Spezielle Widerstände

Im Praktikum Kennlinien haben wir uns mit der Kennlinie eines Widerstands beschäftigt.

In diesem Praktikum werden einige Widerstände mit auffälligen Kennlinien vorgestellt. Wir lernen, Kennlinien zu verstehen und zu interpretieren. Die Anwendung der vorgestellten Bauelemente wird später behandelt.

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

VDR

Es gibt Widerstände, die keine gerade Kennlinie haben.

Ein VDR ist ein Widerstand, der bei höheren Spannungen einen höheren Strom fließen lässt als ein normaler Widerstand. Während bis zu etwa 20 V der Strom durch den VDR (rot) dem eines normalen Widerstands entspricht, ist der Strom bei 40 V wesentlich höher. Widerstände mit diesem Verhalten werden spannungsabhängige Widerstände, auch Varistoren genannt, kurz VDR.

Wie bei einem normalen Widerstand geht die Kennlinie durch 0. Bei negativen Spannungen verläuft die Kennlinie wie bei positiven Spannungen, jedoch mit negativen Strömen. Die negative Kennlinie verläuft spiegelbildlich zur positiven Kennlinie.

Ein VDR sperrt bei negativen Spannungen nicht wie eine Diode.

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

Bild 3 ist komplizierter als unsere bisherigen Kennlinien.

• Es sind die Kennlinien von sieben VDRs eingetragen.

• Es sind nur die Kennlinien für positive Spannungen dargestellt.

• Wir wissen, dass sie für negative Spannungen spiegelbildlich sind.

• Beide Achsen sind logarithmisch skaliert.

• Der Strom ist mit 10⁻⁵ bis 10³ beschriftet.

• Die Stromachse liegt waagerecht, die Spannungsachse vertikal.

Einheitenvorsätze und Zehnerpotenzen

Einheitenvorsätze werden auch Präfixe genannt.

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

Hier sind Abkürzungen wie m und k hilfreich, um das Schreiben vieler Nullen zu vermeiden. Diese Abkürzungen werden Einheitenvorsätze genannt.

0,001A = 1mA
1000A  = 1kA

Es gibt noch weitere Einheitenvorsätze, die hier zusammengefasst sind.

Darüber hinaus wird die Schreibweise 10³ oder 10^-5 häufig 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 Einheitenvorsätzen zusammen.

Zehnerpotenz	Normal	Einheit	Name
10 -12	0,000000000001	1 p	piko
10 -11	0,00000000001	10 p	piko
10 -10	0,0000000001	100 p	piko
10 -9	0,000000001	1 n	nano
10 -8	0,00000001	10 n	nano
10 -7	0,0000001	100 n	nano
10 -6	0,000001	1 µ	mikro
10 -5	0,00001	10 µ	mikro
10 -4	0,0001	100 µ	mikro
10 -3	0,001	1 m	milli
10 -2	0,01	10 m	milli
10 -1	0,1	100 m	milli
10 0	1
10 1	10
10 2	100
10 3	1000	1 k	kilo
10 4	10000	10 k	kilo
10 5	100000	100 k	kilo
10 6	1000000	1 M	mega
10 7	10000000	10 M	mega
10 8	100000000	100 M	mega
10 9	1000000000	1 G	giga
10 10	10000000000	10 G	giga
10 11	100000000000	100 G	giga

• Bei Wikipedia gibt es noch mehr Klimmzüge mit der Schreibweise von Zahlen.

Regel

So werden Zehnerpotenzen in die normale Schreibweise umgewandelt:

• Wir beginnen mit einer 1 (keine 10).

• Ist die Hochzahl (n) negativ -, schreiben wir n Nullen vor die 1 und setzen das Komma hinter die erste Null.

• Ist die Hochzahl (n) positiv, ohne -, werden n Nullen hinter die 1 gesetzt.

• Auf dem Taschenrechner wird z. B. für 10⁶ folgendermaßen eingegeben:

• 1 Exp 6

• nicht 1 0 Exp 6

• Für 2,2 * 10³ wird dagegen

• 2.2 Exp 3

eingegeben.

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

Betrachten wir die Kennlinie des VDRS20-014.

• Bei 10 V fließen etwa 10 µA, das sind 0,01 mA.

• Bei 20 V fließen 1 mA.

• Bei 40 V fließen bereits 10 A.

• Bei 1000 A fallen 90 V ab.

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

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

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

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

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

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

VDRs werden meist als Schutzelemente gegen Überspannungen eingesetzt, z. B. gegen Einflüsse von Blitzen, daher Ströme bis 2000 A. Natürlich kann ein VDR nur für sehr kurze Zeit 2000 A aufnehmen.

NTC-Widerstand

Wir kommen nun zu einer anderen Kategorie von Widerständen, den temperaturabhängigen Widerständen.

Diese Widerstände sind interessant, weil mit ihnen Temperaturen gemessen werden können.

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

Hier ist nicht der Strom durch den NTC-Widerstand bei einer bestimmten Spannung dargestellt, sondern der Widerstand bei einer bestimmten Temperatur. Wir erkennen, dass der Widerstand mit steigender Temperatur schnell abnimmt.

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

• In Daten von NTC-Widerständen werden einige NTC-Widerstände vorgestellt.

PTC-Widerstand

Ein PTC-Widerstand verhält sich in Bezug auf die Temperatur umgekehrt wie ein NTC-Widerstand. Sein Wert nimmt mit steigender Temperatur zu.

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

Die hier gezeigten Typen haben jedoch nur einen Bereich von 50 °C bis 200 °C, in dem der Widerstand mit der Temperatur ansteigt.