Was ist ein Widerstand und wozu dient er?

Widerstände gehören zu den am häufigsten verwendeten Elementen in der Elektronik. Dieser Name ist längst aus dem engen Rahmen der Terminologie der Funkamateure herausgetreten. Und für jeden, der sich zumindest ein wenig für Elektronik interessiert, sollte der Begriff nicht zu Missverständnissen führen.

 

Was ist ein widerstand

Die einfachste Definition lautet wie folgt: Ein Widerstand ist ein Element eines elektrischen Schaltkreises, das dem durch ihn fließenden Strom widersteht. Der Name des Elements kommt vom lateinischen Wort "resisto" - "ich widerstehe", Funkamateure nennen diesen Teil oft so - Widerstand.

Überlegen Sie, was Widerstände sind, wofür Widerstände sind. Die Antworten auf diese Fragen setzen voraus, dass Sie mit der physikalischen Bedeutung der Grundbegriffe der Elektrotechnik vertraut sind.

Um das Funktionsprinzip des Widerstands zu erklären, können Sie die Analogie mit Wasserleitungen verwenden.Wenn der Wasserfluss im Rohr auf irgendeine Weise behindert wird (z. B. durch Verringerung des Durchmessers), erhöht sich der Innendruck. Indem wir die Barriere entfernen, reduzieren wir den Druck. In der Elektrotechnik entspricht dieser Druck der Spannung - indem wir den Stromfluss erschweren, erhöhen wir die Spannung im Stromkreis, verringern den Widerstand und senken die Spannung.

Durch Ändern des Rohrdurchmessers können Sie die Geschwindigkeit des Wasserflusses ändern, in Stromkreisen können Sie durch Ändern des Widerstands die Stromstärke einstellen. Der Widerstandswert ist umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit des Elements.

Die Eigenschaften von Widerstandselementen können für folgende Zwecke genutzt werden:

• Umwandeln von Strom in Spannung und umgekehrt;
• Begrenzen des fließenden Stroms, um seinen spezifizierten Wert zu erhalten;
• Erstellung von Spannungsteilern (z. B. in Messgeräten);
• Lösen anderer spezieller Probleme (z. B. Reduzierung von Funkstörungen).

Um zu erklären, was ein Widerstand ist und warum er benötigt wird, können Sie das folgende Beispiel verwenden. Das Leuchten der bekannten LED tritt bei einer geringen Stromstärke auf, aber ihr eigener Widerstand ist so klein, dass, wenn die LED direkt in den Stromkreis gelegt wird, der durch sie fließende Strom selbst bei einer Spannung von 5 V die zulässigen Parameter überschreitet des Teils. Bei einer solchen Belastung fällt die LED sofort aus. Daher ist in der Schaltung ein Widerstand enthalten, dessen Zweck in diesem Fall darin besteht, den Strom auf einen bestimmten Wert zu begrenzen.

Alle Widerstandselemente sind passive Komponenten von Stromkreisen. Im Gegensatz zu aktiven geben sie dem System keine Energie, sondern verbrauchen sie nur.

Nachdem Sie herausgefunden haben, was Widerstände sind, müssen Sie deren Typen, Bezeichnung und Kennzeichnung berücksichtigen.

Arten von Widerständen

Die Arten von Widerständen lassen sich in folgende Kategorien einteilen:

1. Ungeregelt (permanent) - Draht, Verbundwerkstoff, Folie, Kohlenstoff usw.
2. Einstellbar (Variablen und Trimmer). Abgleichwiderstände dienen zum Abstimmen elektrischer Schaltungen. Zur Einstellung der Signalpegel werden Elemente mit variablem Widerstand (Potentiometer) verwendet.

Eine separate Gruppe bilden Halbleiterwiderstandselemente (Thermistoren, Fotowiderstände, Varistoren usw.)

