Was versteht man unter Toleranz bei Widerstand?

Das Wort „Widerstand“ hat in der Elektronik eine zweifache Bedeutung. Zum einen wird die den elektrischen Strom hemmende Eigenschaft von Materialien als Widerstand bezeichnet; zum anderen wird mit „Widerstand“ ein speziell zu diesem Zweck gefertigtes Bauteil bezeichnet.

„Normale“ Widerstände¶

Ein Widerstand besteht normalerweise aus einem isolierenden Porzellan-Körper, der mit einer dünnen Kohle- oder Metallschicht und einem Schutzlack überzogen ist.[1] Kohleschicht-Widerstände sind meist ockerfarben, Metallschicht-Widerstände blau lackiert. Auf dem Schutzlack ist schließlich der Widerstandswert in Form von farbigen Ringen aufgedruckt, um ihn auch ohne Lupe und von allen Seiten gleichermaßen lesbar zu machen.

Schaltzeichen eines Widerstandes (allgemein).

Kohle- und Metallschicht-Widerstände unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Toleranz-Werte, d.h. durch die mögliche Abweichung des tatsächlichen Widerstandswertes vom aufgedruckten Wert. Metallschicht-Widerstände lassen sich präziser fertigen und weisen somit eine geringere Toleranz (meist

) auf, sind dafür allerdings auch geringfügig teurer. Für die meisten Zwecke reichen im Hobby-Bereich die günstigeren und etwas unpräziseren Kohleschicht-Widerstände (meist oder Toleranz) völlig aus.

Notation von Widerstandswerten

Widerstandswerte werden häufig mit zweierlei Besonderheiten angegeben:

1. Da die Werte von verschiedenen Widerständen sehr unterschiedlich sein können (von rund einem Ohm bis einigen Millionen Ohm), werden Widerstandswerte oft als Zehnerpotenzen angegeben, beispielsweise
   statt
   . Das
   -Zeichen wird dabei sogar häufig weggelassen.
2. In Schaltplänen ist darüber hinaus als Schreibweise üblich, mögliche Nachkommastellen hinter den Potenzfaktor zu schreiben; ein Widerstandsangabe von
   entspricht somit einem Widerstandswert von
   bzw.
   . Auf diese Weise kann ausgeschlossen werden, dass man eine Kommastelle aus Versehen „überlesen“ könnte.

Farb-Codierung

Obwohl die Farben der aufgedruckten Farbringe stets die gleiche Bedeutung haben, unterscheiden sich Kohle- und Metallschicht-Widerstände in der Anzahl der auf ihnen aufgedruckten Ringe. Auf Kohleschicht-Widerständen werden, wie in Tabelle Farbtabelle (Kohleschicht-Widerstände) aufgelistet, stets vier Ringe aufgedruckt:

• Die ersten beiden Ringe stellen die ersten beiden Ziffern des Widerstandswertes dar.
• Der dritte Ring legt als Multiplikator die Anzahl der Nullen fest.
• Der vierte Ring, der bei Kohleschicht-Widerständen meist silbern oder golden ist, ist etwas nach rechts abgesetzt und gibt den Toleranzwert an; an seinem Abstand zu den übrigen Ringen kann man sich vergewissern, den Widerstandswert auch von der richtigen Seite her abzulesen.

Farbtabelle (Kohleschicht-Widerstände)¶

Farbring	Farbe	1. Ring	2. Ring	3. Ring	4. Ring
		1. Ziffer	2. Ziffer	Nullen	Toleranz
	schwarz			—	—
	braun
	rot
	orange				—
	gelb				—
	grün
	blau				—
	violett				—
	grau				—
	weiß				—
	gold	—	—	—
	silber	—	—	—

Auf die präziseren Metallschicht-Widerstände werden, wie in Tabelle Farbtabelle (Metallschicht-Widerstände) wiedergegeben, stets fünf Ringe aufgedruckt. Der Widerstandswert wird mit vier Ringen dargestellt, wobei die ersten drei Ringe die ersten drei Ziffern des Widerstandswertes darstellen und der vierte Ring als Multiplikator die Anzahl der anzufügenden Nullen angibt. Auf diese Weise sind auch feinere Abstufungen der Widerstandswerte wie beispielsweise

darstellbar.

