Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Bestandteil des Monats: Widerstände

Jeden Monat in diesem Jahr untersuchen wir eine andere elektronische Komponente und untersuchen, was es ist, wie es funktioniert und wie Sie es in Projekten einsetzen. Letzten Monat haben wir uns Batterien angesehen. In diesem Monat werden wir den Widerstand angehen, dessen Aufgabe darin besteht, den Stromfluss zu begrenzen und ihn dadurch zu steuern, ihn auf eine Komponente zu lenken und gleichzeitig eine andere zu schützen. Wie immer beginnen wir mit einer Einführung in Widerstände über einen bearbeiteten Auszug aus Charles Platts wesentlicher Enzyklopädie der elektronischen Komponenten: Band 1.

Ein Widerstand ist eine der grundlegendsten Komponenten in der Elektronik. Ihr Zweck ist es, einen Stromfluss zu verhindern und eine Spannungsreduzierung zu erzwingen. Es besteht aus zwei Drähten oder Leitern, die an entgegengesetzten Enden oder Seiten eines relativ schlechten elektrischen Leiters befestigt sind, dessen Widerstand in Ohm gemessen wird, der allgemein durch das griechische Omega-Symbol dargestellt wird.

Die schematischen Symbole, die einen Widerstand darstellen, sind oben dargestellt (Links: Das traditionelle Schaltplansymbol. Rechts: Das neuere europäische Äquivalent). Das US-Symbol wird immer noch in europäischen Schemata verwendet, und das europäische Symbol wird manchmal in US-Schemata verwendet. Die Buchstaben K oder M zeigen an, dass der für den Widerstand angezeigte Wert in Tausend Ohm bzw. Millionen Ohm angegeben ist. Wenn diese Buchstaben in Europa und manchmal in den USA verwendet werden, werden sie durch einen Dezimalpunkt ersetzt. Somit kann ein 4,7 K Widerstand als 4K7 identifiziert werden, ein 3,3 M Widerstand kann als 3M3 identifiziert werden und so weiter.

Ein Widerstand wird üblicherweise verwendet, um beispielsweise die Laderate eines Kondensators zu begrenzen. Bereitstellen einer geeigneten Steuerspannung für Halbleiter wie bipolare Transistoren; Schutz von LEDs oder anderen Halbleitern vor übermäßigem Strom; Einstellen oder Begrenzen der Frequenzantwort in einer Audioschaltung (in Verbindung mit anderen Komponenten); Anheben oder Absenken der Spannung am Eingangspin eines digitalen Logikchips; oder Steuern einer Spannung an einem Punkt in einer Schaltung. In dieser letzten Anwendung können zwei Widerstände in Reihe geschaltet werden, um einen Spannungsteiler zu erzeugen.

Ein Potentiometer kann anstelle eines Widerstands verwendet werden, bei dem ein variabler Widerstand erforderlich ist.

Rechts sind verschiedene Widerstände mit verschiedenen Werten dargestellt. Von oben nach unten betragen die Verlustleistungen 3W, 1W, 1 / 2W, 1 / 4W, 1 / 4W, 1 / 4W und 1 / 8W. Die Genauigkeit (Toleranz) jedes Widerstandes beträgt von oben nach unten plus oder minus 5%, 5%, 5%, 1%, 1%, 5% und 1%. Der beige Körper eines Widerstands ist oft ein Hinweis darauf, dass seine Toleranz 5% beträgt, während ein blauer Körper oft eine Toleranz von 1% oder 2% anzeigt. Die blauen Widerstände und der dunkelbraune Widerstand enthalten Metalloxidfilmelemente, während die Beigewiderstände und der grüne Widerstand Kohlenstofffilm enthalten.

Wie es funktioniert

Bei der Verhinderung des Stromflusses und der Verringerung der Spannung nimmt ein Widerstand elektrische Energie auf, die er als Wärme abführen muss. In den meisten modernen elektronischen Schaltungen beträgt die Wärmeableitung typischerweise einen Bruchteil eines Watt.

Wenn R der Widerstand in Ohm ist, I der Strom ist, der durch den Widerstand in Ampere fließt, und V der durch den Widerstand auferlegte Spannungsabfall ist (die Differenz des elektrischen Potentials zwischen den zwei daran angeschlossenen Kontakten), heißt es im Ohmschen Gesetz:

V = I * R

Dies ist eine andere Art zu sagen, dass ein Widerstand von 1 Ohm einen Strom von 1 Ampere zulässt, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Enden des Widerstands 1 Volt beträgt.

