Festwiderstand

Öffnest du ein beliebiges Elektronikgerät, sind die meisten Bauteile auf der Platine Widerstände: winzige schwarze Chips neben dem Mikrocontroller, bunt geringelte Zylinder in älteren Geräten, ein weißer Keramikblock im Netzteil. Sie alle sind Festwiderstände – Bauteile, deren Widerstandswert bei der Herstellung festgelegt wird und sich danach nicht mehr verstellen lässt. Sie begrenzen den Strom einer LED, teilen Spannungen für einen Analogeingang, ziehen offene Eingänge auf einen definierten Pegel und messen als Shunt den Strom.

Aufbau und Funktionsweise

Ein Festwiderstand setzt das, was du unter elektrischer Widerstand kennengelernt hast, in ein Bauteil um. Wie groß sein Wert wird, hängt vom Material, seiner Länge und seinem Querschnitt ab (siehe spezifischer Widerstand). Die gängigen Bauarten unterscheiden sich vor allem darin, woraus der leitende Pfad besteht:

• Schichtwiderstände tragen auf einem Keramikröhrchen eine sehr dünne Schicht aus Kohle, einer Metalllegierung (etwa Nickel-Chrom) oder Metalloxid. Damit aus einer kurzen, breiten Schicht ein langer, schmaler Pfad wird, schneidet eine Maschine eine Wendel in die Schicht. Erst dieser spiralförmige Schnitt bringt den Widerstand auf seinen genauen Wert; je mehr Windungen, desto höher der Wert.
• Drahtwiderstände bestehen aus Widerstandsdraht (z. B. Konstantan oder Chrom-Nickel), der auf einen Keramikkörper gewickelt und oft in Zement oder Silikon eingebettet ist. Sie vertragen viel Leistung und kurze Überlastungen.
• Chipwiderstände (SMD) tragen die Schicht flach auf einem Keramikplättchen. Die Dickschicht-Variante ist eine aufgedruckte und eingebrannte Paste und Standard in jeder Serienplatine; Dünnschicht-Chips werden aufgedampft und sind deutlich genauer.

Elektrisch verhält sich ein Festwiderstand linear: Verdoppelst du die Spannung, verdoppelt sich der Strom. Seine Kennlinie im I-U-Diagramm ist eine Gerade durch den Ursprung, und es gilt das Ohmsche Gesetz R = U / I. Diese Eigenschaft unterscheidet ihn von den Widerständen, die absichtlich auf Temperatur, Licht oder Spannung reagieren, wie der NTC-Heißleiter oder der Varistor.

Schaltzeichen

In Europa zeichnet man den Widerstand nach IEC 60617 als schmales Rechteck. Amerikanische Schaltpläne und viele Datenblätter verwenden die Zickzacklinie nach ANSI. Beide bedeuten dasselbe. Neben dem Symbol stehen der Bauteilname (R1, R2 …) und der Wert, oft in der Kurzschreibweise mit dem Einheitenvorsatz als Komma, also 4k7 für 4,7 kΩ oder 2R2 für 2,2 Ω. Mehr Symbole findest du unter Schaltzeichen.

Wichtige Kennwerte

Der Ohmwert allein reicht für die Auswahl nicht. Im Datenblatt zählen vor allem diese Größen:

• Nennwert und Toleranz: Die Werte stammen aus den E-Reihen. Die Toleranz sagt, wie weit der echte Wert abweichen darf. Ein 4,7-kΩ-Widerstand mit 1 % liegt zwischen 4653 Ω und 4747 Ω.
• Belastbarkeit (Nennleistung): die Leistung, die der Widerstand dauerhaft bei einer bestimmten Umgebungstemperatur, meist 70 °C, aufnehmen darf.
• Grenzspannung: die höchste Spannung, die zwischen den Anschlüssen liegen darf – unabhängig von der Leistung. Bei hochohmigen Widerständen ist sie die eigentliche Grenze.
• Temperaturkoeffizient (TK): um wie viel sich der Wert pro Kelvin ändert, angegeben in ppm/K (millionstel pro Kelvin).
• Rauschen und Langzeitstabilität: wichtig in Messverstärkern und Referenzschaltungen.

