Widerstände

Einsteiger

In Teil 4 hast du mit Widerständen gerechnet. In der Hand sehen sie aber alle gleich aus: kleine Röhrchen mit bunten Ringen. Auf so ein kleines Bauteil passt keine lesbare Zahl. Deshalb hat man sich etwas anderes ausgedacht: Jede Ziffer bekommt eine Farbe. Auf dieser Seite lernst du, die Ringe zu lesen. Danach findest du in jeder Bauteilkiste den Widerstand, den du brauchst.

Wie ein Widerstand innen aussieht

Unter dem Lack: ein Keramikröhrchen mit einer dünnen Schicht, in die eine Rille geschnitten ist.

Innen steckt ein kleines Keramikröhrchen, das selbst nicht leitet. Darauf liegt eine hauchdünne Schicht aus Kohle oder Metall. Damit genau der richtige Wert herauskommt, schneidet eine Maschine eine Rille als Wendel in die Schicht. Der Strom muss dann dem schmalen Streifen im Kreis um das Röhrchen folgen. Der Weg wird lang und schmal, und nach Teil 4 heißt das: großer Widerstand. Je mehr Windungen, desto größer der Wert. Außen kommen Lack und Farbringe darauf.

Der Farbcode

Jede Ziffer von 0 bis 9 hat eine Farbe:

Zum Merken: Schwarz ist nichts, also 0. Braun ist 1. Von 2 bis 7 kommen die Farben des Regenbogens in ihrer Reihenfolge: rot, orange, gelb, grün, blau, violett. Danach grau 8 und weiß 9, die hellsten Farben für die größten Ziffern.

So liest du die Ringe:

Derselbe Wert, einmal mit vier und einmal mit fünf Ringen.

Vier Ringe (häufig bei beigen Kohleschicht-Widerständen):

1. Erster Ring: erste Ziffer. Gelb = 4.
2. Zweiter Ring: zweite Ziffer. Violett = 7. Zusammen also 47.
3. Dritter Ring: der Multiplikator, also womit man malnimmt. Braun = × 10. Das ergibt 47 × 10 Ω = 470 Ω.
4. Vierter Ring, etwas abgesetzt: die Toleranz. Gold = ± 5 %.

Eine Faustregel für den Multiplikator: Er sagt, wie viele Nullen an die Ziffern angehängt werden. Braun = eine Null (470), rot = zwei Nullen (4700 = 4,7 kΩ), orange = drei Nullen (10000 = 10 kΩ).

Fünf Ringe (häufig bei blauen Metallschicht-Widerständen): Hier gibt es drei Ziffern, dann den Multiplikator und die Toleranz. Gelb, violett, schwarz ergibt 470, der vierte Ring schwarz heißt „× 1“, also „keine Null anhängen“. Wieder 470 Ω, diesmal mit ± 1 %.

Von welcher Seite lesen? Der Toleranzring (meist gold oder braun) steht etwas abseits. Er gehört nach rechts. Bist du unsicher, hilft das Multimeter (Teil 10): Messen geht schneller als Raten.

Was heißt Toleranz? Kein Widerstand hat genau seinen Wert. Bei ± 5 % darf ein 470-Ω-Widerstand zwischen 446,5 Ω und 493,5 Ω liegen. Für unsere Versuche ist das egal, in Teil 10 hast du es schon nachgemessen.

Probier es aus: Farbring-Rechner

Warum 470 Ω und nicht 500 Ω?

Vielleicht ist dir aufgefallen: In unseren Versuchen kommen Werte wie 220 Ω, 470 Ω, 3,3 kΩ und 4,7 kΩ vor. Keine runden Werte wie 200, 500 oder 5000. Das hat einen Grund.

Ein Hersteller kann nicht jeden denkbaren Wert anbieten. Er wählt deshalb eine kleine Zahl von Werten, die gleichmäßig verteilt sind, und zwar so, dass sich die Toleranzbereiche gerade berühren. Dann liegt jeder beliebige Wert innerhalb der Toleranz irgendeines Widerstands. Diese Werte heißen E-Reihe. Bei ± 10 % sind es zwölf Werte je Zehnerschritt, die E12-Reihe:

E12: zwölf Werte zwischen 10 und 100. Die Abstände wachsen mit dem Wert.

Die Werte liegen nicht im gleichen Abstand, sondern im gleichen Verhältnis: Jeder ist etwa 21 % größer als der vorige. Bei kleinen Werten sind die Schritte deshalb klein (10 → 12), bei großen größer (68 → 82). Prozentual ist es jedes Mal derselbe Sprung.

Genauere Widerstände (± 5 %, ± 1 %) gibt es in feineren Reihen mit 24 oder 96 Werten je Zehnerschritt (E24, E96). Die zwölf Zahlen der E12 stecken in allen davon.

Und wenn die Rechnung 500 Ω ergibt? Dann nimmst du den nächsten Wert der Reihe, meist den nächstgrößeren: 560 Ω. Bei einer LED fließt dann etwas weniger Strom, das ist auf der sicheren Seite.

Bauformen

Bedrahtet, SMD und Leistungswiderstand im gleichen Maßstab.

