So verwenden Sie Widerstände in einem Projekt

Widerstand ist zwecklos... Spannung geteilt durch Strom

Das Maker-Toolkit enthält eine Kernauswahl wichtiger Maker-Tools. Die Werkzeuge, ohne die wir keine Arbeit erledigen können. Steckbretter, Lötkolben und LEDs sind wichtig, aber Widerstände sind die winzigen Komponenten, auf die Projekte angewiesen sind.

Egal für welches Board wir uns entscheiden, sei es Raspberry Pi, Raspberry Pi Pico oder Arduino, wir benötigen Widerstände, um unsere LEDs zu schützen, Spannungen aufzuteilen und präzise Werte für unsere Schaltkreise bereitzustellen. Aber was machen sie, warum brauchen wir sie und wie können wir sicherstellen, dass wir den richtigen Wert haben? Dazu müssen wir ein wenig rechnen und ein paar Datenblätter konsultieren.

In dieser Referenz erklären wir, was Widerstände sind, was sie bewirken und wie Sie den richtigen Widerstand für Ihr nächstes Projekt auswählen.

Widerstände sind Bauteile, die in einem Stromkreis elektrischen Widerstand erzeugen. Typischerweise werden sie verwendet, um den Stromfluss in einem Stromkreis zu reduzieren. Wenn sie beispielsweise mit LEDs verwendet werden, verhindern sie, dass die LED zu viel Strom verbraucht.

Eine LED ohne Widerstand brennt sehr schnell durch. Widerstände können auch verwendet werden, um Spannungspotentialteiler zu erstellen, nützliche Schaltkreise, die die Spannung in einem Schaltkreis reduzieren. Jeder Hersteller hat einige Widerstände in seinen Bausätzen. Sie sind in Bandelierstreifen erhältlich und können einzeln oder zu Tausenden gekauft werden.

Die grundlegendste Verwendung von Widerständen besteht darin, zu verhindern, dass eine Komponente zu viel Strom verbraucht. Nehmen Sie zum Beispiel eine LED (Light Emitting Diode). LEDs sind so konzipiert, dass sie Strom in eine Richtung leiten und im Betrieb eine kleine Lichtmenge erzeugen. Wenn wir den LEDs so viel Strom geben, wie sie wollen, leuchtet die LED hell, brennt aber bald durch. In manchen Fällen können wir ihm zu viel Strom auf einmal zuführen, was dazu führt, dass die LED „knallt“ und dann ausgeht.

Mit der folgenden Berechnung können wir den genauen Widerstandswert ermitteln.

R ist der Widerstandswert, Vs ist die Versorgungsspannung, Vf ist die Durchlassspannung (die benötigte Menge) und If ist der Durchlassstrom.

Lassen Sie uns das in die Tat umsetzen. Wir haben eine blaue LED, die an eine 5-V-Versorgung angeschlossen ist. Die Durchlassspannung der LED beträgt 3,2 V und der benötigte Strom liegt bei etwa 10 mA. Die Rechnung sieht also so aus.

Das bedeutet, dass der Wert von R 180 Ohm beträgt. In der Standard-Widerstandsserie können wir genau diesen Wert verwenden oder stattdessen einen 150- oder 220-Ohm-Widerstand wählen. Für grundlegende Aufgaben ist der genaue Wert nicht entscheidend, aber beim Entwurf von Schaltkreisen für professionelle/industrielle oder hochpräzise Geräte müssen Sie die genauen Werte verwenden. Die genauen Werte finden Sie im Datenblatt der Komponenten oder auf der Produktseite des von Ihnen ausgewählten Händlers.

Für die meisten Hobby-/Maker-Anwendungen können wir den nächstgelegenen Wert wählen, der uns zur Verfügung steht. Für unsere LEDs bevorzugen wir oft einen 220 / 330 Ohm Widerstand.

Widerstände können auch zum Hochziehen oder Herunterziehen eines GPIO-Pins verwendet werden. Ein Pull-up-Widerstand zieht einen Pin hoch, indem er eine Spannungsversorgung an einen Pin anschließt. Ein Pulldown-Widerstand zieht einen Pin nach GND. Wir haben einen 10-kOhm-Widerstand mit einem DHT22-Temperatursensor verwendet, um den Datenpin mithilfe der 3,3-V-Versorgung auf High zu ziehen.

Widerstände können auch verwendet werden, um Spannungen von einer Ebene auf eine andere abzusenken. Dies wird Spannungsteiler genannt und wird üblicherweise in Potentiometern verwendet, um die Spannung zu variieren.

Um einen Spannungsteiler zu erstellen, müssen wir diese Gleichung verwenden.

Vout ist die Spannung, die wir wollen.

Vin ist die Eingangsspannung.

R1 ist der Wert des ersten Widerstands.

R2 ist der Wert des zweiten Widerstands.

Für unseren Spannungsteiler wollen wir also die Eingangsspannung von 5 V in etwa 3,3 V umwandeln. Dieser Vorgang wird häufig verwendet, wenn wir die Logikspannung einer Komponente ändern müssen, beispielsweise des HC-SR04. Der Ultraschall-Abstandssensor HC-SR04 verwendete ursprünglich eine 5-V-Logik. Daher sendet der Echo-Pin, der aktiviert wird, wenn Schall von einem Objekt reflektiert wird, 5 V an den GPIO.

