Widerstände (im alltäglichen Sprachgebrauch einfach als Widerstände bezeichnet) sind strombegrenzende Bauteile. Wenn ein Widerstand in einem Stromkreis angeschlossen ist, hat er in der Regel einen festen Widerstandswert mit zwei Stiften, die den Stromfluss in seinem angeschlossenen Zweig begrenzen. Widerstände mit unveränderlichen Widerstandswerten werden als Festwiderstände, während solche mit einstellbarem Widerstand als Potentiometer or veränderliche Widerstände. Ein idealer Widerstand ist linear, d. h. der Momentanstrom ist direkt proportional zur angelegten Momentanspannung. Variable Widerstände, die zur Spannungsteilung verwendet werden, verfügen über einen oder zwei bewegliche Metallkontakte, die gegen ein freiliegendes Widerstandselement gedrückt werden, wobei die Kontaktposition den Widerstand zwischen den beiden Enden des Widerstandselements und dem Kontakt bestimmt.
Inhaltsübersicht
Arbeitsprinzip von PCB-Widerständen
Widerstände auf Leiterplatten funktionieren, indem sie den Stromfluss durch ihr internes Widerstandsmaterial behindern und dadurch den Strom begrenzen.Ihr Betrieb basiert auf Ohm’sches Gesetz: V = I × R, where V is voltage, I is current, and R is resistance. A resistor’s fixed value is typically connected to the circuit through two pins to regulate current flow. The resistance value depends on factors including temperature, material, length, and cross-sectional area. The Temperaturkoeffizient quantifies resistance variation per 1°C temperature change, expressed as a percentage. A key characteristic of resistors is their ability to convert electrical energy into heat, making them energy-dissipating components. In circuits, resistors primarily serve voltage division and current splitting functions and can work with both AC and DC signals.
Materialien für Widerstände
Widerstände werden in erster Linie aus Widerstandsmaterialien hergestellt. Zu den gebräuchlichen Typen gehören Kohlenstofffilm, Metallfilm, feste Zusammensetzung und Drahtwicklung. Die unterschiedlichen Eigenschaften dieser Materialien bestimmen die Leistung und die Anwendungen von Widerständen. Zum Beispiel:
- Kohleschichtwiderstände werden aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer guten Stabilität häufig verwendet
- Metallschichtwiderstände werden in Hochleistungsschaltungen wegen ihrer überragenden Stabilität und ihres geringen Rauschens bevorzugt
Klassifizierung nach Material
- Drahtgewickelte Widerstände: Hergestellt durch Wickeln von hochwiderstandsfähigem Legierungsdraht um einen isolierenden Kern, beschichtet mit hitzebeständiger Glasur oder isolierender Farbe. Sie zeichnen sich durch einen niedrigen Temperaturkoeffizienten, hohe Präzision, gute Stabilität und Hitze-/Korrosionsbeständigkeit aus. Hauptsächlich für Präzisionsanwendungen mit hoher Leistung verwendet, allerdings mit schlechter Hochfrequenzleistung und großer Zeitkonstante.
- Widerstände mit Kohlenstoffzusammensetzung: Wird durch Komprimierung von Kohlenstoff und synthetischem Kunststoff hergestellt.
- KohleschichtwiderständeHergestellt durch Abscheidung von kristallinem Kohlenstoff auf Keramikstäben. Sie bieten niedrige Kosten, stabile Leistung, einen großen Widerstandsbereich und niedrige Temperatur-/Spannungskoeffizienten, was sie zum am häufigsten verwendeten Widerstandstyp macht.
- MetallschichtwiderständeHergestellt durch Vakuumabscheidung von Legierungsmaterialien auf Keramikstäben.Bieten höhere Präzision, bessere Stabilität, geringeres Rauschen und kleinere Temperaturkoeffizienten als Kohleschichtwiderstände, weshalb sie häufig in Mess- und Kommunikationsgeräten eingesetzt werden.
- Metalloxidschichtwiderstände: Sie werden durch Abscheidung von Metalloxiden (wie Zinnoxid) auf Isolierstäben hergestellt. Da sie selbst Oxide sind, bieten sie eine hervorragende Hochtemperaturstabilität, Temperaturwechselbeständigkeit und eine hohe Belastbarkeit.
