Festwiderstand / Festwiderstände
Ein Festwiderstand ist das Bauelement in der Elektronik, mit dem der elektrische Widerstand als physikalische Größe baulich realisiert wird.
Festwiderstände haben ihrem Namen weil deren Widerstandswert bei der Herstellung festgelegt wird und nicht einstellbar ist. Der Widerstandswert hat die Einheit Ω (Ohm) und das Formelzeichen R für Resistor (engl.).
Mit einem Festwiderstand kann man Strom und Spannung in einer Schaltung begrenzen und bestimmte Spannungs- und Stromwerte an bestimmten Punkten in einer Schaltung definieren.
Maßeinheit
Ein Festwiderstand ist ein elektrischer Widerstand bzw. dessen physikalischer Wert ist der elektrische Widerstand. Das Einheitenzeichen dafür ist der griechische Großbuchstabe Omega (Ω). Neben dem SI-Präfix μ (Mikro) ist es der einzige griechische Buchstabe, der für SI-Einheiten verwendet wird. Wenn das Zeichen „Ω“ nicht verfügbar ist, soll laut DIN-Norm 66 030 ersatzweise „Ohm“ geschrieben werden.
Kennzeichnung
Bei Festwiderstände wird der Widerstandswert bei der Herstellung festgelegt. Damit man Festwiderstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten unterscheiden kann, sind sie typischerweise mit farbigen Ringen gekennzeichnet. Typischerweise mit 4 oder 5 Ringen. Nur bei quaderförmiger Bauweise sind die zahlenmäßigen Werte für Widerstand und Toleranz aufgedruckt.
- Kohleschichtwiderstände haben meist einen Beige gefärbten Widerstandskörper und weisen typischerweise 4 Ringe auf.
- Metallfilmwiderstände haben meist einen Hellblau gefärbten Widerstandskörper und weisen typischerweise 5 Ringe auf.
Die Ringe entsprechen einem internationalen Farbcode zur Kennzeichnung und Bestimmung des Widerstandswerts in Ω, sowie der Toleranz in Prozent dieses Wertes.
- Widerstandsfarbcode zur Widerstandsbestimmung mit 4 oder 5 Ringen
- Widerstandsrechner für 4 und 5 Ringe
E-Reihen
Festwiderstände gibt es nicht mit jedem Widerstandswert. Sie werden ausschließlich nach den international gültigen IEC-Normreihen hergestellt. Die Widerstandswerte sind in sogenannten E-Reihen festgelegt. Zum Beispiel E3, E6, E12, E24, E48 und E96. Je höher die E-Reihe, desto mehr unterschiedliche Widerstandswerte sind enthalten. In der Regel reichen die Werte von E12 und E24 aus.
Will man einen davon abweichenden Widerstandswert haben, dann muss man einen einstellbaren Widerstand verwenden. Oder man kombiniert aus mehreren Widerständen eine Reihenschaltung, deren Gesamtwiderstand dem gewünschten Widerstand entspricht.
Schaltzeichen
Der elektrische Widerstand
Festwiderstände sind lineare Widerstände. Lineare Widerstände werden auch ohmsche Widerstände genannt. Sie haben eine lineare I-U-Kennlinie. Das bedeutet, der Strom I und die Spannung U sind zueinander proportional. Damit ist gemeint, wenn die Spannung steigt, dann steigt auch der Strom. Steigt der Strom steigt auch die Spannung am Widerstand. Zur Berechnung gilt das ohmsche Gesetz. Damit kann man aus Spannung und Strom den elektrischen Widerstand berechnen.
Bauform und Material
Festwiderstände unterscheiden sich in ihrer Bauform. In der Regel werden die Anschlussdrähte seitlich aus dem Widerstandskörper herausgeführt. Einfluss auf die Bauform bzw. Größe hat noch die maximale Verlustleistung. Je größer der Widerstandskörper, desto größer darf die Verlustleistung sein.
Festwiderstände unterscheiden sich auch in ihrer materiellen Zusammensetzung. Grob gesehen gibt es Schichtwiderstände und Drahtwiderstände. Bei den Schichtwiderständen unterscheidet man noch zwischen Kohleschichtwiderständen und Metallfilmwiderständen. Drahtwiderstände verwendet man selten, weil sie einen hohen induktiven Anteil haben. Sie wirken wie ein Spule.
Schichtwiderstand
Bei Schichtwiderständen wird auf einem zylindrischem Keramik oder Hartglas eine dünne Schicht Kohle, Metall oder Metalloxid aufgesprüht oder aufgedampft (im Vakuum).
Der Widerstandswert (Toleranz bis 5%) wird durch Schichtdicke und Aufsprühzeit bestimmt. Widerstandswerte mit geringerer Toleranz werden durch Einschliffe in den Schichten hergestellt. Diese führen aber zu einer höheren Induktivität des Widerstands.
Schichtwiderstände unterscheiden sich dann noch zwischen zwei Arten von Bauform und Material. Kohleschichtwiderstände eignen sich vor allem im HF-Bereich. Metallfilmwiderstände vereinen die Eigenschaften des Draht- und Kohleschichtwiderstandes in sich. Diese Widerstände haben eine geringere Toleranz.
Drahtwiderstand
Drahtwiderstände bestehen aus einem temperaturbeständigen Keramik- oder Kunststoffkörper, auf dem ein Draht einer Metall-Legierung aufgewickelt ist. Durch die Drahtwicklung entsteht eine relativ hohe Induktivität. Der Grund liegt in der ähnlichen Bauweise einer Spule. Um die Induktivität zu reduzieren wird eine bifilare Wicklung verwendet. Dabei wird der Widerstandsträger doppelt bewickelt. Die nebeneinander liegenden Wicklungen werden dann entgegengesetzt vom Strom durchflossen. Die dabei auftretenden Magnetfelder heben sich gegenseitig auf. Sie erreichen ein hohes Alter ohne Widerstandsverlust, sind sehr belastbar und eigenen sich bis zu einer Frequenz von 200 kHz.
Temperaturabhängigkeit
Die Widerstandswerte von Festwiderständen und auch einstellbaren Widerständen werden für eine Temperatur von 20°C angegeben. Mit steigender oder fallender Temperatur tritt eine Widerstandsänderung auf, die aber sehr gering ist. In der Praxis geht man von einem nahezu konstanten Widerstandswert aus.
Der Wert von Widerständen mit Metallschichten wird bei steigender Temperatur größer. Bei Kohleschichten nimmt der Wert ab.
Toleranz
Wie alle anderen elektronischen Bauelemente unterliegen Widerstände einer gewissen Fertigungstoleranz. Ein Widerstand, der mit 100 Ohm gekennzeichnet ist hat unter Umständen nur 99 Ohm oder 101 Ohm. Je nach Widerstandstyp liegt das noch in der Toleranz.
Die Toleranzen reichen von 0,1 bis 10 %. Je nach Anwendung muss man mehr oder weniger auf die Toleranz achten.
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