Die Eigenschaften von Widerständen werden durch ihren Verwendungszweck bestimmt und bei der Herstellung festgelegt. Zu den wichtigsten Parametern:

1. Nennwiderstand. Dies ist die Haupteigenschaft des Elements, gemessen in Ohm (Ohm, kOhm, MΩ).
2. Zulässige Abweichung in Prozent vom angegebenen Nennwiderstand. Bedeutet die mögliche Streuung des Indikators, bestimmt durch die Herstellungstechnologie.
3. Die Verlustleistung ist die maximale Leistung, die ein Widerstand unter Dauerbelastung abgeben kann.
4. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist ein Wert, der die relative Widerstandsänderung eines Widerstands bei einer Temperaturänderung von 1 ° C angibt.
5. Betriebsspannung (Spannungsfestigkeit) begrenzen. Dies ist die maximale Spannung, bei der das Teil die deklarierten Parameter beibehält.
6. Rauschcharakteristik - der Grad der Verzerrung, der durch den Widerstand in das Signal eingeführt wird.
7. Feuchtigkeitsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit - die Maximalwerte von Feuchtigkeit und Temperatur, deren Überschreitung zum Versagen des Teils führen kann.
8. Spannungsfaktor. Ein Wert, der die Abhängigkeit des Widerstands von der angelegten Spannung berücksichtigt.

Die Verwendung von Widerständen im Mikrowellenbereich gibt zusätzlichen Eigenschaften Bedeutung: parasitäre Kapazität und Induktivität.

Halbleiterwiderstände

Dies sind Halbleiterbauelemente mit zwei Leitungen, deren elektrischer Widerstand von den Parametern der Umgebung abhängt - Temperatur, Beleuchtung, Spannung usw. Für die Herstellung solcher Teile werden mit Verunreinigungen dotierte Halbleitermaterialien verwendet, deren Art bestimmt die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von äußeren Einflüssen.

Es gibt die folgenden Arten von Halbleiter-Widerstandselementen:

1. Leitungswiderstand. Dieses aus einem leicht legierten Material hergestellte Element hat eine geringe Widerstandsabhängigkeit von äußeren Einflüssen in einem weiten Bereich von Spannungen und Strömen und wird am häufigsten bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet.
2. Ein Varistor ist ein Element, dessen Widerstand von der Stärke des elektrischen Feldes abhängt. Diese Eigenschaft des Varistors bestimmt den Umfang seiner Anwendung: zur Stabilisierung und Regulierung der elektrischen Parameter von Geräten, zum Schutz vor Überspannung und für andere Zwecke.
3. Thermistor. Diese Art von nichtlinearen Widerstandselementen hat die Fähigkeit, ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern. Es gibt zwei Arten von Thermistoren: den Thermistor, dessen Widerstand mit der Temperatur abnimmt, und den Thermistor, dessen Widerstand mit der Temperatur zunimmt. Thermistoren werden dort eingesetzt, wo eine konstante Kontrolle über den Temperaturprozess wichtig ist.
4. Fotowiderstand. Der Widerstand dieses Geräts ändert sich unter dem Einfluss eines Lichtstroms und hängt nicht von der angelegten Spannung ab.Bei der Herstellung werden Blei und Cadmium verwendet, was in einigen Ländern der Grund war, diese Teile aus Umweltgründen nicht zu verwenden. Heutzutage sind Fotowiderstände weniger gefragt als Fotodioden und Fototransistoren, die in ähnlichen Knoten verwendet werden.
5. Dehnungsmessstreifen. Dieses Element ist so ausgelegt, dass es seinen Widerstand in Abhängigkeit von äußerer mechanischer Einwirkung (Verformung) ändern kann. Es wird in Einheiten verwendet, die mechanische Einwirkungen in elektrische Signale umwandeln.

Solche Halbleiterelemente wie lineare Widerstände und Varistoren zeichnen sich durch eine schwache Abhängigkeit von externen Faktoren aus. Bei Dehnungsmessstreifen, Thermistoren und Fotowiderständen ist die Abhängigkeit der Eigenschaften vom Stoß stark.