Wenn W die Leistung in Watt ist, die vom Widerstand verbraucht wird, in einem Gleichstromkreis:

W = V * I

Durch Substitution im Ohm'schen Gesetz können wir Watt in Bezug auf Strom und Widerstand ausdrücken:

W = I2 * R

Wir können Watt auch in Bezug auf Spannung und Widerstand ausdrücken:

W = V2 / R

Diese Alternativen können in Situationen nützlich sein, in denen Sie den Spannungsabfall bzw. den Strom nicht kennen.

Bei der Verwendung von Wechselstrom bestehen ungefähr ähnliche Beziehungen, obwohl die Leistung eine komplexere Funktion ist.

Varianten

  • Axiale Widerstände haben zwei Leitungen, die an entgegengesetzten Enden eines normalerweise zylindrischen Körpers austreten. Radiale Widerstände haben parallele Leitungen, die aus einer Körperseite herausragen und ungewöhnlich sind.
  • Präzisionswiderstände werden im Allgemeinen mit einer Toleranz von höchstens plus oder minus 1% definiert.
  • Allzweckwiderstände sind weniger stabil und ihr Wert ist weniger genau.

  • Leistungswiderstände sind im Allgemeinen als Verlustleistung von 1 oder 2 Watt oder mehr definiert, insbesondere in Stromversorgungen oder Leistungsverstärkern. Sie sind körperlich größer und können erforderlich sein Temperatur fällt oder Lüfterkühlung.
  • Drahtwiderstände werden dort eingesetzt, wo das Bauteil einer starken Wärme standhalten muss. Ein drahtgewickelter Widerstand besteht oft aus einem isolierenden Rohr oder Kern, der flach oder zylindrisch ist und mit mehreren Widerstandswicklungen versehen ist. Der Draht ist üblicherweise eine Nickel-Chrom-Legierung Nichrom (manchmal als Ni-Chrom geschrieben) und wird in eine Beschichtung getaucht. Die Wärme, die durch den durch den Widerstandsdraht fließenden Strom entsteht, ist ein potentielles Problem in elektronischen Schaltungen, bei denen die Temperatur begrenzt werden muss. In Haushaltsgeräten wie Haartrocknern, Toasteröfen und Heizlüftern wird jedoch ein Nichrom-Element speziell zur Erzeugung von Wärme verwendet. Drahtwiderstände werden auch in 3D-Druckern zum Schmelzen von Kunststoff (oder einer anderen Verbindung) verwendet, der den festen Ausgang des Geräts bildet.
  • Dickfilmwiderstände werden manchmal in einem flachen, quadratischen Format hergestellt. Eine Probe ist auf der rechten Seite gezeigt, die 10 Watt von ihrer flachen Oberfläche abführt. Der Widerstand dieser Komponente beträgt 1K.
  • Widerstände zur Oberflächenmontage bestehen im Allgemeinen aus einem Widerstandstintenfilm, der auf eine Tablette aus einer Aluminiumoxidkeramikverbindung gedruckt wird, die häufig etwa 6 mm lang ist und als Formfaktor 2512 bekannt ist. Jeder oberflächenmontierte Widerstand hat zwei mit Nickel beschichtete Anschlüsse, die mit Lötmittel beschichtet sind und beim Aufbringen des Widerstands auf der Leiterplatte schmelzen. Die Oberseite ist zum Schutz des Widerstandselements normalerweise mit schwarzem Epoxidharz beschichtet.

Wertekodierung

Durchgangsbohrungs-Axialwiderstände werden traditionell mit einer Folge von drei farbigen Bändern gedruckt, um den Wert der Komponente auszudrücken, wobei jedes der ersten beiden Bänder eine Ziffer von 0 bis 9 darstellt, während das dritte Band den Dezimalmultiplikator (die Anzahl der Nullen angibt) , von 0 bis 9, die an die Ziffern angehängt werden sollten). Ein viertes Silber- oder Goldband weist eine Toleranz von 10% bzw. 5% auf. Keine vierte Bande würde eine Toleranz von 20% anzeigen, obwohl dies sehr selten geworden ist.

Viele Widerstände haben jetzt fünf Farbbereiche, um die Darstellung von Zwischen- oder Bruchwerten zu ermöglichen. In diesem Schema haben die ersten drei Bänder numerische Werte (unter Verwendung des gleichen Farbsystems wie zuvor), während das vierte Band der Multiplikator ist. Ein fünftes Band am gegenüberliegenden Ende des Widerstands zeigt seine Toleranz an.

In der nachstehenden Tabelle wird der numerische oder Multiplikatorwert jeder Farbe als „Spektrum“ oben in der Abbildung angezeigt. Die Toleranz oder Genauigkeit eines Widerstands, ausgedrückt als Plus- oder Minus-Prozentsatz, wird mit Silber, Gold und verschiedenen Farben unten in der Abbildung angegeben.

