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.
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 )
auf, sind dafür allerdings auch geringfügig teurer. Für die meisten Zwecke
reichen im Hobby-Bereich die günstigeren und etwas unpräziseren
Kohleschicht-Widerstände (meist
oder
Toleranz) völlig
aus.
Notation von Widerstandswerten
Widerstandswerte werden häufig mit zweierlei Besonderheiten angegeben:
- 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
statt
. Das
-Zeichen wird dabei sogar häufig weggelassen.
- In Schaltplänen ist darüber hinaus als Schreibweise üblich, mögliche
Nachkommastellen hinter den Potenzfaktor zu schreiben; ein Widerstandsangabe
von
entspricht somit einem Widerstandswert von
bzw.
. 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.
Farbring | Farbe | 1. Ring | 2. Ring | 3. Ring | 4. Ring |
1. Ziffer | 2. Ziffer | Nullen | Toleranz | ||
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schwarz | ![]() |
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— | — |
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braun | ![]() |
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rot | ![]() |
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orange | ![]() |
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— |
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gelb | ![]() |
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— |
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grün | ![]() |
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blau | ![]() |
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— |
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violett | ![]() |
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— |
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grau | ![]() |
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— |
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weiß | ![]() |
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![]() |
— |
![]() |
gold | — | — | — | ![]() |
![]() |
silber | — | — | — | ![]() |
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 darstellbar.
Farbring | Farbe | 1. Ring | 2. Ring | 3. Ring | 4. Ring | 5. Ring |
1. Ziffer | 2. Ziffer | 3. Ziffer | Nullen | Toleranz | ||
![]() |
schwarz | ![]() |
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— | — |
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braun | ![]() |
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rot | ![]() |
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orange | ![]() |
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— |
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gelb | ![]() |
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— |
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grün | ![]() |
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blau | ![]() |
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— |
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violett | ![]() |
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grau | ![]() |
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— |
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weiß | ![]() |
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— |
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gold | — | — | — | ![]() |
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silber | — | — | — | ![]() |
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Beispiel:
Ein häufig auftretender Widerstandswert ist – ein
Widerstand dieser Größe wird beispielsweise benötigt, um eine normale
Leuchtdiode an einer
-Batterie bzw. einem entsprechenden Akku
anzuschließen (siehe Leuchtdiode mit Vorwiderstand). Angenommen, dass es
sich um einen Kohleschicht-Widerstand handelt, so entspricht die erste Ziffer
einem gelben Ring, die zweite Ziffer
einem violetten. An
den so codierten Wert
muss noch eine Null angehängt werden; dies
lässt sich erreichen, indem der dritte Ring in brauner Farbe aufgedruckt wird.
Ist der vierte Ring des Kohlenschicht-Widerstandes goldfarben, so ist eine
Toleranz von erlaubt – der tatsächliche Wert des Widerstands
liegt somit zwischen
und
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.
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.
Typische Kaltleiter-Werkstoffe sind beispielsweise reine Metalle oder
halbleitende Werkstoffe aus Titanat-Keramiken wie oder
; 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
. Bei sinkender Lichtintensität steigt der Widerstand –
je nach Bauart – bis auf einige
an.
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.
Die Kennlinie eines Varistors sieht etwa folgendermaßen aus:
Bis zu einer Spannung von knapp 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.
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.
Anmerkungen:
[1] | Früher waren auch Masse- und Drahtwiderstände weit verbreitet.
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. |
Hinweis
Zu diesem Abschnitt gibt es Übungsaufgaben.