Belastbarkeit, Derating und Grenzspannung

Die Wärme, die ein Widerstand erzeugt, muss über Anschlüsse, Leiterbahnen und Luft abfließen (siehe Wärme und Kühlung). Ist die Umgebung schon warm, bleibt weniger Spielraum. Deshalb geben Hersteller eine Derating-Kurve an: Bis 70 °C darf die volle Nennleistung anliegen, darüber sinkt die zulässige Leistung linear, bis sie bei der Höchsttemperatur – oft 155 °C – null erreicht.

Die Leistung selbst rechnest du mit P = U² / R oder P = I² · R aus, wie unter elektrische Leistung beschrieben. Der Rechner hilft dabei:

Bauformen

Bedrahtete Widerstände heißen nach Durchmesser und Länge ihres Körpers in Millimetern: 0204 (etwa 1,6 × 3,6 mm, rund 0,25 W), 0207 (etwa 2,5 × 6,5 mm, 0,25–0,6 W) und 0414 (etwa 4 × 12 mm, um 1 W). Für mehrere Watt gibt es Metalloxid- und Zementwiderstände; noch größere Leistungen schaffen Drahtwiderstände im Aluminiumgehäuse, die auf einen Kühlkörper geschraubt werden.

Auf modernen Platinen dominieren Chipwiderstände. Ihre Größe steht im Zollcode: 0603 ist 1,6 × 0,8 mm und trägt rund 0,1 W, 0805 etwa 0,125 W, 1206 etwa 0,25 W, 2512 bis 1 W. Zylindrische SMD-Widerstände (MELF) sind robuster gegen Impulse und Wärme und finden sich in Industrie- und Fahrzeugelektronik. Details zu Größen und Aufdrucken stehen unter SMD-Widerstand.

Bedrahtete Widerstände tragen ihren Wert als Farbcode – vier Ringe bei 5 %, fünf bei 1 % und enger. Wie du ihn liest, erklärt Widerstands-Farbcode, nachschlagen kannst du mit dem Farbcode-Rechner. SMD-Chips tragen einen Zahlencode wie „103“ (10 · 10³ Ω = 10 kΩ) oder den EIA-96-Code, siehe SMD-Codes; die kleinsten Bauformen sind gar nicht beschriftet.

Typische Anwendungen

• Strombegrenzung: der Vorwiderstand vor einer LED oder an einem Transistoreingang.
• Spannungsteiler: zwei Widerstände setzen eine Spannung herab, etwa für den Analogeingang eines Mikrocontrollers (siehe Spannungsteiler).
• Pull-up und Pull-down: ein Widerstand von meist 4,7–100 kΩ hält einen offenen Eingang auf High oder Low.
• Strommessung: ein niederohmiger Shunt-Widerstand wandelt den Strom in eine kleine Messspannung.
• Rückkopplung: Widerstandspaare bestimmen die Verstärkung eines Operationsverstärkers oder die Ausgangsspannung eines Reglers.

Auswahl und Praxistipps

Wähle zuerst den Wert aus der passenden E-Reihe (der Normwert-Rechner sucht den nächstliegenden), dann die Toleranz: Für Pull-ups und LED-Vorwiderstände genügen 5 %, für Spannungsteiler an Reglern und ADCs nimmst du 1 % oder besser. Danach prüfst du Leistung und Spannung, zuletzt die Bauform.

Häufige Fehler:

• Leistung mit dem Wunschwert statt dem Normwert gerechnet: Nach dem Abrunden auf einen kleineren Normwert fließt mehr Strom.
• Grenzspannung übersehen: Ein einzelner 0603-Chip verträgt nur rund 75 V. Für Netzspannung braucht es mehrere Widerstände in Reihe oder spezielle Hochspannungstypen.
• Drahtwiderstand in schnellen Schaltungen: Die Wicklung wirkt wie eine kleine Spule. Für Schaltnetzteile und HF nimmst du Schicht- oder Chipwiderstände oder ausdrücklich induktionsarme Typen.
• Kohleschicht im Messkreis: Ihr großer, negativer TK verschiebt Messwerte mit der Temperatur.
• Wärme ignoriert: Mehrere Leistungswiderstände dicht nebeneinander heizen sich gegenseitig auf. Lass Abstand und plane Kupferflächen zur Wärmeabfuhr ein.

Brauchst du mehrere gleiche Widerstände, spart ein Widerstandsnetzwerk Platz. Soll der Wert einstellbar sein, ist ein Potentiometer die richtige Wahl.

Selbsttest