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Weerstand (component)

Drei Widerstände mit dem durch den Farbcode angegebenen Wert.

EIN Widerstand ist ein elektrisches Bauteil mit der Eigenschaft elektrischer Wiederstand hast. Es ist ein Objekt, das dazu dient, den Durchgang von elektrischem Strom zu behindern, ihm zu widerstehen, was zu einem Spannungsabfall über den Widerstand.

Widerstände werden als Teil in used verwendet elektrische netze. Für ein solches Bauteil gilt nach Ohm'sches Gesetz ein festes Verhältnis zwischen der angelegten Spannung und dem fließenden Strom. Dieses Verhältnis ist das Widerstandswert, die ausdrückt, wie stark der Fluss behindert wird. Der Widerstandswert, auch kurz Widerstand genannt, wird in der Ableitung . ausgedrückt SI-Einheit Ohm (Symbol: Ω). Ein Widerstand hat einen Wert von 1 Ohm als eine Spannung von 1 Volt über das Bauteil führt zu einem Strom von 1 Ampere.

Arten von Widerständen

Konstruktion

Ein Widerstand leitet seine Eigenschaft von einem Widerstandsmaterial ab, für das Kohlenstoff und Metall-Legierungen verwendet werden. Die heute gebräuchlichsten Widerstände sind Kohlewiderstände. Ein Massewiderstand besteht vollständig aus Kohlenstoff. Andere Typen sind mit einer Kohlenstoffschicht ausgestattet, die spiralförmig sein kann oder nicht. Widerstände mit Widerstandsdraht aus einer geeigneten Metallegierung um einen Kern gewickelt werden, um eine ausreichende Drahtlänge in einem kleinen Volumen unterzubringen. Gewickelte Widerstände haben den Nachteil, dass bei höheren Frequenzen die Induktivität der Wicklung ist nicht zu vernachlässigen. Neben Präzisionswiderständen aus Widerstandsdraht gibt es auch solche mit Metallfolie. Metallschicht- und Kohleschichtwiderstände sind im Aufbau sehr ähnlich. Beide bestehen aus einer dünnen aufgedampften Schicht aus Kohlenstoff oder Metall (NiCr), in die eine Spirale eingeschnitten ist, um den richtigen Widerstandswert zu erreichen.

Widerstandswerte

Je größer die Toleranz, desto breiter der Wertebereich. Wird eine Reihe von Widerständen gewünscht, ist es sinnvoll nur zwei Werte zu fertigen, deren Toleranzbereich sich nicht überschneidet. Beyogen auf bevorzugte Nummern von Charles Renard sind für elektronische Bauteile, wie Widerstände, die sogenannten E-Serie entwickelt. Die E3-Sequenz hat jeweils drei Werte Dekade, beispielsweise zwischen 10 und 100 (10, 22, 47). Die E192-Serie enthält 192 Widerstandswerte im gleichen Bereich. Die bekannteste Serie für Widerstände ist die E12: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82. Die Serie E12 geht von einer Toleranz von 10 % aus. Widerstände werden mit Standardwerten aus diesen Bereichen zwischen wenigen μΩ verkauft (Mikroohm) (für Hochstrommessung) und mindestens 56 GΩ (Giga-Ohm) (zB für Hochspannungsmessung). Diese Zahlenfolgen bilden ungefähr a geometrische Folge, wodurch das Verhältnis zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten innerhalb derselben Reihe ungefähr konstant wird. Wenn die Anzahl der Schritte in der Sequenz nein dann ist dieses Verhältnis ungefähr 10^1/nein. Bei der E12-Serie sind das 10^1/12 1.21. Jeder nächste Schritt in dieser Reihe ist daher etwa 20 % höher. Dies zeigt auch, dass eine Toleranz von mehr als ±10% für diese Serie bedeutungslos ist.

Toleranz

Widerstände können bei der Produktion nicht unendlich genau auf einen Wert eingestellt werden, der Endwert weicht um einen gewissen Prozentsatz ab. Das wird der Toleranz den Widerstand genannt. Die maximale Abweichung in Prozent vom angezeigten Widerstandswert wird in der Regel auf dem Widerstand durch eine Zahl oder durch einen Farbring angegeben. Auf farbcodiert Widerstände, bei der Codierung von vier oder fünf Bändern zeigt das Band ganz rechts die Toleranz des Widerstands an. Bei einer Sechsbandcodierung ist das fünfte Band das Toleranzband. Widerstände mit sehr enger Toleranz sind Präzisionswiderstände erwähnt. Die üblichste Toleranz für moderne Widerstände beträgt 5% und wird durch einen goldenen Ring angezeigt.