Je nach Anwendung können Widerstände in die Kategorien Allzweck-, Präzisions-, Hochfrequenz-, Hochspannungs-, Hochwiderstands- und Hochleistungswiderstandsnetze eingeteilt werden.
Widerstandsmarkierungen
The nominal resistance value is marked on resistors using numbers or color codes, with units of ohms (Ω), kilohms (kΩ), megohms (MΩ), or teraohms (TΩ). Resistance values follow standardized preferred number series corresponding to tolerance ratings.
Widerstandswert- und Toleranzkennzeichnungsmethoden
Es gibt drei primäre Markierungsmethoden:
- Direkte Markierung
- Farbkodierung
- Alphanumerische Symbolkodierung
1. Direkte Markierungsmethode
| Beispiel für eine Kennzeichnung | Widerstandswert | Toleranz |
|---|---|---|
| 3Ω3 Ⅰ | 3.3 Ω | ±5% |
| 1K8 | 1.8 kΩ | ±20% |
| 5M1 Ⅱ | 5.1 MΩ | ±10% |
| Note: Unmarked resistors default to ±20% tolerance |
2.Farbcodierungsmethode
4-Band-Identifikation von Widerständen
| Farbe | 1. Stelle | 2. Stelle | Multiplikator | Toleranz |
|---|---|---|---|---|
| Schwarz | 0 | 0 | 10⁰ | — |
| Braun | 1 | 1 | 10¹ | — |
| Red | 2 | 2 | 10² | — |
| Orange | 3 | 3 | 10³ | — |
| Gelb | 4 | 4 | 10⁴ | — |
| Grün | 5 | 5 | 10⁵ | — |
| Blau | 6 | 6 | 10⁶ | — |
| Violett | 7 | 7 | 10⁷ | — |
| Gray | 8 | 8 | 10⁸ | — |
| Weiß | 9 | 9 | 10⁹ | — |
| Gold | — | — | 10⁻¹ | ±5% |
| Silber | — | — | 10⁻² | ±10% |
Identifizierung von 5-Band-Widerständen
| Farbe | 1. Stelle | 2. Stelle | 3. Stelle | Multiplikator | Toleranz |
|---|---|---|---|---|---|
| Schwarz | 0 | 0 | 0 | 10⁰ | — |
| Braun | 1 | 1 | 1 | 10¹ | ±1% |
| Red | 2 | 2 | 2 | 10² | ±2% |
| Orange | 3 | 3 | 3 | 10³ | — |
| Gelb | 4 | 4 | 4 | 10⁴ | — |
| Grün | 5 | 5 | 5 | 10⁵ | ±0.5% |
| Blau | 6 | 6 | 6 | 10⁶ | ±0.25% |
| Violett | 7 | 7 | 7 | 10⁷ | ±0.1% |
| Gray | 8 | 8 | 8 | 10⁸ | ±0.05% |
| Weiß | 9 | 9 | 9 | 10⁹ | — |
| Gold | — | — | — | 10⁻¹ | ±5% |
| Silber | — | — | — | 10⁻² | ±10% |
Wie die Tabellen verwendet werden
Für 4-Band-Widerstände:
- 1. Band (Zehnerstelle): Farbe = Rot (2)
- 2. Band (Einerstelle): Farbe = Orange (3)
- Multiplikator: Color = Black (10⁰)
- Toleranz: Color = Gold (±5%)
Beispiel:
Red-Orange-Black-Gold = 23 × 10⁰ = 23Ω (±5%)
Für 5-Band-Widerstände:
- 1. Band (Hunderterstelle): Farbe = Rot (2)
- 2. Band (Zehnerstelle): Farbe = Blau (6)
- 3. Band (Einerstelle): Farbe = Grün (5)
- Multiplikator: Color = Black (10⁰)
- Toleranz: Color = Brown (±1%)
Beispiel:
Red-Blue-Green-Black-Brown = 265 × 10⁰ = 265Ω (±1%)
Definition von Toleranz
Die Toleranz stellt die maximal zulässige Abweichung zwischen dem tatsächlichen Widerstandswert und dem Nennwert, ausgedrückt in Prozent. Übliche Toleranzklassen sind:
- Standard: ±5%, ±10%, ±20%
- Precision: <±1%
- High-precision: Up to ±0.001%
Hinweis: Die Genauigkeit wird sowohl durch die Toleranz als auch durch irreversible Widerstandsänderungen bestimmt.
