Wie viele elektronische Bauteile gibt es Widerstände in vielen Formen, Größen, Kapazitäten und Typen. Es gibt auch Unterschiede in typischen Werten für Widerstandsrauschen, Toleranzen, Nennleistung, Temperaturkoeffizient, Spannungskoeffizient, Frequenzgang, Größe und Zuverlässigkeit. Einige Widerstände sind in manchen Anwendungen ideal und in anderen eine Quelle für Alpträume bei der Fehlersuche.
In diesem Leitfaden betrachten wir die Arten von Widerständen und den jeweiligen Anwendungsfall für jeden.
Kohlenstoffzusammensetzungswiderstände
Widerstände mit Kohlenstoffzusammensetzung waren früher aufgrund ihrer geringen Kosten und Zuverlässigkeit die gebräuchlichste Art von Widerständen. Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung verwenden einen festen Materialblock aus Kohlenstoffpulver, einer isolierenden Keramik und einem Bindematerial. Der Widerstand wird durch Variieren des Verhältnisses von Kohlenstoff zu den Füllmaterialien gesteuert.
Die Kohlenstoffzusammensetzung im Widerstand wird durch Umgebungsbedingungen, insbesondere Feuchtigkeit, beeinflusst. Es neigt dazu, sich im Laufe der Zeit im Widerstand zu ändern. Aus diesem Grund haben Kohlenstoffzusammensetzungswiderstände eine schlechte Widerstandstoleranz, typischerweise nur 5 Prozent. Auch Kohlekomposit-Widerstände sind auf Nennleistungen bis 1 Watt begrenzt. Im Gegensatz zu ihren schlechten Toleranzen und ihrer geringen Leistung haben Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung einen guten Frequenzgang, wodurch sie für Hochfrequenzanwendungen geeignet sind.
Kohleschichtwiderstände
Kohleschichtwiderstände verwenden eine dünne Kohlenstoffschicht auf einem isolierenden Stab, der so geschnitten wird, dass er einen schmalen, langen Widerstandspfad bildet. Durch Steuern der Länge des Pfads und seiner Breite kann der Widerstand mit Toleranzen von bis zu 1 Prozent präzise gesteuert werden.
Insgesamt sind die Fähigkeiten eines Kohleschichtwiderstands besser als die eines Widerstands aus Kohlezusammensetzung, mit Nennleistungen von bis zu 5 Watt und verbesserter Stabilität. Der Frequenzgang ist jedoch aufgrund der Induktivität und Kapazität, die durch den in den Film geschnittenen Widerstandspfad verursacht werden, schlechter.
Metallschichtwiderstände
Einer der heute gebräuchlichen axialen Widerstandstypen sind Metallschichtwiderstände. Ähnlich im Aufbau wie Kohleschichtwiderstände, der Hauptunterschied ergibt sich aus der Verwendung einer Metalllegierung als Widerstandsmaterial anstelle von Kohlenstoff.
Die Metalllegierung, typischerweise eine Nickel-Chrom-Legierung, bietet engere Widerstandstoleranzen als Kohleschichtwiderstände mit Toleranzen von bis zu 0,01 Prozent. Metallschichtwiderstände sind bis etwa 35 Watt erhältlich. Oberhalb von 1 oder 2 Watt beginnen die Widerstandsoptionen jedoch abzunehmen.
Metallschichtwiderstände sind rauscharm. Diese Widerstände sind stabil mit geringer Widerstandsänderung aufgrund von Temperatur und angelegter Spannung.
Dickschichtwiderstände
Dickschichtwiderstände wurden in den 1970er Jahren populär und sind auch heute noch gängige Oberflächenmontagewiderstände. Diese werden durch ein Siebdruckverfahren unter Verwendung eines leitenden Verbundwerkstoffs aus einer Keramik- und Glasmischung hergestellt, der in einer Flüssigkeit suspendiert ist. Nachdem der Widerstand siebgedruckt wurde, wird er bei hohen Temperaturen gebacken, um die Flüssigkeit zu entfernen und den Keramik-Glas-Verbundstoff zu verschmelzen.
