Widerstände

Das Wort “Widerstand” hat in der Elektronik eine zweifache Bedeutung. Zum einen wird die den elektrischen Strom hemmende Eigenschaft von Materialien als Widerstand bezeichnet; zum anderen wird mit “Widerstand” ein speziell zu diesem Zweck gefertigtes Bauteil bezeichnet.

“Normale” Widerstände

Ein Widerstand besteht normalerweise aus einem isolierenden Porzellan-Körper, der mit einer dünnen Kohle- oder Metallschicht und einem Schutzlack überzogen ist.[1] Kohleschicht-Widerstände sind meist ockerfarben, Metallschicht-Widerstände blau lackiert. Auf dem Schutzlack ist schließlich der Widerstandswert in Form von farbigen Ringen aufgedruckt, um ihn auch ohne Lupe und von allen Seiten gleichermaßen lesbar zu machen.

fig-widerstand-allgemein

Schaltzeichen eines Widerstandes (allgemein).

Kohle- und Metallschicht-Widerstände unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Toleranz-Werte, d.h. durch die mögliche Abweichung des tatsächlichen Widerstandswertes vom aufgedruckten Wert. Metallschicht-Widerstände lassen sich präziser fertigen und weisen somit eine geringere Toleranz (meist 1\%) auf, sind dafür allerdings auch geringfügig teurer. Für die meisten Zwecke reichen im Hobby-Bereich die günstigeren und etwas unpräziseren Kohleschicht-Widerstände (meist 5\% oder 10\% Toleranz) völlig aus.

Notation von Widerstandswerten

Widerstandswerte werden häufig mit zweierlei Besonderheiten angegeben:

  1. Da die Werte von verschiedenen Widerständen sehr unterschiedlich sein können (von rund einem Ohm bis einigen Millionen Ohm), werden Widerstandswerte oft als Zehnerpotenzen angegeben, beispielsweise \unit[47]{k \Omega } statt \unit[47\,000]{\Omega }. Das \Omega-Zeichen wird dabei sogar häufig weggelassen.
  2. In Schaltplänen ist darüber hinaus als Schreibweise üblich, mögliche Nachkommastellen hinter den Potenzfaktor zu schreiben; ein Widerstandsangabe von 2\mathrm{k}2 entspricht somit einem Widerstandswert von \unit[2,2]{k \Omega } bzw. \unit[2\,200]{\Omega }. Auf diese Weise kann ausgeschlossen werden, dass man eine Kommastelle aus Versehen “überlesen” könnte.

Farb-Codierung

Obwohl die Farben der aufgedruckten Farbringe stets die gleiche Bedeutung haben, unterscheiden sich Kohle- und Metallschicht-Widerstände in der Anzahl der auf ihnen aufgedruckten Ringe. Auf Kohleschicht-Widerständen werden, wie in Tabelle Farbtabelle (Kohleschicht-Widerstände) aufgelistet, stets vier Ringe aufgedruckt:

  • Die ersten beiden Ringe stellen die ersten beiden Ziffern des Widerstandswertes dar.
  • Der dritte Ring legt als Multiplikator die Anzahl der Nullen fest.
  • Der vierte Ring, der bei Kohleschicht-Widerständen meist silbern oder golden ist, ist etwas nach rechts abgesetzt und gibt den Toleranzwert an; an seinem Abstand zu den übrigen Ringen kann man sich vergewissern, den Widerstandswert auch von der richtigen Seite her abzulesen.
Farbtabelle (Kohleschicht-Widerstände)
Farbring Farbe 1. Ring 2. Ring 3. Ring 4. Ring
    1. Ziffer 2. Ziffer Nullen Toleranz
../_images/widerstandsring-schwarz.png schwarz 0 0
../_images/widerstandsring-braun.png braun 1 1 0 \pm 1\%
../_images/widerstandsring-rot.png rot 2 2 00 \pm 2\%
../_images/widerstandsring-orange.png orange 3 3 000
../_images/widerstandsring-gelb.png gelb 4 4 0\,000
../_images/widerstandsring-gruen.png grün 5 5 00\,000 \pm 0,5\%
../_images/widerstandsring-blau.png blau 6 6 000\,000
../_images/widerstandsring-violett.png violett 7 7 0\,000\,000
../_images/widerstandsring-grau.png grau 8 8 00\,000\,000
../_images/widerstandsring-weiss.png weiß 9 9 000\,000\,000
../_images/widerstandsring-gold.png gold \pm 5\%
../_images/widerstandsring-silber.png silber \pm 10\%

Auf die präziseren Metallschicht-Widerstände werden, wie in Tabelle Farbtabelle (Metallschicht-Widerstände) wiedergegeben, stets fünf Ringe aufgedruckt. Der Widerstandswert wird mit vier Ringen dargestellt, wobei die ersten drei Ringe die ersten drei Ziffern des Widerstandswertes darstellen und der vierte Ring als Multiplikator die Anzahl der anzufügenden Nullen angibt. Auf diese Weise sind auch feinere Abstufungen der Widerstandswerte wie beispielsweise \unit[4,7]{\Omega } darstellbar.

