Ratgeber
Widerstände sind ebenso wie Kondensatoren die am häufigsten eingesetzten elektronischen Bauelemente. Auch noch Jahrzehnte nach ihrer Entwicklung sind in vielen Bereichen die klassischen axial verdrahteten Resistoren auf Kohleschichtbasis die erste Wahl.
Wie diese Bauelemente aufgebaut sind, welche Eigenschaften sie besitzen und für welche Einsatzbereiche sie prädestiniert sind, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Kohleschichtwiderstände – Kurzform CCR – bestehen aus einem massiven zylindrischen Widerstandselement mit eingebetteten Anschlussdrähten oder Metallendkappen, an denen die Anschlussdrähte befestigt sind. Das Gehäuse ist durch Farbe oder eine Kunststoffschicht geschützt.
Die Kohlenstoffwiderstände des frühen 20. Jahrhunderts hatten noch unisolierte Gehäuse. Die Bleidrähte wurden hier einfach um die Enden des Widerstandselements gewickelt und verlötet. Der fertige Resistor erhielt schliesslich zur farblichen Kennzeichnung seiner Leistung eine bunte Lackierung.
Das eigentliche Widerstandselement besteht heute aus einer Mischung aus fein pulverisiertem Kohlenstoff und einem isolierenden Material, in der Regel Keramikpulver. Ein Harz hält die Schichtenmischungen zusammen. Der Widerstandswert und damit die Leistung in Bezug auf die elektrische Energie wird durch das Verhältnis der Keramik zur Kohleschicht bestimmt. Höhere Konzentrationen des gut leitenden Kohlenstoffs führen zu einem geringeren Widerstand.
Resistoren auf Kohleschichtbasis wurden in den 1960er Jahren und teilweise auch schon früher häufig verwendet, heute sind sie für den allgemeinen Gebrauch seltener geworden. Das betrifft in erster Linie Leistungen wie Toleranz, Spannungsabhängigkeit und Belastung, die andere Bauarten – beispielsweise Metallschichtwiderstände – besser beherrschen.
So ändern Widerstände mit Kohlenstoffzusammensetzung ihren Wert bei Überspannungen. Ausserdem führt die Lötwärme bei der Installation manchmal zu einer nicht umkehrbaren Änderung des Widerstandswerts. Allerdings sind Kohleschichtwiderstände nicht induktiv, ein Vorteil bei Anwendungen zur Reduzierung von Spannungsimpulsen und zum Schutz vor Überspannungen. Im Verhältnis zur Grösse des Bauteils besitzen sie zudem eine höhere Leistung hinsichtlich der Überlastfähigkeit.
Widerstände mit Kohlenstoffzusammensetzung sind immer noch erhältlich und relativ preiswert. Gängige Leistungen sind für unter 10 Cent zu haben. Die Widerstandswerte reichen von weniger als einem Ohm bis zu 22 Megohm. Haupteinsatzgebiete sind Stromversorgungen, Audiogeräte und Schweisssteuerungen, auch bei der Reparatur alter elektronischer Geräte, bei denen die Authentizität der elektrischen Leistung eine Rolle spielt, sind sie sehr gefragt.
Bei der Herstellung eines Kohleschichtwiderstands wird ein Kohlenstofffilm auf ein isolierendes Substrat aufgebracht und eine Spirale hineingeschnitten, um einen langen, schmalen Widerstandspfad zu schaffen. Unterschiedliche Formen in Verbindung mit dem spezifischen Widerstand von amorphem Kohlenstoff ermöglichen eine grosse Bandbreite an Widerstandswerten, die üblicherweise zwischen 1 Ohm und 22 Megaohm liegt. Im Vergleich zur Kohlenstoffzusammensetzung weisen sie aufgrund der präzisen Verteilung des reinen Graphits ohne Bindung ein geringes Rauschen auf. Das prädestiniert sie für Anwendung beispielsweise im Audiobereich.
