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Widerstand als elektronisches Bauteil


Allgemeines:

Bildlich kann man sich einen Widerstand als ein Rohr (mit einer Vereingung), durch das Wasser fließt und der Wasserfluss durch die Verengung eingeschränkt wird. Ganz allgemein wird der elektrische Widerstand definiert als "Widerstand = Spannung : Stromsträrke". Hierbei sie nochmals erwähnt, dass das Ohmsche Gesetz nur für Ohmsche Widerstände gilt. Ein ohmscher Widerstand ist definiert als ein Widerstand, der unabhängig von Strom und Spannung ist. Das bedeutet, trägt man im Diagramm Strom gegen Spannung auf (Kennlinie eines Widerstandes), so ergibt siche eine Gerade, deren Steigung der Widerstand R ist. Anhand der Kennlinie kann man entscheiden, ob es sich um einen linearen oder nicht linearen Widerstand handelt.

 

Der Widerstand als elektronisches Bauteil:

Inzwischen gibt es viele Bauarten von Widerstanden, die bekanntesten Bauarten sind Drahtwiderstände, Kohleschichtwiderstände, Metallfilmwiderstände und SMD-Widerstände. Der Widerstandskörper (mit den leitenden Kontakten) wird in der Regel mit Lack oder Kunstharz überzogen um das elektronische Bauteil gegen Feuchtigkeit und mechanische Beschädigung zu schützen.

Der Widerstand wird bestimmt aus dem materialspezifischen Anteil (spezifischer Widerstand des Leitermaterials) und der Länge l und Querschnittsfläche des Strom führenden Körpers. In der Regel stellt man sich einen Widerstand als länglichen Zylinder vor, mit einer gewissen Querschnittsfläche A und der Länge l, an dessen Enden sich jeweils gut leitende Kontakte befinden. Mit Hilfe eines Gedankenexperimentes kann man sich die Formel herleiten: wer die einleitenden Kapitel über Reihen- und Parallelaschaltung gelesen hat, weiss, dass sich bei einer Parallelschaltung von zwei (gleichen) Widerständen, der Gesamtwiderstand halbiert, obwohl durch die Parallelschaltung die Widerstandsfläche in dem Schaltkreis größer geworden ist. Der Widerstand ist also indirekt proportonal zur Fläche des Widerstandes. Baut man nun zwei gleiche Widerstände in Reihe in einen Stromkreis, so verdoppelt sich der Gesamtwiderstand des Stromkreises. Bei einer Reihenschaltung bleibt die Fläche des Widerstands gleich, aber die Länge verdoppelt sich. Daher weiss man nun, dass der Widerstandswert proportional zur Länge l ist. Die Proportionaliätskonstante ist der spezifische Widerstand des verwendeten Baumaterials im inneren der Widerstände. Also Formel für den Widerstandswert erhält man nun R = (spezifischer Widerstand · Länge) : Fläche .

Anmerkung: Bei Schlatungen (Parallel- oder Reihenschaltungen) von gleichen elektronischen Bauteilen kann ein sog. Ersatzschaltbild verwendet werden, dabei werden die physikalischen Eigenschaften von mehreren Baulteilen auf ein Bauteil transferiert. Dies ist ähnlich dem Fachgebiet Mechanik, in dem man die Masse eines Körpers auf einen Massenpunkt reduziert, um einfacher rechnen zu können. 

 
 
 

Temperaturverhalten eines Widerstandes:

Viele Widerstände sind im Inneren mit einer Schicht bedampft, erwärtmt man nun einen (normalen) Widerstand, so beginnen die Atome (auf ihren Gitterplätzen) in der Schichtstruktur särker zu schwingen. Durch das Schwingen der Atomrümpfe ist es für die Elektronen schwieriger, durch die Schicht zu gelangen. Dadurch erhöht sich der Widerstand (bzw. die Leitfähigkeit nimmt ab). So gilt für normale Widerstande ein typischer Verlauf für den elektrischen Widerstand mit zunehmender Temperatur: Der Widerstandswert steigt mit der Temperatur an (für viele Widerstände ist der Anstieg exponentiell). Handelt es sich bei einem Widerstand, bei dem der Widerstandswert mit steigender Temperatur steigt, so spricht man von einem positiven Temperaturkoffizienten (sog. PTC-Widerstände).
Die Schichten, die sich im Inneren eines Widerstandes befinden, lassen sich varrieren. So lässt sich z.B. Halbleitermaterial als Schicht verwenden, hierbei handelt es sich in der Regel nun um Widerstände, deren Widerstandswert mit steigender Temperatur sinkt. Dies lässt sich mit der Struktur eines Halbleiters erklären: Beim einem Halbleiter überlappen sich Valenzband und Leitungsband (wie bei Metallen) nicht, damit der Halbleiter elektrisch leitfähig wird, muss ein Elektron aus dem vollen Valenzband in das leere Leitungsband gelangen, was mit einer Energiezufuhr verbunden ist. Diese Energie kann man z.B. durch Erhitzen des Hableiters erhalten und erklärt damit auch, warum die Leitfähigkeit eine Halbleiters mit zunehmender Temperatur zunimmt. Liegt ein solches Temperaturverhalten vor, spricht man von einem sog. NTC-Widerstand.

 

Farbcode bei Widerständen:

Widerstandswerte werden bei Widerständne in Ohm angegeben. Bei Widerständen erfolgt diese Angabe in der Regel durch die Kennzeichnung des Widerstandes in Form von Farbringen. Verwendet wird bei Widerständen die Vierfachberingung (Normreihen E6, E12, E24) und die Fünffachberingung (E48, E96 und E192).

So haben Widerstände mit einer Kohleschicht in der Regel vier Farbringe, die ersten drei Ringe geben den Widerstandswert an, der letzte Ring gibt die Toleranz an. Der erste Ringe gibt die erste Dezimalstelle an, der zweite Ring gibt die zweite Dezimalstelle an, währemd der dritte Ring die Anzahl der folgenden Nullen an. Der vierte Ring gibt -wie bereits erwähnt- die Toleranz an.

Widerstände haben in der Regel fünf Farbringe. Hierbei handelt es sich bei den ersten vier Farbringen um die ersten vier Dezimalstellen. Bei dem fünften Farbring handelt es sich um die Toleranzangabe (Toleranzringe: silber (10%), gold (5%), rot (2%), braun (1%), grün (0,5%), blau (0,25%) und violett (0,1%).

Farbcode Widerstand

Beispiel:

Ein Widerstand hat vier Farbringe (Braun, Schwarz, Rot, Silber), somit ist sein Widerstandwert bestimmt mit braun -> 1, Schwarz -> 0, Rot -> Multiplikator 100, Silber -> Toleranz 10%. Damit ergibt sich ein Widerstandswert von (10 · 100) Ohm +- 10%, also 1000 Ohm +- 100 Ohm.



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