Der Widerstand - Hindernis des Stromes
Materialbedarf
Anz. | Bezeichnung | Datenblatt |
1 | Batterie/Spannungsquelle 9V | |
2 | Widerstand 470 Ohm | |
2 | Widerstand 1,0 kOhm | |
1 | Multimeter |
Grundlagen
Es kommt bei elektronischen Schaltungen immer wieder vor, das der Strom in irgendeiner Form begrenzt bzw. die Spannung verringert werden muss. Die einfachste Möglichkeit dies zu erreichen, ist der Widerstand. Es werden in der Regel 2 Widerstandsarten verwendet. Kohleschichtwiderstände und Metallschichtwiderstände. Die Widerstände sind mit unterschiedlichen Belastungen erhältlich. Ich werde in den Kursen eine Belastung von 0,25W voraussetzen. Diese sind als Massenware leicht zu bekommen. Auf der Abbildung sind Kohleschichtwiderstände mit unterschiedlichen Werten zu sehen.
Kohleschichtwiderstände mit 0,25W
Wie stark ein Widerstand den Strom
begrenzt, hängt vom Wert ab. Dieser wird in Ohm (Ω) angegeben. Der Wert ist codiert mit Farbringen auf
dem Widerstand gedruckt. Um den Wert zu ermitteln, legen Sie sich den Widerstand
so vor sich, das der letzte Ring, der am weitesten außen ist, nach rechts
zeigt. Ich nehme jetzt mal an, das es sich hierbei um einen
Kohleschichtwiderstand handelt. Dann kann man mit der Kodierung beginnen. Den
einzelnen Farben sind entsprechende Werte zugeordnet. Diese Werte können in
meiner
Tabelle
(zu finden in der Rubrik 'Bibliothek')
nachgeschlagen werden. Man sieht z.B. folgende Farbkombination:
Nun ergeben sich die entsprechende Werte:
1. Ring = Grün = 5
2. Ring = Blau = 6
3. Ring = Braun = 1
4. Ring = Gold = Toleranz 5%
Die Werte von Ring 1 & 2 können gleich in Klartext hingeschrieben werden. Der 3. Ring gibt an, wie viele Nullen dem Wert noch angehängt werden müssen. Der letzte Ring zeigt an, welche Toleranz dieser Widerstand aufweisen kann. Somit haben wir hier einen Widerstand von:
5 6 0 Ohm mit 5% Toleranz.
Der Widerstand hat also einen Wert zwischen 532 und 588 Ohm.
Nehmen wir zur Vertiefung noch einen anderes Beispiel. Vor uns liegt nun ein Widerstand mit der Farbkombination Gelb - Lila - Orange - Gold. Aus der Tabelle lesen wir daraus:
1. Ring = Gelb = 4
2. Ring = Lila = 7
3. Ring = Orange = 3
4. Ring = Gold = Toleranz 5%
Daraus ergibt sich:
4 7 000 Ohm mit 5% Toleranz.
Anstatt 47000 ist es auch erlaubt 47k zu schreiben (Kilo ausgesprochen). Bei Werten in Millionen-Bereich sagt man Mega. Der Wert wird dann mit M abgekürzt. z.B. 47000000 = 47M.
Wer die Handhabung der Farbtabelle noch ein wenig üben möchte, hier noch einige Farbkombinationen:
Rot - Rot - Orange - Silber
Braun - Grün - Schwarz - Gold
Orange - Orange - Gelb - Rot
Rot - Lila - Blau - Gold
Die Wirkung des Widerstandes
Was macht nun genau ein Widerstand? Am besten wir untersuchen dieses mal mit Hilfe eines Versuches.
Wird diese Schaltung aufgebaut und in Betrieb genommen zeigt das Messgerät einen Strom von ca. 19 mA. In dieser Schaltung begrenzt der Widerstand den Strom, der maximal fließen kann. Dieser Strom hängt von der Stärke des Widerstandes ab. Was passiert aber nun, wenn man der Wert verändert? Ersetzen wir den Widerstand mal durch einen mit 1 kOhm.
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Hier zeigt jetzt das Messgerät einen Wert von ca. 9 mA an. Der Strom hat sich etwas mehr als halbiert. Schauen wir uns die beiden Werte an, ist zu sehen, das der Wert etwas mehr als verdoppelt wurde. Es besteht also ein direkter Zusammenhang zwischen dem Strom und der Höhe des Widerstandswertes. Eine weitere Erhöhung des Wertes würde eine weitere Stromsenkung zur Folge haben.
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Reihenschaltung
Benötigt man z.B. einen 1 kOhm-Widerstand. Hat diesen aber nicht zur Hand, kann man mit Hilfe der Reihenschaltung von zwei 470 Ohm Widerständen einen Ersatzwiderstand basteln. Nehmen wir nebenstehende Schaltung in Betrieb, zeigt das Messgerät einen Strom von 9,5 mA an. Bei der Reihenschaltung braucht man die einzelnen Werte nur addieren um den Gesamtwert herauszubekommen. Demnach haben wir hier jetzt einen Widerstand von 470+470=940 Ohm. In vielen Schaltungen ist der Unterschied gegenüber 1 kOhm vernachlässigbar. |
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Auch bei dieser Messung zeigt das Gerät 4,5V an. Die Spannung wird also gleichmäßig auf beide Widerstände aufgeteilt. Dieses Prinzip zeigt auch gleich eine weitere Eigenschaft von Widerständen. Den Spannungsteiler. Es ist auf diese Art möglich, die vorhandene Spannung zu verringern. Genauer wird diese Eigenschaft weiter unten beschrieben.
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Parallelschaltung
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Die Spannung bei den Widerständen bei dieser Schaltungsart ist immer gleich. Dies beweisen wir durch diese Messung. Diese Schaltung ist auch Vergleichbar mit unserem Hausstromnetz. Sämtliche Steckdosen innerhalb einer Wohnung sind parallel verdrahtet und werden mit einer Spannung von 230V versorgt. Dieser Wert ändert sich auch nicht wenn man Verbraucher zusätzlich anschließt oder entfernt.
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Mischschaltung
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Spannungsteiler
Hier wird ein Spannungsteiler mit einer Teilung von nicht ganz 2:1 gezeigt. Unser Multimeter zeigt in diesem Beispiel eine Spannung von etwa 6,1 V an. Also ca. 2/3 der Betriebsspannung. Demzufolge muss der Rest der Spannung an R2 anliegen. |
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