Wie man regelmäßig und ohne Bedauern nach dem richtigen Widerstand greift

Devrimden Sonra / After The Revolution (HD) (March 2019).

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Es gibt viele Arten von Widerständen; Hier erfahren Sie, wie Sie den richtigen auswählen

Von Jean-Jacques DeLisle, beitragender Autor

Die Maker-Bewegung, oder einfach nur gute altmodische Bastelei, inspiriert mehr Ingenieure, Techniker und Hobbyisten, einen Lötkolben zu nehmen und in ihre neuesten Home-Automation-, IoT-, Roboter- oder andere schock-tastische Projekte einzutauchen. Eine der häufigsten Komponenten, auf die jeder professionelle oder Hobby-Schaltungsentwickler trifft, ist der zuverlässige elektrische Widerstand. Wie man sich vorstellen kann, gibt es bei dieser Technologie mehr als die Rainbow-banded Through-Hole-Widerstände, die in Hobby-Kits oder aus einem nicht mehr existierenden VCR stammen.

Die Aufgabe eines Widerstandes besteht darin, elektrische Energie, entweder Gleichstrom oder Wechselstrom, in thermische Energie umzuwandeln, indem er einen höheren Widerstand aufweist als der typische elektrische Leiter, der in einem Stromkreis verwendet wird. Auf diese Weise können sie den Stromfluss oder den Spannungsabfall über sie steuern, was eine praktische Möglichkeit bietet, solche Dinge in einer elektronischen Schaltung zu manipulieren. In der Tat ist es relativ einfach, Widerstände zu kombinieren, um den gewünschten spezifischen Stromwert zu erreichen, oder um Widerstandsnetzwerke zu strukturieren, um eine bestimmte Spannung zu erreichen, weshalb diese Geräte so gebräuchlich sind.

Angesichts dieser breiten Definition kann es jedoch viele Arten von Widerständen geben, die verschiedene Merkmale dieser Komponente optimieren, einschließlich Kosten, Leistungshandhabung, Größe, Gewicht, Temperaturbereich, hohe Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Rauschen und Frequenzgang. Diese vielen Arten von Widerständen bieten eine breite Palette von Stärken und Schwächen. Die folgende Tabelle zeigt viele der gebräuchlichsten Typen.

Abb. 1: Es gibt viele Mitglieder der elektrischen Widerstandsfamilie.

Widerstandstyp
Wenn nur der Begriff "Widerstand" verwendet wird, impliziert er typischerweise entweder einen durchgehenden oder oberflächenmontierten (SMT / SMD) linearen, festen Widerstand. Innerhalb dieser kleineren Kategorie gibt es jedoch immer noch eine Vielzahl von Typen mit sehr unterschiedlichen physikalischen und elektrischen Eigenschaften.

Durchkontaktierungswiderstände vieler Art haben einen Draht, der entweder von der Unterseite oder den Seiten des Widerstandskörpers kommt. Diese sind in vielen Bausätzen enthalten und sind für viele Lötkolbenbrände verantwortlich. Doch selbst diese Widerstände gibt es in vielen Formen und Größen. Es ist wahrscheinlich, dass jeder, der ein paar Widerstände gekauft hat, nicht versehentlich die mechanische Zeichnung in einem Datenblatt übersehen hat, um die tatsächliche Größe und Form eines Widerstands zu bestätigen. Bei Durchsteckwiderständen sind die Größe und der Widerstand oder die Nennleistung manchmal korreliert, manchmal nicht. Dies macht das Überprüfen der mechanischen Zeichnung des Datenblattes notwendig, wenn der Platzbedarf berücksichtigt wird. Manchmal macht es eine hässliche und schwer zu behebende Schaltung, wenn der Widerstand eine Yogaposition einnehmen muss, um über einen Lochabstand zu passen, der viel kleiner ist als sein Körper.

SMD-Widerstände sind einige der kleinen schwarzen Quadrate auf einer hochdichten oder kleinformatigen PCB. Hobby-Projekte können professionell montierte Teile mit SMD-Widerständen enthalten, aber ohne die richtige Heißluft oder spezielle Lötwerkzeuge sind SMT-Widerstände schwierig zu bearbeiten. Diese Widerstände haben normalerweise eine viel geringere Leistungsaufnahme und sind viel kleiner als Durchsteckwiderstände.

Bildquelle: Ohmite.

