Station 2: Elektronikbauteile

Widerstände sind Bauteile, die den elektrischen Strom einschränken oder begrenzen. Sie werden überall dort eingesetzt, wo in einem Stromkreis eine kontrollierte Menge an Strom benötigt wird. Alltägliche Kohlenstofffilm-Widerstände, wie sie in Haushaltsgeräten und Spielzeugen verwendet werden, sind oft kostengünstig, aber weniger präzise und klein.

Abbildung 1: Der Widerstand ist auf der Platine befestigt. Die farbcodierten Streifen zeigen den Widerstandswert an.

Ein Kohlenstofffilm-Widerstand besteht aus einem keramischen Stab, der mit einer feinen Schicht aus Kohlenstofffilm beschichtet ist, der Strom mit einem bestimmten Widerstand leitet. Durch den Film wird eine spiralförmige Rille geschnitten, die einen langen, schmalen Pfad aus Kohlenstoff schafft, der von einem Ende des Stabs zum anderen führt. An beiden Enden werden Metallkappen befestigt, und dann kommen Drahtanschlüsse hinzu. Der Widerstand wird anschließend in eine schützende Beschichtung getaucht und mit farbcodierten Streifen bemalt, um seinen Widerstandswert anzuzeigen.

Abbildung 2: Widerstands-Farbcodetabelle.

Bei dem Widerstand oberhalb der Tabelle ist die Farbe des ersten Ringes Braun. Die Farbe des zweiten Ringes ist Schwarz. Der dritte Ring ist orange und die Farbe des vierten Ringes ist Silber. Nach der Farbtabelle entsprechen die ersten beiden Farben den Zahlen 1 und 0, also 10. Der Multiplikator-Wert beträgt 1.000. Deshalb handelt es sich um einen Widerstand mit einem Wert von 10.000 Ohm oder 10 Kilo-Ohm (kΩ) und einer Toleranz von 10%.

Der untere Widerstand hat die Farben von links nach rechts: Gelb, Lila, Grün, Rot und Braun. Nach der Farbtabelle entsprechen die ersten drei Farben den Zahlen 4, 7 und 5, also 475. Der Multiplikator-Wert beträgt 100. Deshalb handelt es sich um einen Widerstand mit 47.500 Ohm oder 47,5 Kilo-Ohm (kΩ) mit einer Toleranz von 1%.

Widerstände dieser Form werden als axiale Durchsteck-Widerstände bezeichnet. Das bedeutet, dass die Drahtanschlüsse (die durch Löcher in einer Platine gesteckt werden) entlang der Achse des Widerstands angeordnet sind.

Funktionsweise eines Kohlenstofffilm-Widerstands

Ein Kohlenstofffilm-Widerstand funktioniert, indem er den elektrischen Strom, der durch ihn fließt, einschränkt. Hier ist, wie das genau funktioniert:

• Keramischer Stab: Der Widerstand besteht zunächst aus einem keramischen Stab. Keramik ist ein Material, das nicht gut leitet, also bietet es eine Art von „Hindernis“ für den Strom.
• Kohlenstofffilm: Auf diesen Stab wird eine dünne Schicht aus Kohlenstoff aufgetragen. Kohlenstoff ist ein Material, das Strom leiten kann, aber nicht so gut wie Metall. Daher hat der Kohlenstofffilm einen bestimmten Widerstand, der dafür sorgt, dass nicht zu viel Strom hindurchfließt.
• Spiralförmige Rille: In den Kohlenstofffilm wird eine spiralförmige Rille geschnitten. Diese Rille schafft einen langen, schmalen Weg für den Strom, der durch den Kohlenstoff fließen muss. Je länger der Weg ist, den der Strom zurücklegen muss, desto mehr Widerstand erfährt er.

Abbildung 3: Schematische Darstellung eines Kohlenstofffilm-Widerstands und seiner Bestandteile.

Der Kohlenstofffilm auf dem Widerstand ist relativ dünn, und in Querschnittsansicht sind die Rillen nur als kleine Einkerbungen im Keramikstab sichtbar.

Abbildung 4: Der Kohlenstofffilm ist relativ dünn. Im Querschnitt sind die Rillen nur als Einkerbungen im Keramikstab zu sehen.

Die spiralförmige Rille kann nach dem Entfernen der schützenden Beschichtung klar erkannt werden.

Abbildung 5: Die spiralförmige Rille ist deutlich sichtbar, nachdem die schützende Beschichtung entfernt wurde.

Zusammenfassung:

Durch die Kombination aus dem keramischen Stab und der spiralförmigen Rille im Kohlenstofffilm wird der Strom effektiv gebremst. Das bedeutet, dass der Widerstand die Menge an Strom, die durch den Stromkreis fließen kann, kontrolliert. Wenn der Widerstand höher ist, fließt weniger Strom, und umgekehrt.