Widerstand (Bauelement)

Resistor symbol IEC.svg
Schaltzeichen für
elektrischen Widerstand
nach DIN EN 60617

Resistor symbol America.svg
Schaltzeichen für
elektrischen Widerstand
nach ANSI

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

6 different resistors.jpg | Widerstände.JPG]] 20041214_2037_1789a-Leistungswiderstand_mit_Sicherungsloetung.jpgslötung (unten rechts)]]

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 ein kristallines 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
- Kohlemassewiderstand
- NTC-, PTC-Widerstände
- VDR (Varistor, spannungsabhängiger Widerstand)
Drahtwiderstand
Potentiometer (Veränderbarer Widerstand)

Codierung der Widerstandswerte

Farbcodierung

Schema

Der Widerstandswert ist üblicherweise durch Farbringe codiert oder als Zahlenwert aufgedruckt. Die Farbkodierung ist in der DIN IEC 62, bzw. für Widerstände mit Angabe des Temperaturkoeffizienten nach DIN 41429 wie folgt festgelegt:

Farbcodierung von Widerständen mit 4 Ringen
Farbe		Widerstandswert in Ω			Toleranz
Farbe		1. Ring	2. Ring	3. Ring (Multiplikator)	4. Ring
„keine“	×	—	—	—	±20 %
silber		—	—	1·10^-2 = 0,01	±10 %
gold		—	—	1·10^-1 = 0,1	±5 %
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	—

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 4,653 bis 4,747 kΩ).

Widerstände hoher Genauigkeit (Metallschichtwiderstände) haben meist 5 oder 6 Ringe, also noch einen weiteren Zahlring an dritter Stelle. Für einen Widerstand mit 5 Ringen ein Beispiel:
grün – braun – braun – rot – braun bedeutet 5 – 1 – 1 – 1·10² – Toleranz 1 % – daraus ergibt sich ein Wert von 51,1 kΩ. Widerstände mit 6 Ringen sind genauso abzulesen, der 6. Ring gibt die Temperaturabhängigkeit des Widerstands an.

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 = 3·2^a (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:

1210, 1206, 0805, 0603, 0402

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 Ziffern aufgestempelt. Die ersten 2 Ziffen geben den Widerstandswert an; die dritte Ziffer 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-Widerstände der Toleranzklasse 1 % weisen einen Aufdruck mit vier Ziffern auf. Dabei geben die ersten 3 Ziffern den Widerstandswert an, die vierte Ziffer 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 (positiver Temperaturkoeffizient), deren Widerstand mit steigender Temperatur steigt (Kaltleiter)
NTC-Widerständen (negativer Temperaturkoeffizient), deren Widerstand mit steigender Temperatur sinkt (Heißleiter)

Weblinks

Passives Bauelement

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