Farbtabelle (Metallschicht-Widerstände)
Farbring Farbe 1. Ring 2. Ring 3. Ring 4. Ring 5. Ring
    1. Ziffer 2. Ziffer 3. Ziffer Nullen Toleranz
../_images/widerstandsring-schwarz.png schwarz 0 0 0
../_images/widerstandsring-braun.png braun 1 1 1 0 \pm 1\%
../_images/widerstandsring-rot.png rot 2 2 2 00 \pm 2\%
../_images/widerstandsring-orange.png orange 3 3 3 000
../_images/widerstandsring-gelb.png gelb 4 4 4 0\,000
../_images/widerstandsring-gruen.png grün 5 5 5 00\,000 \pm 0,5\%
../_images/widerstandsring-blau.png blau 6 6 6 000\,000
../_images/widerstandsring-violett.png violett 7 7 7 0\,000\,000 \pm 0,1\%
../_images/widerstandsring-grau.png grau 8 8 8 00\,000\,000
../_images/widerstandsring-weiss.png weiß 9 9 9 000\,000\,000
../_images/widerstandsring-gold.png gold 0,1 \pm 5\%
../_images/widerstandsring-silber.png silber 0,01 \pm 10\%

Beispiel:

Ein häufig auftretender Widerstandswert ist \unit[470]{\Omega} – ein Widerstand dieser Größe wird beispielsweise benötigt, um eine normale Leuchtdiode an einer \unit[9]{V}-Batterie bzw. einem entsprechenden Akku anzuschließen (siehe Leuchtdiode mit Vorwiderstand). Angenommen, dass es sich um einen Kohleschicht-Widerstand handelt, so entspricht die erste Ziffer (4) einem gelben Ring, die zweite Ziffer (7) einem violetten. An den so codierten Wert (47) muss noch eine Null angehängt werden; dies lässt sich erreichen, indem der dritte Ring in brauner Farbe aufgedruckt wird.

fig-widerstand-farbringe-beispiel-470-ohm

Farbringe eines \unit[470]{\Omega }-Widerstands.

Ist der vierte Ring des Kohlenschicht-Widerstandes goldfarben, so ist eine Toleranz von 5\% erlaubt – der tatsächliche Wert des Widerstands liegt somit zwischen \unit[446,5]{\Omega } und 493,5 Ohm.

Temperaturabhängige Widerstände

Fast alle elektrischen Bauteile weisen bei höheren Temperaturen auch einen meist geringfügig höheren Widerstand auf; es gibt allerdings auch (Halbleiter-)Materialien, bei denen diese Temperaturabhängigkeit sehr stark ausgeprägt ist. Als spezielle Widerstände werden diese besonderen Materialien häufig als Temperatur-Sensoren eingesetzt.

PTC-Widerstände

Als “Kaltleiter” oder PTC-Widerstand (“PTC” = “Positive Temperature Coefficient”) werden Stoffe bezeichnet, deren Widerstand bei steigenden Temperaturen zunimmt.

fig-widerstand-kaltleiter

Schaltzeichen eines Kaltleiters (PTC).

Typische Heißleiter-Werkstoffe sind beispielsweise Kohle, Halbleiter, oder bestimmte Metall-Oxide; sie werden unter anderem als schnelle und robuste Temperaturfühler sowie zur Spannungsstabilisierung verwendet.

NTC-Widerstände

Als “Heißleiter” oder NTC-Widerstand (“NTC” = “Nositive Temperature Coefficient”) werden Stoffe bezeichnet, deren Widerstand bei steigenden Temperaturen abnimmt.

fig-widerstand-heissleiter

Schaltzeichen eines Heißleiters (NTC).

Typische Kaltleiter-Werkstoffe sind beispielsweise reine Metalle oder halbleitende Werkstoffe aus Titanat-Keramiken wie \ce{BaTiO3} oder \ce{3eSrTiO3}; sie werden unter anderem als Temperaturfühler, Thermostate sowie zur Stromstabilisierung verwendet.

