Die Barcodierung von Widerständen verwendet farbige Streifen und ermöglicht die Identifizierung von Widerständen anhand ihres Widerstandswertes und ihrer prozentualen Toleranz.
Widerstände gibt es auf dem in- und ausländischen Markt in den verschiedensten Ausführungen und mit unterschiedlichen Parametern. Sie können in einer Vielzahl elektronischer Systeme und elektrischer Schaltungen eingesetzt werden, um den Stromfluss und den Spannungsabfall auf mehr oder weniger raffinierte Weise zu begrenzen. Damit ein Widerstand in der Praxis gut funktioniert, muss er nach seinem wichtigsten Parameter ausgewählt werden, dem Widerstand – Seine Einheit ist 1Ω (Om; oft falsch geschrieben Ohm, nach dem Autor des Ohmschen Gesetzes, Georg Ohm). Im Handel erhältliche Widerstände gibt es in einer Reihe von Widerstandswerten – von einzelnen Ohm (von 0Ω) bis zu Hunderten von Millionen Ohm (MΩ).
Es wäre völlig unpraktisch, Widerstände mit jedem natürlichen Wert zu haben, d. h. 1Ω, 2Ω, 3Ω usw. Stattdessen produzieren die Hersteller Modelle mit Werten, die nach sogenannten Vorzugswerten und nach einer streng definierten Typenreihe bezeichnet werden. In den meisten Fällen kann der Widerstandswert von Widerständen anhand eines farbigen Strichcodes abgelesen werden, der auf dem Gehäuse aufgedruckt ist.
Der Widerstandswert, die Toleranz und die maximale Verlustleistung können auch direkt auf das Widerstandsgehäuse gedruckt werden, wenn dieses groß genug ist, um die Parameter fehlerfrei ablesen zu können. Diese Lösung wird z. B. bei Leistungswiderständen verwendet, die oft in einen Kühlkörper eingebaut sind, um die Wärmeableitung zu unterstützen. Bei den meisten Drahtwiderständen bis zu 1 W wird aufgrund von Einschränkungen durch die geometrischen Abmessungen des Gehäuses in der Regel ein farbiger Barcode verwendet, um den Widerstandswert, die prozentuale Toleranz und die zulässige Verlustleistung anzugeben.
Widerstände – zeitlose elektronische Bauteile mit hoher Vielseitigkeit
Vor der Entwicklung von Widerständen, wie wir sie heute kennen, beschäftigten sich viele Wissenschaftler eingehend mit der Erforschung der Natur des Widerstands. Es folgte die Entdeckung des elektrischen Stroms. Während sich Materialien wie Kupfer, Gold, Silber oder Aluminium als sehr gute Stromleiter mit geringem spezifischen Widerstand erwiesen, der zudem von der Geometrie des leitenden Elements abhängt, zeigten Glas, Keramik, Porzellan oder Kunststoffe eine schlechte elektrische Leitfähigkeit und einen hohen spezifischen Widerstand und somit sehr gute elektrische Isoliereigenschaften. Trotzdem haben Wissenschaftler, Ingenieure und Industrielle jahrzehntelang sich mit der Frage nach den Eigenschaften von Isoliermaterialien und ihrer Zuverlässigkeit und sicheren Funktion beschäftigt.
Das war bis 1961, als der afroamerikanische Ingenieur Otis Frank Boykin (1920-1982) den ersten Widerstand entwickelte, der es ermöglichte, den elektrischen Stromfluss durch einen Leiter präzise zu begrenzen. Die Erfindung des Ingenieurs Boykin zeichnete sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen äußere Umwelteinflüsse aus und wurde schnell in Geräten für das US-Militär, in IBM-Computern und in vielen Anwendungen der Unterhaltungselektronik eingesetzt. Seitdem finden sich Widerstände in elektronischen Weckern, auf der Hauptplatine von Computern oder bei der Konstruktion von selbstlenkenden Raketen.
Widerstände sind einer der Grundbausteine elektrischer Schaltungen. Sie werden in den inneren Strukturen von Halbleiterbauelementen verwendet, wo Spannungen in der Größenordnung von einem einzigen Mikrovolt (μV) das Ergebnis des Prozesses bestimmen – z. B. in hochpräzisen elektromedizinischen Geräten zur Untersuchung der bioelektrischen Aktivität des Gehirns mittels EEG (Elektroenzephalographie) bis hin zu monströsen Hochspannungs-Laborgeneratoren zum Testen von Schaltungen in der elektrischen Energietechnik.