Anfangs hatten Dickschichtwiderstände schlechte Toleranzen. Heute sind diese mit Toleranzen von nur 0,1 Prozent in Gehäusen erhältlich, die bis zu 250 Watt verarbeiten können. Dickschichtwiderstände haben einen hohen Temperaturkoeffizienten, wobei eine Temperaturänderung von 100 Grad Celsius zu einer Widerstandsänderung von bis zu 2,5 Prozent führt.
Dünnschichtwiderstände
In Anlehnung an Halbleiterprozesse werden Dünnschichtwiderstände durch einen Vakuumabscheidungsprozess namens Sputtern hergestellt. Beim Sputtern wird eine dünne Schicht aus leitfähigem Material auf einem isolierenden Substrat abgeschieden. Diese dünne Schicht wird fotogeätzt, um ein Widerstandsmuster zu erzeugen.
Durch die präzise Steuerung der abgeschiedenen Materialmenge und des Widerstandsmusters können mit Dünnschichtwiderständen Toleranzen von bis zu 0,01 Prozent erreicht werden. Dünnschichtwiderstände sind auf etwa 2,5 Watt und niedrigere Spannungen als andere Widerstandstypen begrenzt, sind aber stabile Widerstände. Die Präzision von Dünnschichtwiderständen hat ihren Preis, sie sind in der Regel doppelt so teuer wie Dickschichtwiderstände.
Drahtwiderstände
Die leistungsstärksten und präzisesten Widerstände sind drahtgewickelte Widerstände, die selten gleichzeitig leistungsstark und präzise sind. Drahtwiderstände werden hergestellt, indem ein hochohmiger Draht, im Allgemeinen eine Nickel-Chrom-Legierung, um eine Keramikspule gewickelt wird. Durch Variation von Durchmesser, Länge, Legierung des Drahtes und Wickelmuster lassen sich die Eigenschaften des Drahtwiderstandes an die Anwendung anpassen.
Widerstandstoleranzen liegen bei Präzisions-Drahtwiderständen bei bis zu 0,005 Prozent und sind bei Nennleistungen bis etwa 50 Watt zu finden. Drahtgewickelte Leistungswiderstände haben normalerweise Toleranzen von entweder 5 Prozent oder 10 Prozent, haben aber Nennleistungen im Kilowattbereich.
Drahtgewickelte Widerstände leiden konstruktionsbedingt unter einer hohen Induktivität und Kapazität, was diese auf Niederfrequenzanwendungen beschränkt.
Potentiometer
Das Variieren eines Signals oder das Abstimmen einer Sch altung ist eine häufige Anforderung für sensible elektronische Anwendungen. Eine einfache Möglichkeit, ein Signal manuell einzustellen, ist die Verwendung eines variablen Widerstands oder Potentiometers. Potentiometer werden üblicherweise für analoge Benutzereingaben wie Lautstärkeregler verwendet. Kleinere oberflächenmontierte Versionen stimmen oder kalibrieren eine Sch altung auf einer Leiterplatte, bevor sie versiegelt und an Kunden versandt werden.
Potentiometer können präzise variable Widerstände mit mehreren Windungen sein, sind aber oft einfache Geräte mit einer Windung, die einen Schleifer entlang eines leitfähigen Kohlenstoffpfads bewegen, um den Widerstand von nahe Null auf den Maximalwert zu ändern.
Potentiometer haben im Allgemeinen eine geringe Nennleistung, ein schlechtes Rauschverh alten und eine mittelmäßige Stabilität. Die Möglichkeit, den Widerstand zu variieren und ein Signal anzupassen, macht Potentiometer jedoch in vielen Sch altungsdesigns und beim Prototyping von unschätzbarem Wert.
Andere Widerstandstypen
Wie bei den meisten Komponenten bedienen mehrere spezielle Widerstandsvarianten Nischenanforderungen. Einige sind weit verbreitet, einschließlich des Widerstandselements in der Glühlampe. Andere spezielle Widerstandsvarianten umfassen Heizelemente, Metallfolie, Oxid, Shunts, Cermet und Gitterwiderstände.