Halbleiterwiderstände im Diagramm sind durch intuitive Symbole gekennzeichnet.

Widerstand im Stromkreis

Auf russischen Schaltkreisen werden Elemente mit konstantem Widerstand normalerweise als weißes Rechteck bezeichnet, manchmal mit dem Buchstaben R darüber. Auf ausländischen Stromkreisen finden Sie die Bezeichnung eines Widerstands in Form eines „Zickzack“ -Symbols mit einem ähnlichen Buchstaben R darüber. Wenn ein Parameter des Teils für den Betrieb des Geräts wichtig ist, ist es üblich, ihn auf dem Diagramm anzugeben.

Leistung kann durch Streifen auf einem Rechteck angezeigt werden:

• 2 W - 2 vertikale Linien;
• 1 W - 1 vertikale Linie;
• 0,5 W - 1 Längslinie;
• 0,25 W - eine schräge Linie;
• 0,125 W - zwei schräge Linien.

Es ist zulässig, die Leistung auf dem Diagramm in römischen Ziffern anzugeben.

Die Bezeichnung variabler Widerstände zeichnet sich durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Linie mit einem Pfeil über dem Rechteck aus, der die Einstellmöglichkeit symbolisiert, die Zahlen können die Pin-Nummerierung angeben.

Halbleiterwiderstände sind durch dasselbe weiße Rechteck gekennzeichnet, jedoch mit einer schrägen Linie (außer Fotowiderständen) mit einem Buchstaben, der die Art der Steuerwirkung angibt (U - für einen Varistor, P - für einen Dehnungsmessstreifen, t - für einen Thermistor). ). Der Fotowiderstand ist durch ein Rechteck in einem Kreis gekennzeichnet, auf das zwei Pfeile zeigen, die Licht symbolisieren.

Die Parameter des Widerstands hängen nicht von der Frequenz des fließenden Stroms ab, was bedeutet, dass dieses Element in Gleich- und Wechselstromkreisen (sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen) gleichermaßen funktioniert. Eine Ausnahme bilden drahtgewickelte Widerstände, die von Natur aus induktiv sind und aufgrund von Strahlung bei hohen und Mikrowellenfrequenzen Energie verlieren können.

Je nach Anforderung an die Eigenschaften des Stromkreises können Widerstände parallel und in Reihe geschaltet werden. Die Formeln zur Berechnung des Gesamtwiderstands für verschiedene Stromkreisverbindungen unterscheiden sich erheblich. Bei Reihenschaltung entspricht der Gesamtwiderstand der einfachen Summe der Werte der in der Schaltung enthaltenen Elemente: R \u003d R1 + R2 + ... + Rn.

Bei Parallelschaltung müssen zur Berechnung des Gesamtwiderstands die Kehrwerte der Werte der Elemente addiert werden. Dies ergibt einen Wert, der auch das Gegenteil des endgültigen Werts ist: 1/R = 1/R1+ 1/R2 + ... 1/Rn.

Der Gesamtwiderstand parallel geschalteter Widerstände ist kleiner als der kleinste von ihnen.

Konfessionen

Es gibt Standard-Widerstandswerte für Widerstandselemente, die als "Nennwiderstandsbereich" bezeichnet werden. Der Ansatz zur Erstellung dieser Reihe basiert auf folgender Überlegung: Der Schritt zwischen den Werten sollte die zulässige Abweichung (Fehler) abdecken. Beispiel - Wenn der Wert des Elements 100 Ohm beträgt und die Toleranz 10 % beträgt, beträgt der nächste Wert in der Reihe 120 Ohm.Durch einen solchen Schritt können unnötige Werte vermieden werden, da benachbarte Stückelungen zusammen mit der Fehlerstreuung praktisch den gesamten Wertebereich zwischen ihnen abdecken.