Fotowiderstände

Fotowiderstände – auch “LDR” (Light Dependend Resistor) genannt – haben, wenn sie voll beleuchtet werden, einen Widerstand von einigen hundert \unit[]{\Omega}. Bei sinkender Lichtintensität steigt der Widerstand – je nach Bauart – bis auf einige \unit[]{M \Omega} an.

fig-fotowiderstand

Schaltzeichen eines Fotowiderstandes.

Die Widerstandsänderung eines Fotowiderstands geschieht vergleichsweise langsam; sie kann mit Hilfe eines Ohmmeters bei verschiedenen Beleuchtungsstärken leicht beobachtet werden. Gleichzeitig sind Fotowiderstände aufgrund ihrer “Trägheit” nicht für schnelle optische Signalübertragungen (z.B. Infrarot-Fernbedienungen) geeignet. Hierfür werden vielmehr Fotodioden und Fototransistoren eingesetzt.

Varistoren

Als Varistoren (auch “Voltage Dependend Reistor” oder kurz VDR genannt) bezeichnet man elektrische Widerstände, deren Wert von der anliegenden Spannung abhängig ist.

fig-varistor

Schaltzeichen eines Varistors.

Die Kennlinie eines Varistors sieht etwa folgendermaßen aus:

fig-kennlinie-varistor

Strom-Spannungs-Kennlinie eines Varistors.

Bis zu einer Spannung von knapp \unit[300]{V} haben Varistoren einen sehr hohen Widerstandswert; ab einer derart hohen Spannung jedoch sinkt ihr Widerstandswert erheblich ab. Varistoren werden daher als Überspannungsschutz in Netzteilen und Steckdosenleisten eingebaut, um empfindliche elektronische Geräte wie Computer vor möglichen Spannungs-Spitzen zu schützen, wie sie beispielsweise bei einem Blitz-Einschlag auftreten können.

Da im Bereich der Hobby-Elektronik aus Sicherheitsgründen nicht mit Netzspannungen experimentiert wird, werden Varistoren in Bastel-Projekten kaum eingesetzt.

Regelbare Widerstände

Ein regelbarer Widerstand ist ein Widerstand, dessen Widerstandswert über einen Schleifkontakt (meist) von null bis zum angegebenen Höchstwert verändert werden kann. Dabei unterscheidet man zwischen auch im laufenden Betrieb regelbaren Potentiometern und fest einstellbaren Trimmwiderständen.

Potentiometer

Ein Potentiometer (kurz: “Poti”) ermöglicht eine Einstellung des Widerstandswertes von außen mit Hilfe eines Drehknopfes oder Schiebers.

Jedes Potentiometer besitzt drei Anschlüsse, wobei zwischen den beiden äußeren Anschlüssen der auf dem Potentiometer angegebene Widerstandswert in voller Höhe auftritt. Wird ein Ende und der mittlere Abgriff des Potentionmeters mit dem Stromkreis verbunden, so kann der Widerstand mit Hilfe des Drehknopfes zwischen null und dem maximalen Wert verändert werden.

fig-widerstand-potentiometer

Schaltzeichen eines Potentiometers.

Potentiometer finden häufig Einsatz als Dreh- bzw. Schieberegler, beispielsweise bei der Einstellung der Lautstärke an einem Radio.

Trimmwiderstände

Ein Trimmwiderstand (“Einstellpoti”) kann nur mit Hilfe eines Schraubenziehers justiert werden. Da Trimmwiderstände meist fest verbaute Bestandteile einer Schaltung sind, ist eine Nachjustierung im laufenden Betrieb normalerweise nicht vorgesehen.

fig-widerstand-trimmwiderstand

Schaltzeichen eines Trimmwiderstands.


Anmerkungen:

[1]

Früher waren auch Masse- und Drahtwiderstände weit verbreitet.

  • Bei Massewiderständen bildet ein stabförmige Körper, der aus einem Gemisch an leitenden und nichtleitenden Stoffen besteht, den Widerstand. Der Widerstandswert hängt von der Art und der Dicke des verwendeten Materials ab.
  • Bei einem Drahtwiderstand wird ein langer Draht auf ein isolierendes Keramik-Röhrchen aufgewickelt und an beiden Enden festgeklemmt. Der Widerstandswert hängt von der Art des Metalls, seiner Dicke und seiner Länge ab.

Gegenüber diesen Widerstandstypen haben Schichtwiderstände den Vorteil, dass sie kostengünstiger und in kleineren Bauformen herstellbar sind. Masse- und Drahtwiderstände werden heutzutage nur noch in Hochlast-Bereichen (ab ca. \unit[4]{W}) eingesetzt, in denen die kleinen Kohle- und Metallschichtwiderstände durch eine zu hohe Wärme-Entwicklung zerstört würden.


Hinweis

Zu diesem Abschnitt gibt es Übungsaufgaben.