Es sind zwei Probenwiderstände gezeigt. Der obere Wert hat einen Wert von 1K, angegeben durch die braunen und schwarzen Bänder links (die Ziffer 1 gefolgt von einer Ziffer 0) und die dritte rote Linie (zwei zusätzliche Nullen). Das Goldband rechts zeigt eine Genauigkeit von 5%. Der untere Wert hat einen Wert von 1,05K, angegeben durch die braunen, schwarzen und grünen Bänder auf der linken Seite (die Ziffer 1, gefolgt von der Ziffer 0, gefolgt von einer Ziffer 5) und die vierte Gruppe braun (zeigt eine zusätzliche Null). Das braune Band rechts zeigt eine Genauigkeit von 1%.

In extrem alten Geräten können Widerstände mit dem Body-Tip-Dot-Schema codiert werden, bei dem die Körperfarbe die Anfangsziffer darstellt, die Endfarbe die zweite Ziffer und ein Punkt den Multiplikator. Die numerischen Identitäten der Farben sind die gleichen wie im aktuellen Farbschema.

In allen modernen Schemata liegen die drei oder vier Bänder, die den Widerstandswert anzeigen, nahe beieinander, während eine größere Lücke sie von dem Band unterscheidet, das die Toleranz zeigt. Der Widerstandswert sollte gelesen werden, während der Widerstand gehalten wird, so dass sich die Gruppe der eng beieinander liegenden numerischen Bänder links befindet.

Verwirrend können einige Widerstände gefunden werden, bei denen die ersten drei Bänder den Wert definieren, unter Verwendung der alten Dreibandkonvention; das vierte Band gibt Toleranz an; und ein fünftes Band am gegenüberliegenden Ende der Komponente zeigt Zuverlässigkeit an. Dieses Farbschema ist jedoch ungewöhnlich.

Andere Farbcodierungskonventionen können in speziellen Anwendungen gefunden werden, beispielsweise in militärischen Geräten.

Es ist üblich, dass Durchgangsloch-Kohlenstoffschichtwiderstände eine beige Körperfarbe haben, während Durchgangsloch-Metallfilmwiderstände oft eine blaue Körperfarbe haben. In relativ seltenen Fällen kann eine blaue Körperfarbe jedoch auch a anzeigen schmelzbar Widerstand (so konzipiert, dass er bei Überlastung harmlos wie eine Sicherung durchbrennt), während ein weißer Körper ein Zeichen dafür sein kann nicht brennbar Widerstand. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie diese Sondertypen ersetzen.

Bei einigen modernen Widerständen sind ihre Werte möglicherweise numerisch aufgedruckt. Auf Widerstände für die Oberflächenmontage sind auch Ziffern aufgedruckt, sie sind jedoch ein Code und keine direkte Darstellung des Widerstands. Die letzte Ziffer gibt die Anzahl der Nullen im Widerstandswert an, während die vorhergehenden zwei oder drei Zahlen den Wert selbst definieren. Der Buchstabe R wird verwendet, um einen Dezimalpunkt anzugeben. Ein oberflächenmontierter Widerstand 3R3 hat also einen Wert von 3,3 Ohm, während 330 33 Ohm und 332 3300 Ohm bedeuten. Ein oberflächenmontierter 2152-Widerstand hätte einen Wert von 21.500 Ohm.

Ein oberflächenmontierter Widerstand, auf den eine einzige Null gedruckt ist, ist a Null Ohm Komponente, die die gleiche Funktion wie ein Überbrückungskabel hat. Es wird aus Gründen der Bequemlichkeit verwendet, da es einfach von automatisierten Produktionsanlagen eingesetzt werden kann. Sie fungiert lediglich als Brücke zwischen Leiterbahnen auf der Leiterplatte.

Wenn Widerstandswerte in Schemata auf Papier gedruckt werden, kann eine schlechte Wiedergabe dazu führen, dass Dezimalpunkte weggelassen oder Flecken eingefügt werden, die wie Dezimalpunkte aussehen. Die Europäer haben sich dieses Problems angenommen, indem sie den Buchstaben als Ersatz für einen Dezimalpunkt verwendet haben, so dass ein 5.6K-Widerstand als 5K6 oder ein 3,3M-Widerstand als 3M3 angezeigt wird. Diese Praxis wird in den Vereinigten Staaten selten befolgt.

Weitere Informationen zu Mikroschaltern, Wippen, Schiebereglern, Umschaltern, DIPs, SIPs, Paddle-Schaltern und mehr finden Sie in der Encyclopedia of Electronic Components Volume 1 von Charles Platt. Diese informative, übersichtliche und gut organisierte Ressource ist ideal für Lehrer, Hobbyisten, Ingenieure und Studenten, die eine schnelle Einführung in die Elektronik wünschen.

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