Ratgeber

Widerstandsnetzwerke

Widerstände gehören zu den wichtigsten Bauelementen in elektrischen und elektronischen Schaltungen. Sie sind zumeist einzeln mit axialer Bedrahtung oder oberflächenmontiert auf Platinen zu finden. Aus schaltungstechnischen Gründen kann es aber häufig notwendig sein, mehrere Widerstände auf kleinstem Raum unterzubringen oder platzsparende Reihen- beziehungsweise Parallelschaltungen mit unterschiedlichen Werten zu realisieren. In solchen Fällen helfen Widerstandsnetzwerke.

In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie Widerstandsnetzwerke funktionieren und worauf bei der Beschaffung zu achten ist.



Was sind elektrische Widerstände?

Ein Widerstand oder Resistor ist ein passives elektrisches Bauteil mit zwei Anschlüssen, das einen elektrischen Widerstand als Schaltungselement darstellt.

In elektronischen Schaltungen dienen Resistoren unter anderem zur Reduzierung des Stromflusses, zur Anpassung von Signalpegeln, zum Teilen von Spannungen, zur Vorspannung aktiver Elemente und zum Abschluss von Übertragungsleitungen.

Der Widerstand als elektrischer Wert wird in Ohm – Symbol Ω – gemessen.

Ein Ohm ist der Widerstand, der sich ergibt, wenn ein Strom von einem Ampere durch einen Resistor fließt, an dessen Anschlüssen ein Volt abfällt.

Der Strom ist dabei proportional zur Spannung an den Anschlüssen. Ein 10-Ohm-Resistor verringert zum Beispiel 10 Prozent der Spannung in einem Stromkreis mit einem Widerstand von 100 Ohm.



Was sind Widerstandsnetzwerke?

Ein Widerstandsnetzwerk besteht aus einer Reihe von Resistoren, die nach einem bestimmten Muster angeordnet sind und sich in einem gemeinsamen Gehäuse befinden. Bei bedrahteten Bauteilen sind die Anschlüsse nach unten ausgeführt, SMT-Versionen verfügen über entsprechende Lötflächen.

Meistens sind in diesen Netzwerken Resistoren in Reihe geschaltet, man bezeichnet sie deshalb auch als Reihenwiderstände oder Widerstands-Arrays. Es gibt aber auch Variationen mit Serien-Parallelschaltung. In allen Fällen dienen die Resistoren in diesen Netzwerken als Spannungsteiler, die eine an den Stromkreis angelegte Spannung in kleinere Beträge aufteilt.

Wenn ein Widerstandsnetzwerk zum Beispiel aus fünf 1-Ohm-Resistoren in Reihenschaltung besteht und an eine 5-Volt-Stromversorgung angeschlossen ist, würde jeder der fünf Resistoren ein Fünftel der 5 Volt, also jeweils 1 Volt, aufnehmen. Ein Widerstandsnetzwerk kann auf diese Weise Bruchteile der Versorgungsspannung für andere Schaltungen bereitstellen. Durch den jeweiligen Spannungsabfall lässt sich somit in einem Widerstandsnetzwerk praktisch jede gewünschte Spannung bereitstellen – sofern diese geringer ist als die angelegte Spannung.

Werden vier Resistoren in Reihe an einer 2-Volt-Spannungsquelle angeschlossen, von denen drei 1 Ohm und der vierte 2 Ohm besitzen, beträgt der Gesamtwiderstand des Stromkreises 5 Ohm. Während bei den drei 1-Ohm-Widerständen jeweils 1 Volt abfällt, fallen bei dem 2-Ohm-Widerstand 2 Volt ab. Wichtig: Der Strom bleibt bei allen Anzapfungen gleich.