Farbtabelle (Metallschicht-Widerstände)¶

Farbring	Farbe	1. Ring	2. Ring	3. Ring	4. Ring	5. Ring
		1. Ziffer	2. Ziffer	3. Ziffer	Nullen	Toleranz
	schwarz				—	—
	braun
	rot
	orange					—
	gelb					—
	grün
	blau					—
	violett
	grau					—
	weiß					—
	gold	—	—	—
	silber	—	—	—

Beispiel:

Ein häufig auftretender Widerstandswert ist

– ein Widerstand dieser Größe wird beispielsweise benötigt, um eine normale Leuchtdiode an einer -Batterie bzw. einem entsprechenden Akku anzuschließen (siehe Leuchtdiode mit Vorwiderstand). Angenommen, dass es sich um einen Kohleschicht-Widerstand handelt, so entspricht die erste Ziffer einem gelben Ring, die zweite Ziffer einem violetten. An den so codierten Wert muss noch eine Null angehängt werden; dies lässt sich erreichen, indem der dritte Ring in brauner Farbe aufgedruckt wird.

Farbringe eines

-Widerstands.

Ist der vierte Ring des Kohlenschicht-Widerstandes goldfarben, so ist eine Toleranz von

erlaubt – der tatsächliche Wert des Widerstands liegt somit zwischen und Ohm.

Temperaturabhängige Widerstände¶

Fast alle elektrischen Bauteile weisen bei höheren Temperaturen auch einen meist geringfügig höheren Widerstand auf; es gibt allerdings auch (Halbleiter-)Materialien, bei denen diese Temperaturabhängigkeit sehr stark ausgeprägt ist. Als spezielle Widerstände werden diese besonderen Materialien häufig als Temperatur-Sensoren eingesetzt.

PTC-Widerstände

Als „Kaltleiter“ oder PTC-Widerstand („PTC“ = „Positive Temperature Coefficient“) werden Stoffe bezeichnet, deren Widerstand bei steigenden Temperaturen zunimmt.

Schaltzeichen eines Kaltleiters (PTC).

Typische Heißleiter-Werkstoffe sind beispielsweise Kohle, Halbleiter, oder bestimmte Metall-Oxide; sie werden unter anderem als schnelle und robuste Temperaturfühler sowie zur Spannungsstabilisierung verwendet.

NTC-Widerstände

Als „Heißleiter“ oder NTC-Widerstand („NTC“ = „Nositive Temperature Coefficient“) werden Stoffe bezeichnet, deren Widerstand bei steigenden Temperaturen abnimmt.

Schaltzeichen eines Heißleiters (NTC).

Typische Kaltleiter-Werkstoffe sind beispielsweise reine Metalle oder halbleitende Werkstoffe aus Titanat-Keramiken wie

oder ; sie werden unter anderem als Temperaturfühler, Thermostate sowie zur Stromstabilisierung verwendet.

Fotowiderstände¶

Fotowiderstände – auch „LDR“ (Light Dependend Resistor) genannt – haben, wenn sie voll beleuchtet werden, einen Widerstand von einigen hundert

. Bei sinkender Lichtintensität steigt der Widerstand – je nach Bauart – bis auf einige an.

Schaltzeichen eines Fotowiderstandes.

Die Widerstandsänderung eines Fotowiderstands geschieht vergleichsweise langsam; sie kann mit Hilfe eines Ohmmeters bei verschiedenen Beleuchtungsstärken leicht beobachtet werden. Gleichzeitig sind Fotowiderstände aufgrund ihrer „Trägheit“ nicht für schnelle optische Signalübertragungen (z.B. Infrarot-Fernbedienungen) geeignet. Hierfür werden vielmehr Fotodioden und Fototransistoren eingesetzt.