Die Isolatoren, die die Arbeitsdrähte von der Tragstruktur trennen, müssen Blitzentladungsspannungen von mehreren Megavolt (MV) standhalten, was zehntausendmal höher ist als die Spannung einer Haushaltssteckdose. Kommerzielle elektronische Geräte aus der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts bis zum heutigen Tag zeigen, dass Widerstände bei ihrer Konstruktion fast unverzichtbar sind. In passiven Geräten haben sie die Aufgabe, Leistung abzuführen, indem sie elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln, während sie in aktiven Anwendungen zum Beispiel bei der Regelung des Stromverbrauchs einer LED-Lampe oder in den Stufen von Verstärkern auf Transistorbasis eingesetzt werden können
Eine weitere häufige Verwendung von Widerständen ist der Schutz von Schaltungen vor Überströmen und Überspannungen und bei Mikrocontrollern die Vermeidung von Störungen an den Ein-/Ausgangsports durch Verbindung der Mikrocontroller-Leitungen mit der Versorgungsmasse oder indirekt über einen Pull-up-Widerstand mit der Versorgungsspannung. In Zusammenarbeit mit anderen passiven Elementen – Kondensatoren – bilden die Widerstände Zeitschaltungen, mit denen wir Anwendungen wie Tongeneratoren oder blinkende LEDs aufbauen können. Wenn unsere elektronische Schaltung eine Spannung für einige Blöcke benötigt, die niedriger ist als die Versorgungsspannung, dann können wir diese Spannung durch Kaskadierung von Widerständen erhalten und so einen einfachen und zuverlässig funktionierenden Widerstandsspannungsteiler schaffen.
Um die richtigen Widerstände für unsere Anwendung frei auswählen zu können, auch wenn wir ein analoges Ohmmeter oder ein digitales Messgerät mit Widerstandsmessfunktion haben, ist es nützlich zu lernen, wie man die Widerstandswerte von Widerständen anhand des farbigen Barcodes auf dem Gehäuse ablesen kann. In diesem Artikel werden wir die Konvention zur Kennzeichnung von Widerständen mit einem Barcode erläutern.
Die im Barcode des Widerstands verwendeten Farben und ihre mathematische Interpretation
Der Farbstrichcode wurde in den 1920er Jahren eingeführt und 1952 von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) offiziell genormt. Seine Einführung ermöglichte es, die Parameter von Widerständen unabhängig von ihrer Größe zu identifizieren. Der Strichcode besteht aus farbigen Ringen, die auf das Widerstandsgehäuse gedruckt sind. Ihre Farben und die Reihenfolge ihrer Anordnung stehen für den Widerstandswert und die prozentuale Toleranz des Widerstands. Das Ablesen des Strichcodes auf dem Widerstandsgehäuse sollte von links nach rechts erfolgen. Der breiteste Balken, der dem Gehäuserand am nächsten ist, d. h. am nächsten zu einer der beiden Leitungen des Widerstands, gibt die erste signifikante Ziffer an, während der letzte Balken auf der rechten Seite die prozentuale Toleranz angibt. Die Farben der Balken sind entsprechend den spezifischen Zahlenwerten in der Tabelle (T2.1) zugeordnet.
Der erste Balken von links auf dem Widerstandsgehäuse gibt die erste signifikante Ziffer des Widerstandswertes an, unabhängig von der Größenordnung. Der zweite Balken gibt jeweils die zweite signifikante Ziffer des Widerstandswertes an. Der vorletzte Balken gibt den Multiplikator an, dessen Basis die Zahl 10 ist, und der letzte Balken gibt die prozentuale Toleranz des Widerstandswertes an.
