Der Begriff „Präzisionswiderstand“ bezieht sich im Allgemeinen auf einen Widerstand, dessen Wert bis auf einen Prozentpunkt (oder besser) korrekt ist. Dieser Wert ist nicht in Stein gemeißelt. Verschiedene Hersteller legen unter Umständen verschiedene Punkte fest, etwa 0,5 Prozent oder sogar noch weniger. In jedem Fall wird der Prozentsatz deutlich und unmissverständlich angegeben. Dies ist jedoch nur der Ausgangspunkt, da der eigentliche Widerstandswert eines einprozentigen, 500-Ohm-Widerstands nur unter idealen Bedingungen bei 495 Ohm bis 505 Ohm garantiert ist. Für die Wirklichkeit entworfene Designs müssen aber schließlich unter den Bedingungen der Wirklichkeit funktionieren.
Temperatur und Leistung
Elektronische Vorrichtungen müssen oft in Umgebungen mit hohen Temperaturen funktionieren (siehe In rauen Umgebungen halten Widerstände widrigen Bedingungen stand), daher ist es entscheidend, dass Sie wissen, wie sich der von Ihnen gewählte Widerstand bei Temperaturschwankungen verhalten wird. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands wird als der Widerstandsbereich für eine Temperaturveränderung von einem Grad festgelegt und in parts per million (ppm) angegeben. Der Wert ist normalerweise spezifisch für Grad Celsius und nicht für Fahrenheit. Der Leistungskoeffizient des Widerstands steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Temperaturkoeffizienten, da die Temperaturveränderungen in einem Widerstand eng mit dem Leistungsverlust verbunden sind.
Die aufgrund des Temperaturkoeffizienten entstandenen Veränderungen sind umkehrbar. Sobald der Strom abgeschaltet wird und der Widerstand wieder auf Zimmertemperatur abgekühlt ist, nimmt der Widerstand wieder seinen Normalwert an. Längerfristig kann die Temperatur, bei der der Widerstand betrieben wird, jedoch eine permanente Veränderung des Widerstandswerts hervorrufen. Der Effekt variiert je nach Widerstandstechnologie und kann normalerweise basierend auf den vom Hersteller bereitgestellten Informationen prognostiziert werden.
Spannung
Der Spannungskoeffizient des Widerstands ist die Veränderung des Widerstands bei anliegender Spannung. Diese Veränderung ist komplett anders geartet und erfolgt unter Spannung zusätzlich zu den Auswirkungen der Selbsterwärmung. Ein Widerstand mit einem Spannungskoeffizienten von 100 ppm/V wird sich bei einer Spannungsveränderung von 10 Volt um 0,1 Prozent verändern und bei 100 Volt um 1 Prozent.
Spezielle Präzisionswiderstände
Es gibt viele Faktoren, die Präzisionswiderstände mit allen anderen Widerständen teilen, die möglicherweise für Erstere schlicht deswegen wichtiger sind, weil sie bei Anwendungen, die eine Abweichung von 10 oder 20 Prozent tolerieren, oft unerheblich sind, bei einer Anwendung, die eine höhere Genauigkeit erfordert, jedoch verheerende Auswirkungen haben können.
Jeder Widerstand wird nach der maximalen Leistung bemessen, die er ableiten kann. Jedoch wird der angegebene Betrag der sicheren Verlustleistung entsprechend der Abweichung der Widerstandstemperatur von der Umgebungstemperatur herabgesetzt. Ein gutes Datenblatt eines beliebigen Präzisionswiderstands sollte ein Diagramm enthalten, das Auskunft über den entsprechenden Abfall erteilt.
Das Rauschen eines Widerstands kann man sich als kaum merkliche, zufällige Signale vorstellen, die von einem Widerstand ausgehen. Es kann sein, dass dieses Rauschen von Designs, die schwache analoge Signale messen, nicht toleriert wird. Zudem kann sich der Wert von Widerständen mit der Zeit und als Reaktion auf viele Arten von Umweltbelastungen ändern, wobei Verlustleistung und Hitze die üblichen Missetäter sind.
Technologien
Auf dem Markt werden heutzutage viele verschiedene Arten von Widerständen angeboten (siehe Widerstände bieten Entwicklern unzählige Wahlmöglichkeiten) und manche Arten eignen sich besser für spezifische Herausforderungen als andere, wenn ein hohes Maß an Präzision sowie ihre Gehilfin, die hohe Stabilität, gefragt sind. In der Regel liefern Dünnfilm-Präzisionswiderstände auf dieser Basis gute Ergebnisse und Folienwiderstände sind sogar noch besser. Die Bulk Metal® Z-Foil Widerstände von Vishay bieten Temperaturkoeffizienten von gerade einmal 1 ppm über den gesamten Temperaturbereich von -50 °C bis +125 °C.
Abbildung 1: Vishay Bulk Metal® Z-Foil Widerstände (Quelle: Vishay Precision Group)
Die Z201-1K0000-Familie der Hochpräzisionswiderstände von Vishay ist bei Arrow Electronics verfügbar. Das Datenblatt zeigt eine Serie von Folienwiderständen zur Durchsteckmontage mit Temperaturkoeffizienten von bis zu ±0,05 ppm/°C bei einem Temperaturbereich von 0 °C bis +60 °C.
Die Spezifikation eines Präzisionswiderstands kann eine beängstigende Aufgabe sein. Die Vorrichtungen sind zudem nicht billig. Der Entwickler muss ein umfassendes Verständnis der Umweltbelastungen haben, denen das Endprodukt standhalten muss, und die von seriösen Herstellern bereitgestellten Datenblätter sorgfältig prüfen. Eine Unterspezifikation, aber auch eine Überspezifikation gilt es zu vermeiden.