Widerstände als Komponenten

In elektrischen Schaltungen benötigt man häufig Widerstände, um gezielt die elektrische Spannung oder die elektrische Stromstärke zu begrenzen. Hierfür sind Widerstände als Bauteile verfügbar. Diese können z.B. als Vorwiderstand vor einem Verbraucher eingesetzt werden. Die meisten verwendeten Widerstände sind Schichtwiderstände. Dabei wird eine Schicht eines schlecht leitenden Materials auf ein nichtleitendes Material aufgetragen. Setzt man den Widerstand in ein Stromkreis, bewirkt die aufgetragene Schicht, dass der elektrische Strom zwar fließen kann, der Stromfluss aufgrund der schlechten Leitfähigkeit des Materials jedoch gehemmt wird. Je nachdem, welches Material aufgetragen wird, unterscheidet man zwischen Kohleschicht- und Metallschichtwiderständen. Daneben gibt es noch weitere Widerstände wie Metalloxidschichtwiderstände, Metallfilmwiderstände, Drahtwiderstände (Wickelwiderstände) oder Kohlemassewiderstände.

Das Schaltzeichen für einen normalen Widerstand sieht wie nachfolgend abgebildet aus.

Ob ein Widerstand ein Kohleschichtwiderstand oder Metallschichtwiderstand ist, kann man daran erkennen, dass die Metallschichtwiderstände meistens einen blauen oder grünen und die Kohleschichtwiderstände einen ockerfarbenen (bräunlichen) Überzug haben. Außerdem haben die Kohleschichtwiderstände meistens 4 Farbringe und Metallschichtwiderstände gewöhnlich 5 oder 6 Farbringe, über die der Widerstandswert, die Toleranz und bei Vorhandensein des 6. Ringes der Temperaturkoeffizient ermittelt werden. Diese Unterscheidungsmerkmale gelten leider nicht immer. Daher sollten beim Kauf immer die Datenblätter der Hersteller beachtet werden oder die Werte eines Widerstands sollte mit einem Ohmmeter gemessen werden.

Technische Unterschiede zwischen Kohleschicht- und Metallschichtwiderständen

Metallschichtwiderstände sind bei gleicher Größe belastbarer und haben tendenziell eine geringere Toleranz, weshalb sie präziser als Kohleschichtwiderstände sind. Das Verhalten bei steigender Hitze sollte ebenfalls nicht außer Acht gelassen werden. Der Widerstand von Metallschichtwiderständen hängt nicht so stark von der Temperatur ab und sie haben bei steigender Hitze einen eher höheren Widerstand. Kohleschichtwiderstände neigen dagegen bei steigender Hitze dazu, den Widerstand zu senken. Insbesondere beim Einsatz von Leuchtdioden (LED's) sollte dieser Umstand berücksichtigt werden. Denn ein Absenken des Widerstands wie bei Kohleschichtwiderständen belastet die Leuchtdioden. Kohleschichtwiderstände können außerdem verstärkt rauschen, wobei das in den meisten Fällen als belanglos einzustufen ist.

Preisliche Unterschiede zwischen Kohleschicht- und Metallschichtwiderständen

Früher galt die Formel, dass Metallschichtwiderstände etwas teurer waren als Kohleschichtwiderstände. Das konnte insbesondere bei großen Stückzahlen einen erheblichen Betrag ausmachen. Mittlerweile sind die Preise jedoch nahezu ausgeglichen bzw. manchmal sind die Kohleschichtwiderstände günstiger und manchmal sogar die Metallschichtwiderstände. Insbesondere um doppelte Lagerhaltung zu vermeiden, wird häufig nur noch eine Variante verwendet. Wenn im Schaltplan nicht explizit genannt wird, welcher Widerstand benötigt wird, kann man unter Berücksichtigung der Toleranz in der Regel sowohl auf das eine, als auch auf das andere zugreifen. Technisch gesehen ist es meistens egal, welchen Widerstand man verwendet.

Formel für die Dimensionierung der Widerstände

Damit man die Widerstände richtig dimensionieren kann, muss man zunächst von der Betriebsspannung (U_ges) die benötigte Spannung am Verbraucher (U_L) abziehen. Danach kann mit der Restspannung das Ohmsche Gesetz (R = U/I) angewendet werden. Die folgende Formel kann man verwenden, um zu ermitteln, welchen Wert der Widerstand haben soll.

Die elektrische Spannung wird an den Widerständen reduziert. Die elektrische Leistung geht dabei nicht verloren, sondern wird in Wärme umgewandelt. Die in Wärme umgesetzte Leistung wird Verlustleistung genannt. Jeder Widerstand kann eine maximale Verlustleistung umsetzen. Gewöhnlich liegt die maximale Verlustleistung, je nach Widerstand, in einem Bereich zwischen 0,1 Watt bis 1 Watt, wobei diese Werte natürlich nicht für alle Widerstände gelten. Widerstände können auch auf eine andere Verlustleistung ausgelegt sein.

Die maximale Verlustleistung sollte nicht ausgereizt werden, selbst wenn die Widerstände das aushalten können. Die Widerstände können nämlich bei Ausreizung der maximalen Verlustleistung ziemlich heiß werden. Damit ein Widerstand nicht heiß wird, kann man es z.B. so dimensionieren, dass die maximale Verlustleistung doppelt so hoch ist wie die Mindestleistung, die vom Widerstand verlangt wird. Auf keinen Fall sollte die Verlustleistung überschritten werden. Wird sie überschritten, wird der Widerstand zerstört (brennt durch) und erfüllt seine Funktion nicht mehr. Einen durchgebrannten Widerstand kann man an einem Brandfleck erkennen.

Die Mindestverlustleistung (P_V) die vom Widerstand verlangt wird, kann man durch Multiplikation der Restspannung (U_R) mit der Stromstärke (I) berechnen. Folgende Formel kann man dafür verwenden.

Auf vielen Widerständen sind farbige Ringe aufgebracht. Diese sind nützlich, wenn man z.B. ein Gerät reparieren und dabei einen Widerstand austauschen muss. Denn, damit man einen Widerstand mit identischen bzw. ähnlichen Werten einbaut, muss man wissen, welchen Wert der defekte Widerstand hat.