Tabelle T2.1 – Interpretation des Widerstandsbarcodes
| Farbe des Balkens | Digitale Markierung | Multiplikator | Toleranz |
| Schwarz | 0 | x10 0 = x1 | Nicht anwendbar |
| Braun | 1 | x10 1 = x10 | ±1% |
| Rot | 2 | x10 2 = x100 | ±2% |
| Orange | 3 | x10 3 = x1000 | Nicht anwendbar |
| Gelb | 4 | x10 4 = x10000 | Nicht anwendbar |
| Grün | 5 | x10 5 = x100000 | ±0.5% |
| Blau | 6 | x10 6 = x1000000 | ±0.25% |
| Lila | 7 | x10 7 = x10000000 | ±0.1% |
| Grau | 8 | Nicht anwendbar | ±0.05% |
| Weiß | 9 | Nicht anwendbar | Nicht anwendbar |
| Gold | Nicht anwendbar | x10 -1 = x0.1 | ±5% |
| Silber | Nicht anwendbar | x10 -2 = x0.01 | ±10% |
| Farblos | Nicht anwendbar | Nicht anwendbar | ±20% |
Berechnung des Widerstandes von Widerständen anhand eines Barcodes
Der Barcode ist ein sehr praktisches Hilfsmittel zur Identifizierung von Widerständen bei der Arbeit in einer Elektronikwerkstatt, aber um ihn richtig anwenden zu können, muss man zunächst seine Prinzipien anhand praktischer Beispiele verstehen. Zunächst zeigen wir anhand der Tabelle (T2.1) ein Beispiel für die Anordnung des Strichcodes auf einem Widerstandsgehäuse in Abb. (3.1):
Abb. 3.1 – Layout Beispiel eines Barcodes auf einem Widerstandsgehäuse und seine Interpretation
Wir werden nun den in Abb. (3.1) gezeigten Widerstand entschlüsseln, indem wir die Farben der Streifen auf seinem Gehäuse nacheinander ablesen und sie mit den ,,digitalen” Gegenstücken auf der Grundlage der Daten in Tabelle (T2.1) vergleichen:
- Erste signifikante Ziffer – gelb = 4
- Zweite signifikante Ziffer – violett = 7
- Dritte signifikante Ziffer – schwarz = 0
- Multiplikator – rot = x10 2 = x100
- Toleranz – braun = ±1%
Schließlich berechnen wir den Widerstandswert des Widerstands:
- gelb violett schwarz rot = 4 7 0 x 100 = 470 * 100 = 47000Ω = 47kΩ
Der gesuchte Wert des Widerstands in Abb. (3.1) beträgt also 47kΩ, und der letzte Balken auf dem Gehäuse (in Braun) zeigt an, dass der Widerstand mit einer Toleranz von ±1% gefertigt wird.
Widerstandstoleranz – was bedeutet das?
Wir wissen bereits, dass Widerstände in verschiedenen Widerstandswerten und Gehäusen mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen hergestellt werden. Um einen Widerstand mit jedem möglichen Wert zu haben, müsste es eine unendliche Anzahl von Widerständen geben. Stattdessen werden Widerstände nach so genannten bevorzugten Widerstandswerten und auch nach einer genau definierten Toleranz hergestellt, die im Farbcode meist durch die Farbe des letzten Balkens auf der rechten Seite angegeben wird. Die prozentuale Toleranz eines Widerstands gibt die zulässige prozentuale Abweichung seines tatsächlichen Widerstandswerts von dem Widerstandswert an, nach dem er hergestellt werden sollte, und ist in der Regel mit Balken vom ersten bis zum vorletzten Punkt auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Mit anderen Worten, es handelt sich um die zulässige prozentuale Abweichung zwischen dem tatsächlichen Widerstandswert und dem erwarteten Widerstandswert des Widerstands, die negativ oder positiv sein kann. Aus dem Strichcode des Widerstands, dessen Modell in Abb. (3.1) dargestellt ist, und den Angaben in Tabelle (T2.1) geht beispielsweise hervor, dass er mit einer Toleranz von ±1 % hergestellt wurde. Wir werden nun Berechnungen anstellen, um zu zeigen, welche Unterschiede zwischen den Widerstandswerten von Widerständen mit demselben Strichcode auftreten können, die den erwarteten Widerstandswert von 47kΩ (47000Ω) mit einer Toleranz von ±1% zeigen:
- Maximal zulässiger Widerstandswert:
R max = 47000Ω + 0,01*47000Ω = 47000Ω + 470Ω = 47470Ω (4.1)
- Minimal zulässiger Widerstandswert:
Rmin = 47000Ω – 0.01*47000Ω = 47000Ω – 470Ω = 46530Ω (4.2)
- Modul der Toleranzdifferenz:
Rdiff = |Rmin – Rmax| = |46530 – 47470Ω| = |-940Ω| = 940Ω
Je nach Anwendung sind Widerstände mit streng definierten Toleranzen entsprechend dem Strichcode erforderlich. In elektrischen Heizkreisen beispielsweise dürften Widerstände mit demselben Widerstand, die mit einer Toleranz von ±20 % hergestellt werden, die Funktion des Geräts nicht nennenswert beeinträchtigen, während elektronische Geräte, die Filter, Generatoren und Verstärker verwenden, wie elektroakustische Verstärker, Messsysteme oder Funkkommunikationsschaltungen, Widerstände mit einer Toleranz von ±2 %, ±1 % oder sogar weniger erfordern, da die präzise Funktion einer möglicherweise kritischen Anwendung Priorität hat (z. B. militärische Geräte, medizinische Geräte oder Anwendungen für eine breite Infrastruktur wie Verkehr oder Stromversorgung). Solche Widerstände zeichnen sich auch durch vernachlässigbare parasitäre Parameter aus, d.h. Induktivität und Kapazität.
