Elektronische Bauelemente I: Der Widerstand

Der Widerstand als Bauelement tritt in der Elektronik in vielen unterschiedlichen Formen auf. Durch die Verwendung von verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften können Widerstände mit abweichenden Merkmalen hergestellt werden: Temperatur-, spannungs- und lichtabhängige Widerstände sowie Widerstände mit festen Werten. Dieser Artikel gibt einen Überblick über verschiedene Widerstände als Bauelemente und erläutert ihre möglichen Anwendungen.

Der Widerstand als Bauelement

Der Widerstand ist ein wichtiges Bauteil in der Elektronik und zählt zu den passiven Bauelementen. Er wird oft dazu benutzt, um den Strom in Schaltungen zu begrenzen. Ein Anwendungsfall ist beispielsweise die Verwendung als Vorwiderstand bei einer Leuchtdiode. Desweiteren teilt ein Spannungsteilers, das sind zwei oder mehr Widerstände in Serie geschaltet, die Spannung im Verhältnis der Widerstände auf. Zudem benutzen Heizungen die Eigenschaft, elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. Dies findet beispielsweise bei einem Föhn oder Heizstrahler Anwendung. Dieser Effekt tritt auch bei herkömmlichen Glühlampen auf: Der größte Teil der elektrischen Energie wird in Wärmeenergie und nur ein geringer Anteil in Licht umgewandelt. Eine weitere Anwendung ist die indirekte Messung des Stroms über einen Widerstand. Dabei wird die Spannung, welche proportional zum Strom ist, gemessen. Neben linearen Widerständen gibt es auch Widerstände, die ein nichtlineares Verhalten aufweisen.

Lineare Widerstände

Lineare Widerstände zeichnen sich dadurch aus, dass der durch den Widerstand fließende Strom und die dadurch verursachte Spannung proportional sind. Ohmsche Widerstände sind die bekanntesten linearen Widerstände.

Festwiderstände

Festwiderstände werden dadurch charakterisiert, dass ihr Widerstandswert nicht verändert werden kann und fast temperaturunabhängig ist. Typische Vertreter sind die bekannten Schichtwiderstände. Sie bestehen aus einem zylindrischen Körper mit axialen Anschlussdrähten. Auf diesem keramischen Zylinder wird beispielsweise eine dünne Kohleschicht oder Metallschicht aufgetragen. Der Widerstandswert ist abhängig von der Stärke dieser Widerstandsschicht. Da oftmals geringe Abmessungen des elektronischen Produkts gewünscht sind, sind Widerstände auch in kleiner Bauform erhältlich, sogenannte SMD-Bauteile (englisch: Surface-mount device). Die Angabe des Widerstandwertes erfolgt bei den runden Bauteilen durch farbige Ringe auf dem Zylinder.  Bei der SMD-Bauform ist der Wert auf das Bauteil gedruckt. Die Widerstände sind aber nur in bestimmten  genormten Werten erhältlich. Diese sind in den E-Reihen definiert.

Potentiometer und Trimmer

Desweiteren sind Bauteile erhältlich, deren Widerstandswert veränderlich ist. Dieser lässt sich in der fertigen Schaltung zwischen zwei Grenzwerten einstellen. Zusätzlich zu den beiden Anschlüssen des Widerstandes ist ein dritter Anschluss nach außen geführt, der sogenannte Schleifer-Anschluss. An ihm kann der eingestellte Widerstandswert abgegriffen werden. Solche Bauteile werden als Potentiometer oder Trimmer bezeichnet. Anwendung finden sie beispielsweise bei Radios als Lautstärkenregelung oder zum Einstellen der Frequenz.

Nichtlineare Widerstände

Nichtlineare Widerstände zeichnen sich dadurch aus, dass sich der Widerstandswert durch äußere Einflüsse nicht proportional ändert. Wie sich der Widerstandswert in Abhängigkeit von der verursachten Größe ändert, wird daher in Diagrammen angegeben.

Temperaturabhängige Widerstände

Der Begriff Thermistoren bezeichnet temperaturabhängige Widerstände. Sie kennzeichnen sich dadurch, dass sie stark auf Temperaturänderungen reagieren. Vertreter sind beispielsweise Kaltleiter, welche auch als PTC-Widerstände (englisch: positive temperature coefficient) genannt werden. Ab einer bestimmten Temperatur steigt ihr Widerstandswert fast sprunghaft an. Sie werden als Temperaturfühler oder Überlastschalter eingesetzt, um beispielsweise Heizlüfter oder Motoren vor zu hoher Temperatur zu schützen. Im Gegensatz dazu stehen die Heißleiter, auch NTC-Widerstände (englisch: negative temperature coefficient) genannt. Mit steigender Temperatur sinkt ihr Widerstandswert. Sie werden zur Temperaturmessung und Temperaturregelung eingesetzt.

Spannungsabhängige Widerstände

Spannungsabhängige Widerstände werden auch Varistoren bezeichnet. Sie kennzeichnen sich dadurch, dass ihr Widerstandswert mit steigender Spannung stark abnimmt. Varistoren werden beispielsweise zur Begrenzung von Spannungsspitzen sowie als Überspannungsschutz verwendet. Bei hoher Spannung wird der Wert des Widerstands abrupt sehr klein und leitet dadurch Ladung ab.

Lichtempfindliche Widerstände

Lichtempfindliche Widerstände werden auch als Fotowiderstände bezeichnet. Ihr Widerstandswert ist abhängig von der Lichteinwirkung. Je mehr Licht auf das Bauteil einwirkt, umso kleiner ist der Widerstandswert. Fotowiderstände finden beispielsweise als Dämmerungsschalter bei automatischen Lichtsteuerungen Anwendung.

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