Produzierte Widerstände werden zu Serien zusammengefasst, die sich in Toleranzen unterscheiden. Jede Serie hat ihre eigene Nennserie.

Unterschiede zwischen den Serien:

• E 6 - Toleranz 20 %;
• E 12 - Toleranz 10 %;
• E 24 - Toleranz 5% (manchmal 2%);
• E 48 - Toleranz 2%;
• E 96 - Toleranz 1%;
• E 192 - 0,5 % Toleranz (manchmal 0,25 %, 0,1 % und weniger).

Die am weitesten verbreitete Serie E 24 umfasst 24 Widerstandswerte.

Markierung

Die Größe des Widerstandselements steht in direktem Zusammenhang mit seiner Verlustleistung, je höher es ist, desto größer sind die Abmessungen des Teils. Wenn es einfach ist, beliebige Zahlenwerte in den Diagrammen anzugeben, kann die Kennzeichnung von Produkten schwierig sein. Der Miniaturisierungstrend in der Elektronikfertigung treibt den Bedarf an immer kleineren Komponenten voran, was die Komplexität sowohl des Schreibens von Informationen auf das Gehäuse als auch des Lesens von Informationen erhöht.

Um die Identifizierung von Widerständen in der russischen Industrie zu erleichtern, wird eine alphanumerische Kennzeichnung verwendet. Der Widerstand wird wie folgt angegeben: Die Zahlen geben den Nennwert an, und der Buchstabe wird entweder hinter den Zahlen (bei Dezimalwerten) oder davor (bei Hundertern) platziert. Wenn der Wert kleiner als 999 Ohm ist, wird die Zahl ohne Buchstaben aufgetragen (oder es können die Buchstaben R oder E stehen). Wird der Wert in kOhm angegeben, so steht hinter der Zahl der Buchstabe K, der Buchstabe M entspricht dem Wert in MΩ.

Die Nennwerte amerikanischer Widerstände werden durch drei Ziffern angegeben. Die ersten beiden nehmen den Nennwert an, der dritte die Anzahl der Nullen (Zehner), die dem Wert hinzugefügt werden.

Bei der robotergestützten Fertigung elektronischer Bauteile landen die aufgebrachten Symbole oft auf der der Platine zugewandten Seite des Bauteils, was ein Ablesen der Informationen unmöglich macht.

Farbkodierung

Damit Informationen über die Parameter des Bauteils von allen Seiten lesbar bleiben, wird eine Farbmarkierung verwendet, während der Lack in Ringstreifen aufgetragen wird. Jede Farbe hat ihren eigenen numerischen Wert. Die Streifen auf den Details sind näher an einer der Schlussfolgerungen platziert und werden von links nach rechts von dort gelesen. Wenn es aufgrund der geringen Größe des Teils nicht möglich ist, die Farbmarkierung auf einen Abschluss zu verschieben, wird der erste Streifen doppelt so breit wie der Rest.

Elemente mit einem zulässigen Fehler von 20% werden durch drei Linien angezeigt, für einen Fehler von 5-10% werden 4 Linien verwendet. Die genauesten Widerstände werden mit 5-6 Linien angezeigt, die ersten 2 davon entsprechen der Teilebewertung. Wenn es 4 Spuren gibt, gibt die dritte den Dezimalmultiplikator für die ersten beiden Spuren an, die vierte Zeile bedeutet Genauigkeit. Wenn es 5 Bänder gibt, ist das dritte die dritte Bezeichnung, das vierte der Grad des Indikators (die Anzahl der Nullen) und das fünfte die Genauigkeit. Die sechste Zeile bedeutet den Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR).

Bei einer Vier-Streifen-Kennzeichnung kommen die Gold- oder Silberstreifen immer zuletzt.

Alle Schilder sehen kompliziert aus, aber die Fähigkeit, die Markierungen schnell zu lesen, kommt mit Erfahrung.

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