Noch mehr Streifen!
Sehr oft reichen drei Balken aus, um den Widerstandswert eines Widerstands zu beschreiben. Aus der Beschreibung der grundlegenden Strichkodierung von Widerständen wissen wir, dass die ersten beiden Balken die signifikanten Ziffern des Widerstandswertes und der dritte Balken den Multiplikatorwert angeben. Der vierte Balken symbolisiert die prozentuale Toleranz. Wenn ein Widerstand nur drei Streifen auf dem Gehäuse hat, bedeutet dies, dass er mit einer Toleranz von ±20 % hergestellt wurde. Es gibt auch im Handel erhältliche Präzisionswiderstände mit 5 Balken auf dem Gehäuse – in diesem Fall ist die mathematische Darstellung des dritten Balkens von links die dritte signifikante Ziffer und die Farbe des vierten Balkens symbolisiert wiederum den Multiplikator, und der fünfte Balken – die prozentuale Toleranz. Ein zusätzlicher sechster Balken symbolisiert die vom Hersteller angegebene Lebensdauer oder den Temperaturbeständigkeitsfaktor, gemessen in ppm/K. Der sechste Balken ist in der Regel braun und zeigt an, dass eine Änderung der Widerstandstemperatur um jeweils 10 °C (283,15 K) zu einer Widerstandsänderung von 0,1 % des eigenen Widerstands bei Raumtemperatur führt, d. h. zwischen 15°C (288,15K) und 25°C (298,15K).
BS1852: andere Kodierungsnormen für Widerstände
Bei den meisten “großen” Leistungswiderständen wird anstelle eines farbigen Barcodes ein Aufdruck auf dem Gehäuse verwendet, der Informationen über den Widerstand, die prozentuale Toleranz und die maximale Verlustleistung enthält. Da der Informationsaufdruck je nach Umgebungsbedingungen Beschädigungen ausgesetzt sein kann, die ein korrektes Ablesen der Widerstandsparameter unmöglich machen (z. B. Verschmieren des Kommas), wurde eine Norm entwickelt und unter der Bezeichnung BS1852 eingeführt (es gibt auch ein Äquivalent unter der Bezeichnung EN60062), nach der das Komma durch den Buchstaben “K” oder “M” ersetzt wird, um den Multiplikator für Widerstände von Tausend bzw. Millionen Ohm anzugeben. Folgt auf die signifikanten Ziffern der Buchstabe “R” oder gar kein Buchstabe, so entspricht dies einem Multiplikationsfaktor von 1. Beispiele für die BS1852-Kodierung von Widerständen nach Widerstandswerten sind wie folgt:
- 0,39Ω ⇔ “R39” oder “0R39”
- 6.8Ω ⇔ “6R8”
- 3.9Ω ⇔ “3R9”
- 82Ω ⇔ “82R”
- 220Ω ⇔ “220R” oder “0K22”
- 3.3KΩ ⇔ “3K3”
- 2.7KΩ ⇔ “2K7”
- 47KΩ ⇔ “47K”
- 510KΩ ⇔ “510K” oder “0M51”
- 2MΩ ⇔ “2M0”
Je nach Hersteller folgt auf die Widerstandsbezeichnung ein zusätzlicher Buchstabe, der die Toleranz des Widerstands angibt:
- “B” = ±0.1%
- “C” = ±0.25%
- “D” = ±0.5%
- “F” = ±1%
- “G” = ±2%
- “J” = ±5%
- “K“ = ±10%
- “M” = ±20%
Beim Lesen des Aufdrucks auf einem kodierten BS1852-Widerstand ist darauf zu achten, dass das “K”-Symbol, das dem Multiplikator 103 entspricht, nicht mit dem “K”-Symbol verwechselt wird, das für eine Toleranz von ±10 % steht, und dass das “M”-Symbol, das dem Multiplikator 106 entspricht, nicht mit dem “M”-Symbol verwechselt wird, das für eine Toleranz von ±20 % steht.