• Bedrahtet: Das ist unsere Bauform fürs Steckbrett. Die üblichen kleinen Widerstände halten 0,25 W aus. In Teil 6 hast du ausgerechnet, dass der 470-Ω-Widerstand an 9 V etwa 0,1 W verheizt. Das passt.
• SMD (englisch surface mounted device, auf die Oberfläche gelötet): winzig und ohne Drähte, zum Löten auf Platinen. Ringe passen nicht darauf. Stattdessen steht dort ein Zahlencode mit derselben Logik: 471 heißt 47 und eine Null, also 470 Ω. 103 heißt 10 und drei Nullen, also 10 kΩ. Bei 4R7 steht das R für das Komma: 4,7 Ω.
• Leistungswiderstand: groß, oft in einem weißen Keramikgehäuse, für mehrere Watt. Der Wert ist aufgedruckt. Das „J“ ist ein Buchstabencode für die Toleranz von ± 5 %.

Wie viel ein Widerstand aushält, hängt also vor allem von seiner Größe ab. Mehr Oberfläche gibt die Wärme besser ab.

Das Potentiometer: ein verstellbarer Widerstand

Der Lautstärkeregler an einem alten Radio, der Drehknopf einer Lampe mit Dimmer: Dahinter steckt oft ein Potentiometer, kurz Poti.

Eine Widerstandsbahn mit zwei festen Enden und ein Schleifer, der darauf gleitet.

Ein Poti hat drei Beine. Die zwei äußeren hängen an den Enden einer kreisförmigen Widerstandsbahn. Zwischen ihnen misst du immer den vollen Wert, zum Beispiel 10 kΩ. Das mittlere Bein führt zu einem Schleifer, der beim Drehen über die Bahn gleitet. Zwischen A und S liegt dann nur ein Teil der Bahn, zwischen S und E der Rest. Zusammen ergeben beide Teile immer die 10 kΩ.

Damit kann man zwei Dinge machen:

• Verstellbarer Widerstand: Nur A und S anschließen. Der Widerstand lässt sich zwischen 0 und 10 kΩ drehen. So wird eine LED heller und dunkler.
• Spannungsteiler: Alle drei anschließen, A an Plus, E an Masse. Am Schleifer S liegt dann eine Spannung irgendwo zwischen 0 V und der vollen Spannung, je nach Stellung. Das ist der Spannungsteiler aus Teil 5, nur stufenlos verstellbar.

Es gibt Potis mit Drehknopf, als Schieberegler und als winzige Trimmer, die man mit dem Schraubendreher einmal einstellt. Bei Lautstärkereglern ist die Bahn übrigens nicht gleichmäßig: Unser Ohr empfindet Lautstärke nicht gleichmäßig. Damit sich das Drehen gleichmäßig anfühlt, nimmt der Widerstand zum Ende hin schneller zu. Solche Potis sind mit log oder A beschriftet, die gleichmäßigen mit lin oder B.

Versuch: Farbcode lesen und nachmessen

Du brauchst: die Widerstände aus Türchen 7 des Adventskalenders (je zwei mit 220 Ω, 1 kΩ, 3,3 kΩ, 10 kΩ und 470 Ω) oder eine beliebige Handvoll Widerstände. Dazu, wenn vorhanden, das Multimeter.

1. Erst lesen, dann nachschauen. Leg die Widerstände vor dich und bestimme für jeden den Wert aus den Ringen. Schreib ihn auf.
2. Kontrolle mit der Tabelle:

1. Nachmessen. Multimeter auf Ω, Spitzen an die beiden Beine, ohne Batterie (Teil 10). Liegt der Messwert innerhalb der Toleranz?
2. Schwierige Fälle: Rot und orange, braun und rot sehen bei Lampenlicht oft gleich aus. Halte zwei Widerstände nebeneinander, dann siehst du den Unterschied besser. Oder du misst.

Was du lernst: Nach ein paar Durchgängen erkennst du die häufigsten Werte auf einen Blick: gelb-violett ist 47, braun-schwarz ist 10. Die Zahl der Nullen steht im dritten Ring.

Zusammenfassung

• Ein Widerstand besteht aus einem Keramikröhrchen mit dünner Schicht. Eine Rille als Wendel bestimmt den Wert.
• Farbcode mit vier Ringen: Ziffer, Ziffer, Multiplikator (Zahl der Nullen), Toleranz. Mit fünf Ringen gibt es drei Ziffern.
• Ziffern: schwarz 0, braun 1, dann der Regenbogen von rot 2 bis violett 7, grau 8, weiß 9.
• Widerstände gibt es in den Werten der E-Reihe, die im gleichen Verhältnis von etwa 21 % wachsen. Im Zweifel nimmst du den nächstgrößeren Wert.
• SMD-Widerstände tragen einen Zahlencode: 471 = 470 Ω.
• Ein Potentiometer ist ein verstellbarer Widerstand mit Schleifer, als Regler oder als Spannungsteiler. Eine LED bekommt trotzdem immer einen festen Vorwiderstand.

Weiter mit Teil 13: Kondensator und Kapazität (erscheint demnächst). Zurück zu Teil 11: Woher die 5 V kommen oder zur Übersicht aller Teile.