Der Belastungsumfang ist im Vergleich zu anderen Festwiderständen relativ klein und liegt zwischen 0,1 bis höchstens 5 Watt bei 70 Grad Celsius. Die weitaus meisten Kohleschicht-Widerstände sind im Bereich bis maximal 0,5 Watt angesiedelt. Die typische Betriebstemperatur liegt zwischen minus 55 Grad Celsius und plus 155 Grad Celsius, die höchsten Spannungen reichen bis 600 Volt. Für Anwendungen, die eine hohe Impulsstabilität erfordern, werden spezielle Kohleschichtwiderstände verwendet.
Obwohl die Mehrzahl der Kohleschicht-Widerstände eine Toleranz von 5 Prozent aufweist, gibt es auch spezielle – und durch die aufwendige Selektion relativ teure – Widerstände mit einer Abweichung von lediglich 0,1 Prozent. Solche Typen sind im Allgemeinen recht niederohmig, zum Beispiel 500 Ohm bei einer Belastbarkeit von maximal 0,5 Watt.
Unternehmen, in denen häufig elektronische Schaltungen entwickelt oder repariert werden, können sich anhand der sogenannten E-Reihe ein optimal gestaffeltes Arsenal elektronischer Bauelemente für geläufige Leistungen aufbauen. Die E-Reihe ist ein System von Vorzugswerten, das speziell für die Verwendung elektronischer Bauelemente entwickelt wurde. Es besteht aus den Serien E3, E6, E12, E24, E48, E96 und E192, wobei die Zahl nach dem „E“ die Anzahl der Wertstufen in jeder Serie angibt.
Obwohl es theoretisch möglich ist, Bauelemente mit beliebigen Werten herzustellen, hat sich die Industrie aus Gründen der Vereinfachung in der Lagerhaltung auf die E-Reihe für Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und Zenerdioden geeinigt. Für Kohleschicht-Widerstände ist die Reihe E12 ideal, sie umfasst folgende Leistungen in Ohm:
• 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82,
• 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330, 390, 470, 560, 680, 820,
• 1 k, 1.2 k, 1.5 k, 1.8 k, 2.2 k, 2.7 k, 3.3 k, 3.9 k, 4.7 k, 5.6 k, 6.8 k, 8.2 k,
• 10 k, 12 k, 15 k, 18 k, 22 k, 27 k, 33 k, 39 k, 47 k, 56 k, 68 k, 82 k,
• 100 k, 120 k, 150 k, 180 k, 220 k, 270 k, 330 k, 390 k, 470 k, 560 k, 680 k, 820 k,
• 1 M, 1.2 M, 1.5 M, 1.8 M, 2.2 M, 2.7 M, 3.3 M, 3.9 M, 4.7 M, 5.6 M, 6.8 M, 8.2 M,
• 10 M
Angeboten werden oftmals auch passende Sortimente aus der E12-Reihe, die beispielsweise 6000 Kohleschichtwiderstände mit Leistungen zwischen 12 Ohm und 1 Megaohm umfassen. Die Toleranz der E12-Reihe beträgt durchgängig 10 Prozent.
Wie die meisten Widerstände sind auch solche auf Kohleschichtbasis mit Farbringen gekennzeichnet. Die Widerstands- und Toleranzwerte lassen sich daher über eine Vergleichstabelle (s.Abb.) leicht bestimmen. Anders sieht es mit der Belastbarkeit aus, sie ist nicht direkt ablesbar. Anhand der Baugrösse ist sie aber dennoch erkennbar. Für die fünf gebräuchlichsten Leistungsklassen lauten sie:
| Belastbarkeit | Baugrösse |
|---|---|
| 0,1 W | 3,2 x 1,7 mm |
| 0,25 W | 6,8 x 2,5 mm |
| 0,5 W | 9,2 x 3 mm |
| 1 W | 12,8 x 4,7 mm |
| 2 W | 16,8 x 5,7 mm |