Es gibt noch andere Verwendungsmöglichkeiten für Widerstandsnetzwerke. Wenn die Punkte zwischen den Widerständen im Netzwerk nicht dazu verwendet werden, unterschiedliche Spannungen zu liefern, sondern alle dieselbe Spannung liefern, lässt sich das Netzwerk zur Umwandlung analoger Signale in digitale Informationen nutzen. Dazu wird ein digitales Gatter an jeden der Spannungspunkte im Netzwerk angeschlossen. Wird ein analoges Signal angelegt, ergibt die Teilung der Spannung je nach Eingangssignal eine Reihe von ansteigenden hohen oder niedrigen Spannungen, die von den digitalen Gattern als ein- oder ausgeschaltet gelesen werden können. Die Gatter leiten diese Informationen dann als Einsen oder Nullen an andere Schaltungen weiter und wandeln das analoge Signal in digitale Informationen um.

Widerstände lassen sich auch in einer Serien-Parallelschaltung, einem so genannten R-2R-Netzwerk, konfigurieren. In dieser Konstellation injizieren digitale Gatter hohe oder niedrige Spannungen, die Einsen und Nullen darstellen, in die Punkte zwischen den Resistoren im Netzwerk. Dadurch ändert sich der Gesamtspannungsabfall über den Resistoren proportional zum Gesamteingang, anstatt sich einfach mit den einzelnen digitalen Eingängen ein- und auszuschalten. Die Ausgänge dieser Art von Netzwerken sind ständig variierende analoge Signale, erzeugt aus den digitalen Eingängen.



Auswahlkriterien für die Beschaffung

Wie bei allen elektronischen Bauelementen entscheidet der geplante Verwendungszweck die Auswahl der Parameter. Bei Resistoren sind dies in erster Linie der Widerstandswert in Ohm, die Belastbarkeit in Watt sowie die Toleranz in Prozent. Hinzu kommt die Bauform. Bei Widerstandsnetzwerken ist die radiale Bedrahtung in SIP- und in DIP-Gehäusen gebräuchlich, in der Konnektivität entsprechen letztere typischen Mikrochips. Beide Formen sind für die Durchsteckmontage im klassischen Rastermaß von 2,54 Millimeter gedacht. Zur Verfügung stehen außerdem SMT-Typen für die Oberflächenmontage.

Hinsichtlich der Widerstandswerte kommt es einerseits auf den Gesamtwiderstand des Bauelements, andererseits auf die Anzahl der Abzweigungen an. Übliche Werte für den Gesamtwiderstand reichen von wenigen Ohm bis zu einem Megaohm. Die Belastbarkeit spielt bei Widerstandsnetzwerken eine eher untergeordnete Rolle, da sie überwiegend in Bereichen unterhalb von 0,5 Watt im Einsatz sind. Maßnahmen zur Kühlung sind deshalb im Allgemeinen nicht notwendig.

Die Toleranz liegt überwiegend bei 2 Prozent, einige Typen sind auch mit 1 Prozent erhältlich. In diesem Zusammenhang spielt die Umgebungstemperatur eine wichtige Rolle, da sie den Widerstandswert erheblich beeinflussen kann. Als Faustregel gilt: Pro Grad Celsius beziehungsweise Kelvin steigt der Wert um 0,4 Prozent. Zu beachten ist diese Temperaturabhängigkeit zum Beispiel bei der Montage in direkter Nähe zum wärmeproduzierenden Netztransformator. Widerstandsnetzwerke besitzen allerdings den Vorteil, dass sich alle Widerstandsmaterialien in einem einzigen Gehäuse befinden und somit gleichermaßen auf die Umgebungstemperatur reagieren.



Besitzen Widerstandsnetzwerke eine Polarität?

Das sollte man meinen, da ein verkehrtherum eingesetztes Bauteil durchaus zum Versagen einer Schaltung führen kann. An SIP-Gehäusen befindet sich zudem oberhalb eines außenliegenden Pins ein Markierungspunkt. Tatsächlich ist die Montage anschlussgebunden, zwar nicht durch die Polarität wie bei Dioden oder Elektrolytkondensatoren, sondern durch den Pin 1 des Widerstandsnetzwerks. Dieser Anschluss wird im Allgemeinen mit der Spannungsquelle verbunden und ist entsprechend auf dem Gehäuse markiert.