SMD-Widerstände – wie kommt man ohne Barcode aus?
In diesem Artikel haben wir bisher eine Methode zur Dekodierung von Durchsteckwiderständen (THT) vorgestellt, die in der Regel mit einem Strichcode versehen sind. Bei oberflächenmontierten Widerständen (SMD) wird für die physische Kennzeichnung des Widerstandswertes kein Barcode verwendet, sondern der 3- oder 4-stelliger Code – normalerweise nur aus Ziffern bestehend, wobei die ersten beiden Ziffern den ersten beiden Ziffern (signifikante Ziffern) des Widerstandswerts entsprechen und die dritte Ziffer der Exponent einer Potenz zur Basis 10 ist, also der Multiplikator, mit dem die aus den Ziffern vor dem Exponenten gebildete Zahl multipliziert werden muss. Um beispielsweise den Widerstandswert eines SMD-Widerstands zu ermitteln, dessen Gehäuse mit “104” beschriftet ist, muss diese Bezeichnung in Primfaktoren zerlegt werden:
- erste signifikante Ziffer: 1
- zweite signifikante Ziffer: 0
- Multiplikator-Exponent: 4
und die folgenden Berechnungen durchführen:
- 10Ω*104 = 10Ω*10000 = 100000Ω = 100kΩ (7.1)
Der erwartete Widerstand eines SMD-Widerstands mit der Bezeichnung “104” beträgt 100kΩ. Bei SMD-Widerständen mit einem Widerstand von mindestens 10Ω und weniger als 100Ω ist jedoch die dritte auf dem Gehäuse aufgedruckte Ziffer “0” oder diese Ziffer ist einfach nicht vorhanden. Ein SMD-Widerstand mit der Bezeichnung “820” oder “82” sollte zum Beispiel einen Widerstand von 82Ω aufweisen. SMD-Widerstände mit einem Widerstandswert von weniger als 10Ω, wie in der BS1852-Kodierung, verwenden den Buchstaben “R” als Dezimalpunkt – in diesem Fall sollte ein SMD-Widerstand mit der Bezeichnung “3R9” einen Widerstand von 3,9Ω aufweisen. Im Gegensatz dazu sind SMD-Widerstände mit der Bezeichnung “0” oder “000” oder “0000” Null-Widerstands-Brücken in der oberflächenmontierten Ausführung.
Wissenswertes über Widerstände und kleine Tipps
Neben der Anwendung genormter Methoden zur Identifizierung von Widerständen ist es auch nützlich, einige interessante Fakten zu kennen, die uns helfen, unser praktisches und theoretisches Wissen über Widerstände zu erweitern. Bei Widerständen, die in Hochspannungsstromkreisen (d. h. über 1 kV) verwendet werden, wurden die metallischen Farbstreifen, d. h. Gold und Silber, zur Kennzeichnung ihrer Widerstandswerte aufgegeben und durch gelbe bzw. graue Streifen ersetzt. Auf diese Weise wird die Induktion lokaler elektrischer Felder mit Gold- und Silberstreifen verhindert, die zu elektrischen Durchschlägen führen können.
Wenn ein Widerstand in einem THT-Gehäuse (Through-Hole-Transistor) nur mit einem schwarzen Streifen bedruckt ist, ist sein Widerstand gleich Null. Im Prozess der automatisierten Elektronikproduktion stellen sie eine hervorragende Lösung dar, die eine separate Maschine überflüssig macht, die aus der Sicht der Schaltpläne Steckbrücken installiert, die sich nicht von Widerständen mit Null-Widerstand unterscheiden. Dieser Ansatz hat auch den Vorteil, dass er die Produktionskosten senkt. Bei speziellen Widerständen für die Militärelektronik symbolisiert ein zusätzlicher fünfter Balken den Zuverlässigkeitsgrad des Widerstands, d. h. die prozentuale Ausfallwahrscheinlichkeit innerhalb von tausend Betriebsstunden. Eine solche Lösung ist bei Geräten der Unterhaltungselektronik nur sehr selten zu finden.
