../../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik

Spezielle Widerstände

Im Praktikum Kennlinien haben wir die Kennlinie eines Widerstands betrachtet.

In diesem Praktikum werden einige Widerstände vorgestellt, die bemerkenswerte Kennlinien haben. Wir lernen, Kennlinien zu verstehen und zu interpretieren. Auf die Anwendung der vorgestellten Bauelemente werden wir später eingehen.

Widerstands-Kennlinie-negativ.png
Bild 1: Kennlinie eines Widerstands

Eine Widerstandskennlinie ist eine Grade, die beim Strom 0 immer die Spannung 0 hat.

VDR

Es gibt Widerstände, die keine gerade Kennlinie haben.

VDR-Kennlinie_s.png
Bild 2: Kennlinie eines VDR

Ein VDR ist ein Widerstand, der bei höheren Spannungen einen höheren Strom fließen lässt als ein normaler Widerstand. Während bis zu etwa 20V der Strom durch den VDR (rot) dem eines normalen Widerstands entspricht, ist der Strom bei 38V wesentlich höher. Widerstände mit diesem Verhalten werden spannungsabhängige Widerstände auch Varistoren genannt, kurz VDR.

Die Kennlinie läuft wie beim normalen Widerstand durch 0. Bei negativen Spannungen verläuft die Kennlinie wie bei positiven, aber mit negativen Strömen.

Ein VDR sperrt bei negativen Spannungen nicht wie eine Diode.

Betrachten wir die Kennlinien für VDRs, wie sie vom Hersteller zur Verfügung gestellt werden.

VDRS20.png
Bild 3: Kennlinien des VDRS20

Bild 3 ist komplizierter als unsere bisherigen Kennlinien.

  • Es sind die Kennlinien von sieben VDR eingetragen.
  • Es werden nur Kennlinien für positive Spannungen dargestellt.
  • Wir wissen, dass sie für negative Spannungen gespiegelt verläuft.
  • Beide Achsen sind logarithmisch dargestellt.
  • Der Strom ist mit 10⁻⁵ bis 10³ beschriftet.
  • Die Achse für den Strom liegt horizontal, die für die Spannung vertikal.

Einheiten und Zehnerpotenzen

In der Elektronik haben wir es mit sehr kleinen Größen wie 1mA oder großen Größen wie 1kΩ zu tun.

Die Abkürzungen m und k sind da sehr hilfreich, um das Schreiben vieler Nullen zu vermeiden. Diese Abkürzungen werden als Einheiten bezeichnet.

0,001A = 1mA
100A   = 1kA

Es gibt noch eine Reihe weiterer Einheiten, die hier zusammengefasst werden.

Außerdem wird die Schreibweise 10³ oder 10⁻⁵ oft als Abkürzung für Zahlen mit vielen Nullen verwendet. Diese Schreibweise wird als Zehnerpotenz bezeichnet, die Hochzahlen als Potenzen.

Die folgende Tabelle fasst die Schreibweise mit Zehnerpotenzen und Einheiten zusammen.

Zehnerpotenz Normal Einheit Name
10⁻¹² 0,000000000001 1p piko
10⁻¹¹ 0,00000000001 10p piko
10⁻¹⁰ 0,0000000001 100p piko
10⁻⁹ 0,000000001 1n nano
10⁻⁸ 0,00000001 10n nano
10⁻⁷ 0,0000001 100n nano
10⁻⁶ 0,000001 mikro
10⁻⁵ 0,00001 10µ mikro
10⁻⁴ 0,0001 100µ mikro
10⁻³ 0,001 1m milli
10⁻² 0,01 10m milli
10⁻¹ 0,1 100m milli
10⁰ 10
10¹ 10
10² 100
10³ 1000 1k kilo
10⁴ 10000 10k kilo
10⁵ 100000 100k kilo
10⁶ 1000000 1M mega
10⁷ 10000000 10M mega
10⁸ 100000000 100M mega
10⁹ 1000000000 1G giga
10¹⁰ 10000000000 10G giga

Regel

Zehnerpotenzen in normale Schreibweise wandeln.

  • Wir beginnen mit einer 1 (keine 10).
  • Ist die Hochzahl (n) negativ (-), stehen vor der 1 n Nullen und das Komma hinter der ersten Null.
  • Ist die Hochzahl (n) ohne -, werden hinter die 1 n Nullen gehängt.
  • Auf dem Taschenrechner wird z.B. für 10⁶ eingegeben
  • 1 Exp 6
  • nicht 1 0 Exp 6

Die Kennlinien in Bild 3 stellen damit die Spannung an den VDR im Bereich von 0,01mA bis 2000A dar.