Maximale Arbeitsspannung und Leistung

Ein Widerstand hat eine maximale Betriebsspannung und Leistung. Oberhalb der maximalen Betriebsspannung kann es zum Durchbruch kommen, was das Ende des Bauteils bedeutet. Wird die maximale Leistung zu lange überschritten, ändert sich der Widerstand teilweise sogar dramatisch, weil der Widerstand beschädigt wird. Während einige Widerstände spezifische Spannungsbegrenzungen haben, werden die meisten Anwendungsgrenzen durch das Maximum bestimmtLeistung. Dies hängt von der Konstruktion des Widerstands, wie den Abmessungen und dem Material ab. Größere Widerstände können mehr Hitze verarbeiten zerstreuen aufgrund ihrer größeren Oberfläche. Die üblichen Leistungsgrenzen für kohlenstoffbasierte Widerstände sind: 1/8 Watt, 1/4 Watt, 1/2 Watt, 1 Watt. Drahtgewickelte Widerstände und mit Sand gefüllte Widerstände haben eine viel höhere Leistungsbegrenzung wie 20 Watt. Widerstände mit passiver oder aktiver Kühlung können viel höhere Leistungen verarbeiten. Solche Widerstände werden beispielsweise verwendet, um Elektromotoren Steuerung, wie bei Elektro Lokomotiven und Züge.

Induktivität und Kapazität

In der Praxis werden die diskreten Komponenten als verkoopt . verkauft Widerstand kein idealer Widerstand wie oben definiert. Jeder echte Widerstand führt auch einige ein Induktivität und Kapazität dass es Wechselstromverhalten den Widerstand beeinflussen. Es werden spezielle niederinduktive Widerstände verwendet bifilar so verpackt, dass sie geeignet sind für Hochfrequenz Anwendungen.

Rauschspannung

Jeder Widerstand verursacht eine bestimmte Rauschspannung (Thermisches Rauschen). Wenn ein Strom durch ihn fließt, wird diese Rauschspannung oft stärker (Stromrauschen). Wenn ein Widerstand auf Raumtemperatur erwärmt wird, wird ein Teil der Wärmeenergie in Rauschen umgewandelt. Da sich die Elektronen zufällig bewegen, befinden sich zu einem bestimmten Zeitpunkt mehr Elektronen auf einer Seite des Widerstands als auf der anderen. Dadurch entsteht eine kleine Potentialdifferenz und es entsteht eine Rauschquelle/ein Rauschgenerator, ohne dass eine externe Quelle angeschlossen wird.

Die Formel für das thermische Rauschen lautet: ${displaystyle {sqrt {4kTRB}}}$
Darin steht:

K die Boltzmann-Konstante (1,38·10^—23 Ws/K)
T ist die absolute Temperatur in K
B ist die Bandbreite in Hz
R ist der Widerstandswert in Ω

Dieser Effekt ist bei einem Kohleschichtwiderstand wesentlich stärker als bei einem Metallschichtwiderstand.

Variable Widerstände

Schematische Darstellung einiger Widerstände

Ein variabler Widerstand ist ein Widerstand, dessen Wert durch Bewegung, Lichteinfall, Spannung, Temperatur oder mechanische Verformung verändert werden kann.

Einige variable Widerstände sind:

Potentiometer (auch: Potentiometer): Widerstand je nach Schieberstellung (durch Drehen oder Schieben), wobei auch Spannungsverhältnisse einstellbar sind.
Rheostat: variabler Widerstand, normalerweise für höhere Ströme.
LDR, lichtabhängiger Widerstand: Widerstand umgekehrt proportional zur Lichtintensität
Varistor, spannungsabhängiger Widerstand (VDR): Widerstand nimmt mit steigender Spannung stark ab
NTC-Widerstand (negativer Temperaturkoeffizient): Widerstand umgekehrt proportional zur Temperatur
PTC-Widerstand (positiver Temperaturkoeffizient): Widerstand proportional zur Temperatur
Dehnungsmessstreifen: Widerstand abhängig von (mechanischer) Längenänderung

Ersatzwiderstand

Bei mehreren Widerständen in einem Stromkreis wird der globale Widerstand oder der Ersatzwiderstand wie folgt berechnet werden:

Anschließen einer Reihe von Widerständen in a Serienverbindung dann ist der Ersatzwiderstand gleich der Summe der zu ersetzenden Widerstände:

{displaystyle R_{v}=Summe _{k=1}^{n}R_{k}}

Anschließen einer Reihe von n Widerständen in a parallele Verbindung dann ist der Ersatzwiderstand gleich harmonische Mittel der zu ersetzenden Widerstände geteilt durch die Anzahl der Widerstände:

{displaystyle {frac {1}{R_{v}}}=Summe _{k=1}^{n}{frac {1}{R_{k}}}}

Bei welchem ${displaystyle R_{v}}$ stellt den Ersatzwiderstand dar.

Die Beziehung zwischen Widerstand (R), Stromspannung (Du und fließen (ich) ist:

{Anzeigestil U=Icdot R}

Diese Beziehung wird als bezeichnet Ohm'sches Gesetz.

Die Umkehrung des Widerstands heißt Leitfähigkeit (G) oder Leitfähigkeit. Dies äußert sich in siemens (S):

{displaystyle G={frac {1}{R}}}

Der Widerstand eines Drahtes lässt sich mit . berechnen Pouillets Gesetz.

Ableitung

Der elektrische Energieverlust in einem Widerstand ist Ableitung erwähnt. Die Zerstreuten Energie freigegeben als Wärme. Es Leistungp im Watt dieses Verlustes Bei einem Widerstand von R (in Ohm) kann je nach Stromstärke abgeleitet werden ich (in Ampere) und die Spannung SIE (in Volt):