Für einen Arduino ist das in Ordnung. Bei einem Raspberry Pi kann es zu Schäden am Pin oder sogar am Pi kommen. Wir verwenden zwei Widerstände, R1 einen 1-kOhm-Widerstand (oben) und R2 einen 2,2-k-Ohm-Widerstand (unten), um einen Spannungsteiler zu erstellen. Die Beine von R1 und R2 passen in dieselbe Reihe des Steckbretts. In R1 liefern wir 5V und in R2 verbinden wir mit GND. Dort, wo sich die Zweige von R1 und R2 treffen, liegt die Ausgangsspannung, die 3,4375 V betragen sollte, deutlich innerhalb der Toleranz des 3,3-V-GPIO.

Die Berechnung funktioniert, indem wir R1 und R2 addieren (1000 + 2200 = 3200), dann den Wert von R2 durch diesen dividieren (2200 / 3200 = 0,6875) und schließlich mit der Eingangsspannung multiplizieren (5 8 0,6875 = 3,4375 V).

Widerstände haben Farbbänder um ihre Achse. Wir haben einen ausführlichen Artikel zum Dekodieren von Widerstandsfarbcodes, aber unten finden Sie eine kurze Erklärung, die für Ihr erstes Projekt geeignet ist.

Bei diesen Bändern handelt es sich um ein Codesystem, mit dem wir den Wert eines Widerstands identifizieren können. Es gibt vier, fünf und sechs Bänder, am häufigsten sind es jedoch vier. Tatsächlich sind die vier Bandwiderstände am einfachsten abzulesen.

Nehmen wir diesen Widerstand als Beispiel. Die Bänder sind auf dem Widerstand aufgedruckt, aber das endgültige Band, die Toleranz, ist auf einer der „Ausbuchtungen“ am Ende des Widerstands aufgedruckt. Wir können sehen, dass das erste Band gelb und das zweite violett ist. Dies ergibt einen Wert von 47. Das dritte Band ist der Multiplikator, in diesem Fall ist Rot 100. Wenn wir rechnen, ist 47 x 100 = 4700. Wir haben einen 4700-Ohm-Widerstand, der allgemein als 4,7-K-Ohm-Widerstand bezeichnet wird . Das letzte Band ist die Toleranz. Unser Toleranzband ist Gold, was bedeutet, dass wir eine Toleranz von 5 % haben. Es können 5 % über oder unter dem 4,7-K-Ohm-Wert liegen.

Fünf Bandwiderstände bieten zusätzliche Präzision und nutzen eine zusätzliche dritte Ziffer, um die Präzision einzustellen. Das dritte Band desselben 4,7-K-Ohm-Widerstands ist jetzt schwarz, was auf Null verweist. Das vierte Band ist der Multiplikator und das fünfte ist unsere Toleranz.

Diese Tabelle bietet eine Kurzreferenz, die auf Vier- und Fünfbandwiderstände angewendet werden kann.

Manchmal kann es schwierig sein, einen Widerstand anhand seines Farbcodes richtig zu identifizieren. Es könnte alt, beschädigt oder falsch gedruckt sein. Wenn das der Fall ist, können wir unseren Widerstand mit einem Multimeter überprüfen.

Multimeter sind ein unverzichtbares Werkzeug für Hersteller. Unter anderem können Multimeter Spannungen und Ströme messen und den Durchgang in einem Stromkreis prüfen. Es gibt zwei gängige Multimeter: automatische Bereichswahl und manuelle. Die automatische Bereichswahl versucht, den Messwert zu erkennen und in einen Bereich einzuordnen. Für manuell müssen wir den Bereich einstellen.

1.Drehen Sie den Drehknopf auf das Symbol Ω (Ohm) und drücken Sie die Ein-/Aus-Taste.Einige Multimeter schalten sich ein, wenn der Drehknopf gedreht wird, während andere über einen Netzschalter verfügen.

2.Wickeln Sie ein Bein des Widerstands um eine Sonde.Widerstände haben keine Polarität, sodass wir beide Zweige an die Sonde anschließen können.

3.Wickeln Sie das andere Bein um die verbleibende Sonde.

4.Lesen Sie den Wert vom Bildschirm ab.Geben Sie ihm einen Moment Zeit, um sich zu beruhigen, bevor Sie mit der Messung beginnen.

1. Drehen Sie den Drehknopf auf das Symbol Ω (Ohm) und wählen Sie den niedrigsten Bereich. Drücke den Power Knopf.

2.Wickeln Sie ein Bein des Widerstands um eine Sonde.Widerstände haben keine Polarität, sodass wir beide Zweige an die Sonde anschließen können.

3.Wickeln Sie das andere Bein um die verbleibende Sonde.

4.Lesen Sie den Wert vom Bildschirm ab.Geben Sie ihm einen Moment Zeit, um sich zu beruhigen, bevor Sie mit der Messung beginnen.

5.Wenn der Messwert OL oder verstümmelt ist, gehen Sie einen Bereich nach oben, bis Sie einen stabilen Wert sehen.Dies ist das Multimeter, das uns mitteilen möchte, dass unser Messwert außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, normalerweise höher als die von uns verwendete manuelle Einstellung.

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Les Pounder ist Associate Editor bei Tom's Hardware. Er ist ein kreativer Technologe und hat sieben Jahre lang Projekte entwickelt, um Jung und Alt zu bilden und zu inspirieren. Er hat mit der Raspberry Pi Foundation zusammengearbeitet, um deren Lehrerausbildungsprogramm „Picademy“ zu schreiben und durchzuführen.

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