Sehen wir uns die Kennlinie des VDRS20-014 an.

  • Bei 10V fließen etwa 10µA das sind 0,01mA.
  • Bei 20V fließen 1mA.
  • Bei 40V fließen bereits 10A:
  • Bei 1000A fallen 90V ab.

Bei Spannungen unter 20V lässt der VDR nur wenig Strom fließen, über 20V steigt der Strom rapide an.

Bei 10⁻³ (1mA) hat die Kennlinie einen Knick. Das ist tatsächlich nicht der Fall.

Unter 1mA wird dargestellt, wie hoch der Strom maximal bei dieser Spannung ist (1mA beim 20V).

Über 1mA wird dargestellt, wie hoch die Spannung maximal bei diesem Strom ist (25V bei 1mA).

Die Ströme unter 20V sind nur sehr klein und werden als Leckströme bezeichnet.

Die Spannung über 1mA wird als die Begrenzungs- Klemmspannung bezeichnet.

VDRs werden meistens als Schutzelemente gegen Überspannung eingesetzt, z.B. gegen Einflüsse von Blitzen - deshalb die 2000A. Selbstverständlich kann ein VDR 2000A nur für sehr kurze Zeit aufnehmen,

VDR_Symbol.png
Symbol eines VDR

NTC-Widerstand

Jetzt kommen wir zu einer anderen Kategorie von Widerständen, nämlich temperaturabhängigen Widerstände.

Diese Widerstände sind interessant, weil damit Temperaturen gemessen werden können.

Widerstände, deren Wert sich mit steigender Temperatur verringert heißen NTC-Widerstände oder Heißleiter.

NTC-linear.png
Bild 3: Kennlinie eines NTC-Widerstands

Hier ist nicht der Strom durch den NTC-Widerstand bei einer bestimmten Spannung dargestellt, sondern vielmehr der Widerstand bei eine bestimmten Temperatur. Wir erkennen, dass der Widerstand rapide mit der Temperatur sinkt.

NTC-logarithmisch.png
Bild 4: Kennlinie eines NTC-Widerstands logarithmisch

Die logarithmische Darstellung zeigt auch die niedrigen Widerstandswerte bei hohen Temperaturen.

NTC_Symbol.png
Symbol eines NTC-Widerstands

PTC-Widerstand

Ein PTC-Widerstand verhält sich bezüglich der Temperatur umgekehrt wie der NTC-Widerstand. Sein Wert steigt bei steigender Temperatur.

PTC_Kennlinie.png
Bild 4: Kennlinie eines PTC-Widerstands

Der Anstieg des Widerstands mit der Temperatur ist deutlich zu erkennen.

Die hier dargestellten Typen haben allerdings nur einen Bereich von 50°C bis 200°C in dem der Widerstand mit der Temperatur steigt.

PTC_Symbol.png
Symbol eines PTC-Widerstands

Regeln

Widerstände können von Parametern abhängen.

  • der normale (ohmsche) Widerstand hängt nicht von einem Parameter ab.
  • Der Strom durch den Widerstand hängt von der anliegenden Spannung ab.
  • Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines normalen Widerstands ist eine Gerade durch 0.
  • Ein spannungsabhängiger Widerstand wird Varistor oder VDR genannt.
  • Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines VDR ist gekrümmt.
  • Der Widerstand eines VDR fällt ab einer bestimmten Spannung rapide.
  • Ein VDR begrenzt die an im liegend Spannung.
  • Der Wert eines NTC Widerstands fällt mit der Temperatur rapide.
  • Der NTC Widerstand verhält sich aber bezüglich Strom und Spannung wie ein normaler Widerstand.
  • Der Wert eines PTC Widerstands stiegt mit der Temperatur rapide.
  • Der PTC Widerstand verhält sich aber bezüglich Strom und Spannung wie ein normaler Widerstand.
  • Die Strom-Spannungs-Kennlinie von NTC- und PTC-Widerständen ist bei geringer Belastung wie beim normalen (ohmschen) Widerstand eine Gerade.
  • Wir können NTC- und PTC-Widerstände zum Messen und Regeln von Temperatur verwenden.