Bei SMD-Widerständen ist es relativ einfach, den Footprint zu bestimmen, da das Widerstandspaket typischerweise in XX-XX, wie 04-02, angegeben ist. Diese Metrik ist eine physikalische Messung, die in Standard oder metrisch angegeben wird und sich auf die Länge und Breite der Komponente bezieht. Es kann ratsam sein, selbst bei SMD-Widerständen die Höhe in der mechanischen Zeichnung zu prüfen, wenn ein niedriges Profil erwünscht ist.

Es gibt einen anderen Typ von Widerstand, der weniger häufig anzutreffen ist, nämlich der an der Schraube befestigte oder der an der Halterung montierte Widerstand. Diese werden typischerweise in Hochleistungs-, Hochzuverlässigkeits- oder Test-Szenarien verwendet, in denen präzise Widerstände mit geringem Rauschen bei DC oder mit Signalen mit niedriger Frequenz arbeiten.

Bildquelle: Ohmite.

Leistungs- und thermische Überlegungen
Selbst Widerstände desselben Typs können aufgrund ihrer Konstruktion unterschiedliche Nennleistungen haben. Diese werden normalerweise in Watt angegeben. Das Ohmsche Gesetz ist nützlich, um herauszufinden, wie viel Leistung der Widerstand benötigt. Abhängig davon, wie genau die Anforderungen eines Projekts sind, ist es oft ratsam, einen Widerstandswert zu wählen, der höher ist als die maximal zu erwartende Leistung. Da streunende Transienten beträchtliche Spannungs- oder Stromspitzen verursachen können, kann ein großer Leistungsspielraum einen Widerstandsausfall verhindern, was häufig zu einem offenen Stromkreis am Widerstand führt. Andere Fehlerarten umfassen Rauch, Feuer und in einigen Fällen sogar Entlöten oder Metallbrücken, die einen Kurzschluss verursachen.

Darüber hinaus ändert sich der Widerstandswert auch mit der Temperatur infolge externer Faktoren oder interner Erwärmung durch Verlustleistung. Abhängig von den Leistungsanforderungen des Projekts und davon, wie präzise der Widerstand gesteuert werden muss, kann es erforderlich sein, einen Widerstand mit einem niedrigen Wärmekoeffizienten zu wählen, damit der Widerstand innerhalb eines akzeptablen Bereichs über Temperatur- und Leistungsextremen bleibt.

Wichtige elektrische Spezifikationen
Offensichtlich ist der Widerstandswert eine wichtige Spezifikation für einen Widerstand. Es gibt jedoch viele andere Spezifikationen, die wichtig sein könnten.

Für Wandler, Sensoren und alles, was kabellos ist, kann das von einem Widerstand erzeugte Rauschen von Bedeutung sein. Bestimmte Widerstandstypen, wie z. B. Drahtwiderstände, neigen dazu, ein geringeres Rauschen zu haben als andere übliche Widerstände. Rauschen ist auch eine Funktion der Temperatur, so dass die Auswahl eines Widerstands mit einer niedrigen Rauschzahl, der eine Leistungsbehandlung aufweist, die viel höher ist als erforderlich, die Rauschgenerierung auf einem Minimum halten kann.

Eine weitere Überlegung ist das Frequenzverhalten. Nicht alle Widerstände haben den gleichen Widerstandswert über die Frequenz. SMD-Widerstände werden oft für HF- und drahtlose Anwendungen für Hochfrequenzschaltungen verwendet, da einige SMD-Widerstandstechnologien eine geringe Variation des Widerstands über die Frequenz aufweisen.

Qualität
Widerstände gibt es auch in vielen Qualitätsstufen. Für einige gebräuchliche Kohlenstoffzusammensetzungen, Dünnschicht- und Dickschichtwiderstände gibt es ein zusätzliches Band, manchmal mit metallischer Farbe, das die Genauigkeit des Widerstands anzeigt. Diese Farbe entspricht oft einem prozentualen Genauigkeitsbereich von typischerweise ± 1% ± 5%. Abhängig von den Toleranzen für den Widerstand, was oft Spannungs- oder Stromtoleranzen bedeutet, kann die Genauigkeit des Widerstands eine wesentliche Überlegung sein.

Zuverlässigkeit ist ein weiteres Problem, insbesondere für kritische medizinische Geräte und Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt sowie im militärischen Bereich. Hochzuverlässigkeitswiderstände folgen typischerweise einem Standard oder einer Bewertung, die sich auf eine niedrige statistische Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls über eine Lebenszeit beziehen. Einige Widerstände sind auch so konstruiert, dass sie Umgebungsbedingungen und sogar Strahlung oder g-Kräften standhalten.