Auswahl von PCB-Widerständen
1. Auswahl der Festwiderstände
Die Wahl des Widerstandsmaterials und -aufbaus sollte sich nach den spezifischen Anforderungen der Anwendungsschaltung richten:
- Hochfrequenz-Schaltungen: Verwenden Sie nicht drahtgewickelte Widerstände mit geringer verteilter Induktivität und Kapazität, wie z. B. Widerstände mit Kohlenstoffschicht, Metallschicht, Metalloxidschicht, Dünnschicht, Dickschicht, Legierung oder Korrosionsschutzbeschichtung.
- Kleinsignal-Verstärker mit hoher Verstärkung: Entscheiden Sie sich für rauscharme Widerstände (z. B. Metallfilm-, Kohleschicht- oder drahtgewickelte Widerstände). Vermeiden Sie Kohlenstoffzusammensetzung und organische Festkörperwiderständedie ein höheres Rauschen aufweisen.
Wichtige Überlegungen:
✔ Select standard-series resistors with values closest to the calculated circuit requirement.
✔ General circuits: ±5% to ±10% tolerance ist akzeptabel.
✔ Precision instruments/special circuits: Use hochpräzise Widerstände (z. B. 0,01 %, 0,1 % oder 0,5 % Toleranz, wie z. B. Jebsen-Widerstände).
✔ Nennleistung must match circuit demands—avoid arbitrarily increasing/decreasing wattage.
✔ For power resistors: Choose a rating 1–2× higher als der tatsächliche Stromkreisbedarf.
2.Schmelzbare Widerstände
Diese fungieren als Schutzkomponenten. Auswahl erfordert Abwägung:
- Normaler Betrieb: Stabile Leistung unter Nennbedingungen.
- Überlastungsszenarien: Schnelle Absicherung zum Schutz des Stromkreises.
⚠ Ungeeignete Widerstands-/Leistungswerte beeinträchtigen den Schutz.
Drei grundlegende Auswahlprinzipien
- Zertifizierte Fertigung: Wählen Sie Widerstände, die nach zertifizierten Verfahren mit hohem Standard hergestellt werden.
- Bewertung der Lieferanten: Priorisieren Sie Hersteller mit technische Überlegenheit, Qualitätssicherung, Kosteneffizienz und zuverlässige Unterstützung.
- Direkte Beschaffung: Beschaffen Sie bei zugelassenen Lieferanten mit geprüften Produktkatalogen.
Wichtige Widerstandsmarken
| Region | Hersteller |
|---|---|
| US/EU/Japan | Vishay, TE Connectivity, TT Electronics, Bourns, KOA |
| Taiwan/China | Yageo, Ralec, Uniohm, LIZ, TA-I, Walsin, Viking Tech, HKR, PAK HENG, TOKEN |
Richtlinien für das Löten von PCB-Widerständen
1. Temperaturkontrolle
- Einstellung auf Basis des Widerstands Material, Größe und Lötverfahren.
- Zu hoch: Gefahr der Beschädigung von Bauteilen.
- Zu niedrig: Schwache Lötstellen.
2. Dauer der Lötung
- Überschüssige Zeit: Verschlechtert die Leistung von Widerständen.
- Unzureichende Zeit: Schlechtes Haftvermögen.
3. Platzierung
- Montage an der PCB’s top layer (vermeiden Sie die Platzierung auf der Unterseite).
- Vermeiden Sie die Nähe zu anderen Komponenten, um Störungen zu vermeiden.
4. Lötverfahren
- Handlöten: Prototyping in kleinen Stückzahlen.
- Maschinelles Löten: Massenproduktion.
- Beide erfordern eine strenge Kontrolle der Temperatur, Zeit und Positionierung.
5. Zusätzliche Kontrollen
✔ Verify resistor Spezifikationen entsprechen den PCB-Design-Parametern.
✔ Vorgereinigte PCBs um Verunreinigungen zu entfernen.
✔ Kontrolle nach dem Löten: Gewährleistung der mechanischen Stabilität.
ZusammenfassungRichtiges Löten von Widerständen ist entscheidend für die Zuverlässigkeit von Leiterplatten. Die Beherrschung dieser Techniken gewährleistet eine optimale Schaltungsleistung.
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