlustleistung = 1/2 Watt, Widerstandswert = 10 × 10 ⁴ ±10% = zwischen9 × 10 ⁴ Ohm und11 × 10 ⁴ Ohm.
• CB3932: Verlustleistung = 1/4 Watt, Widerstandswert = 39 × 10 ³ ±20% = zwischen31,2 × 10 ³ und46,8 × 10 ³ Ohm.

Elektrisches und thermisches Rauschen

Bei der Verstärkung schwacher Signale ist es häufig erforderlich, das elektronische Rauschen zu minimieren , insbesondere in der ersten Verstärkungsstufe. Als dissipatives Element erzeugt selbst ein idealer Widerstand natürlicherweise eine zufällig schwankende Spannung oder ein Rauschen an seinen Anschlüssen. Dieses Johnson-Nyquist-Rauschen ist eine fundamentale Rauschquelle, die nur von der Temperatur und dem Widerstand des Widerstands abhängt und durch das Fluktuations-Dissipations-Theorem vorhergesagt wird . Die Verwendung eines größeren Widerstandswerts erzeugt bei einer gegebenen Temperatur ein größeres Spannungsrauschen, wohingegen ein kleinerer Widerstandswert mehr Stromrauschen erzeugt.

Das thermische Rauschen eines praktischen Widerstands kann auch größer sein als die theoretische Vorhersage, und dieser Anstieg ist typischerweise frequenzabhängig. Übermäßiges Rauschen eines praktischen Widerstands wird nur beobachtet, wenn Strom durch ihn fließt. Dies wird in der Einheit μV/V/Dekade angegeben – μV Rauschen pro Volt, das an den Widerstand angelegt wird, pro Frequenzdekade. Der µV/V/Decade-Wert wird häufig in dB angegeben, so dass ein Widerstand mit einem Rauschindex von 0 dB in jeder Frequenzdekade 1 µV (rms) Überschussrauschen für jedes Volt am Widerstand aufweist. Überschüssiges Rauschen ist somit ein Beispiel für 1/ f- Rauschen . Dickschicht- und Kohlenstoffzusammensetzungswiderstände erzeugen bei niedrigen Frequenzen mehr Rauschen als andere Typen. Drahtgewickelte und Dünnschichtwiderstände werden oft wegen ihrer besseren Rauscheigenschaften verwendet. Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung können einen Rauschindex von 0 dB aufweisen, während massive Metallfolienwiderstände einen Rauschindex von –40 dB aufweisen können, wodurch das übermäßige Rauschen von Metallfolienwiderständen normalerweise unbedeutend wird. Dünnschicht-Oberflächenmontage-Widerstände haben typischerweise ein geringeres Rauschen und eine bessere thermische Stabilität als Dickschicht-Oberflächenmontage-Widerstände. Übermäßiges Rauschen ist auch größenabhängig: Im Allgemeinen wird übermäßiges Rauschen reduziert, wenn die physikalische Größe eines Widerstands erhöht wird (oder mehrere Widerstände parallel verwendet werden), da die unabhängig schwankenden Widerstände kleinerer Komponenten dazu neigen, sich zu mitteln.

Obwohl ein Widerstand an sich kein Beispiel für "Rauschen" ist, kann er als Thermoelement wirken , das aufgrund des thermoelektrischen Effekts eine kleine Gleichspannungsdifferenz über ihm erzeugt, wenn seine Enden unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Diese induzierte Gleichspannung kann insbesondere die Genauigkeit von Instrumentenverstärkern verschlechtern . Solche Spannungen treten an den Verbindungsstellen der Widerstandsleitungen mit der Leiterplatte und mit dem Widerstandskörper auf. Übliche Metallschichtwiderstände zeigen einen solchen Effekt in einer Größenordnung von etwa 20 µV/°C. Einige Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung können thermoelektrische Offsets von bis zu 400 µV/°C aufweisen, während speziell konstruierte Widerstände diese Zahl auf 0,05 µV/°C reduzieren können. Bei Anwendungen, bei denen der thermoelektrische Effekt wichtig werden kann, ist darauf zu achten, dass die Widerstände waagerecht montiert werden, um Temperaturgradienten zu vermeiden und den Luftstrom über die Platine zu berücksichtigen.

Fehlermodi

Die Ausfallrate von Widerständen in einer richtig ausgelegten Schaltung ist im Vergleich zu anderen elektronischen Komponenten wie Halbleitern und Elektrolytkondensatoren gering. Schäden an Widerständen treten am häufigsten aufgrund von Überhitzung auf, wenn die an sie gelieferte durchschnittliche Leistung ihre Fähigkeit zur Wärmeableitung (angegeben durch die Nennleistung des Widerstands) bei weitem übersteigt . Dies kann auf einen Fehler außerhalb der Schaltung zurückzuführen sein, wird jedoch häufig durch den Ausfall einer anderen Komponente (z. B. eines kurzgeschlossenen Transistors) in der mit dem Widerstand verbundenen Schaltung verursacht. Der Betrieb eines Widerstands zu nahe an seiner Nennleistung kann die Lebensdauer des Widerstands verkürzen oder zu einer erheblichen Änderung seines Widerstands führen. Ein sicheres Design verwendet im Allgemeinen überbewertete Widerstände in Leistungsanwendungen, um diese Gefahr zu vermeiden.

