Spezielle Widerstände

Im Praktikum Kennlinien haben wir uns mit der Kennlinie eines Widerstandes 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 Grade, 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 20V der Strom durch den VDR (rot) dem eines normalen Widerstands entspricht, ist der Strom bei 40V 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 VDR 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 1mA oder großen Größen wie 1kΩ 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 eine Reihe weiterer 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	1p	piko
10⁻	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	1µ	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	1
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

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

Regel

Zehnerpotenzen in normale Schreibweise umwandeln:

• Wir beginnen mit einer 1 (keine 10).

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

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

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

• 1 Exp 6

• nicht 1 0 Exp 6

• Dagegen wird für 2,2 * 10³

• 2.2 Exp 3

eingegeben.

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

Betrachten wir die Kennlinie des VDRS20-014.

• 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. Dies ist natürlich nicht der Fall.

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

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

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

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

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