Varistoren¶

Als Varistoren (auch „Voltage Dependend Reistor“ oder kurz VDR genannt) bezeichnet man elektrische Widerstände, deren Wert von der anliegenden Spannung abhängig ist.

Schaltzeichen eines Varistors.

Die Kennlinie eines Varistors sieht etwa folgendermaßen aus:

Strom-Spannungs-Kennlinie eines Varistors.

Bis zu einer Spannung von knapp

haben Varistoren einen sehr hohen Widerstandswert; ab einer derart hohen Spannung jedoch sinkt ihr Widerstandswert erheblich ab. Varistoren werden daher als Überspannungsschutz in Netzteilen und Steckdosenleisten eingebaut, um empfindliche elektronische Geräte wie Computer vor möglichen Spannungs-Spitzen zu schützen, wie sie beispielsweise bei einem Blitz-Einschlag auftreten können.

Da im Bereich der Hobby-Elektronik aus Sicherheitsgründen nicht mit Netzspannungen experimentiert wird, werden Varistoren in Bastel-Projekten kaum eingesetzt.

Regelbare Widerstände¶

Ein regelbarer Widerstand ist ein Widerstand, dessen Widerstandswert über einen Schleifkontakt (meist) von null bis zum angegebenen Höchstwert verändert werden kann. Dabei unterscheidet man zwischen auch im laufenden Betrieb regelbaren Potentiometern und fest einstellbaren Trimmwiderständen.

Potentiometer

Ein Potentiometer (kurz: „Poti“) ermöglicht eine Einstellung des Widerstandswertes von außen mit Hilfe eines Drehknopfes oder Schiebers.

Jedes Potentiometer besitzt drei Anschlüsse, wobei zwischen den beiden äußeren Anschlüssen der auf dem Potentiometer angegebene Widerstandswert in voller Höhe auftritt. Wird ein Ende und der mittlere Abgriff des Potentionmeters mit dem Stromkreis verbunden, so kann der Widerstand mit Hilfe des Drehknopfes zwischen null und dem maximalen Wert verändert werden.

Schaltzeichen eines Potentiometers.

Potentiometer finden häufig Einsatz als Dreh- bzw. Schieberegler, beispielsweise bei der Einstellung der Lautstärke an einem Radio.

Trimmwiderstände

Ein Trimmwiderstand („Einstellpoti“) kann nur mit Hilfe eines Schraubenziehers justiert werden. Da Trimmwiderstände meist fest verbaute Bestandteile einer Schaltung sind, ist eine Nachjustierung im laufenden Betrieb normalerweise nicht vorgesehen.

Schaltzeichen eines Trimmwiderstands.

Anmerkungen:

[1]

Früher waren auch Masse- und Drahtwiderstände weit verbreitet. Bei Massewiderständen bildet ein stabförmige Körper, der aus einem Gemisch an leitenden und nichtleitenden Stoffen besteht, den Widerstand. Der Widerstandswert hängt von der Art und der Dicke des verwendeten Materials ab. Bei einem Drahtwiderstand wird ein langer Draht auf ein isolierendes Keramik-Röhrchen aufgewickelt und an beiden Enden festgeklemmt. Der Widerstandswert hängt von der Art des Metalls, seiner Dicke und seiner Länge ab. Gegenüber diesen Widerstandstypen haben Schichtwiderstände den Vorteil, dass sie kostengünstiger und in kleineren Bauformen herstellbar sind. Masse- und Drahtwiderstände werden heutzutage nur noch in Hochlast-Bereichen (ab ca. ) eingesetzt, in denen die kleinen Kohle- und Metallschichtwiderstände durch eine zu hohe Wärme-Entwicklung zerstört würden.

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