Dünnschichtwiderstände mit geringer Leistung können durch langfristige Hochspannungsbelastung beschädigt werden, sogar unterhalb der maximalen spezifizierten Spannung und unterhalb der maximalen Nennleistung. Dies ist häufig der Fall , für die Inbetriebnahme eines Zuführungswiderstand Schaltnetzteil integrierte Schaltung.

Bei Überhitzung können Kohleschichtwiderstände ihren Widerstand verringern oder erhöhen. Kohleschicht- und Zusammensetzungswiderstände können ausfallen (offener Stromkreis), wenn sie nahe ihrer maximalen Verlustleistung betrieben werden. Dies ist auch möglich, aber weniger wahrscheinlich bei Metallfilm- und drahtgewickelten Widerständen.

Es kann auch zu einem Ausfall von Widerständen aufgrund von mechanischer Beanspruchung und widrigen Umgebungsfaktoren, einschließlich Feuchtigkeit, kommen. Drahtwiderstände können korrodieren, wenn sie nicht beigelegt sind.

Es ist bekannt, dass oberflächenmontierte Widerstände aufgrund des Eindringens von Schwefel in die interne Zusammensetzung des Widerstands versagen. Dieser Schwefel reagiert chemisch mit der Silberschicht, um nichtleitendes Silbersulfid zu erzeugen. Die Impedanz des Widerstands geht gegen unendlich. Schwefelbeständige und korrosionsbeständige Widerstände werden in Automobil-, Industrie- und Militäranwendungen verkauft. ASTM B809 ist ein Industriestandard, der die Anfälligkeit eines Teils gegenüber Schwefel testet.

Ein alternativer Fehlermodus kann angetroffen werden, wenn Widerstände mit großem Wert verwendet werden (Hunderte von Kiloohm und höher). Widerstände sind nicht nur für eine maximale Verlustleistung, sondern auch für einen maximalen Spannungsabfall spezifiziert. Ein Überschreiten dieser Spannung führt dazu, dass sich der Widerstand langsam verschlechtert und seinen Widerstand verringert. Die an großohmigen Widerständen abfallende Spannung kann überschritten werden, bevor die Verlustleistung ihren Grenzwert erreicht. Da die für üblicherweise anzutreffende Widerstände spezifizierte maximale Spannung einige hundert Volt beträgt, ist dies nur bei Anwendungen ein Problem, bei denen diese Spannungen angetroffen werden.

Variable Widerstände können sich auch auf andere Weise verschlechtern, was typischerweise einen schlechten Kontakt zwischen dem Schleifer und dem Widerstandskörper mit sich bringt. Dies kann auf Schmutz oder Korrosion zurückzuführen sein und wird typischerweise als "Knistern" wahrgenommen, wenn der Kontaktwiderstand schwankt; dies fällt besonders auf, wenn das Gerät angepasst wird. Dies ähnelt dem Knistern, das durch schlechten Kontakt in Schaltern verursacht wird, und wie Schalter sind Potentiometer bis zu einem gewissen Grad selbstreinigend: Das Laufen des Schleifers über den Widerstand kann den Kontakt verbessern. Potentiometer, die selten eingestellt werden, insbesondere in schmutzigen oder rauen Umgebungen, werden dieses Problem am wahrscheinlichsten entwickeln. Wenn die Selbstreinigung des Kontakts nicht ausreicht, kann eine Verbesserung in der Regel durch die Verwendung von Kontaktreiniger (auch als "Tuner-Reiniger" bezeichnet)-Spray erzielt werden . Das Knistern, das mit dem Drehen der Welle eines verschmutzten Potentiometers in einem Audioschaltkreis (z.

Siehe auch

• Schaltungsdesign
• Dummy-Last
• Elektrische Impedanz
• Hochwertige Widerstände (Elektronik)
• Eisen-Wasserstoff-Widerstand
• Piezoresistiver Effekt
• Schuss Lärm
• Thermistor
• Trimmer (Elektronik)

Verweise

Externe Links

• 4-Klemmen-Widerstände – So funktionieren ultrapräzise Widerstände
• Einsteigerhandbuch zu Potentiometern, inklusive Beschreibung verschiedener Konizitäten
• Farbcodierter Widerstandsrechner – archiviert mit WayBack Machine
• Widerstandstypen – spielt das eine Rolle?
• Standardwiderstände und Kondensatorwerte, die die Industrie herstellt
• Fragen Sie den Anwendungstechniker – Unterschied zwischen den Widerstandstypen
• Widerstände und ihre Verwendung