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Der Begriff „Null-Ohm-Widerstand“ mag auf den ersten Blick absurd erscheinen, doch tatsächlich handelt es sich um einen wichtigen Bestandteil in der Elektronik. Diese Bauteile haben keinen elektrischen Widerstand und werden daher oft als Brücke zwischen zwei Leiterbahnen oder als Jumper eingesetzt.
Was ist der Zweck eines 0-Ohm-Widerstands?
Was ist der Zweck eines 0-Ohm-Widerstands in einer Schaltung und warum könnte es sinnvoll sein, ihn zu behalten?
Obwohl diese Komponente auf den ersten Blick nutzlos erscheint, gibt es mindestens drei Gründe, warum sie sinnvoll ist. Zwei dieser Gründe haben mit Design, Test und Herstellung zu tun, während der dritte Grund sich auf einen anderen Bereich bezieht.
Der wichtigste Grund: Das Layout der Leiterplatte
Vor fünfzig Jahren, als Leiterplatten noch neu waren, gab es noch keine FR4-Glasepoxidplatten mit beidseitiger Beschichtung. Stattdessen bestanden die frühesten Platinen aus gepresstem Phenolpapier mit nur einer Kupferbeschichtung. Die Komponenten wurden von Hand eingesetzt, da die meisten davon groß waren, wie beispielsweise Vakuumröhrensockel, diskrete Transistoren, passive Bauelemente, Transformatoren und Steckverbinder.
Es war früher eine große Herausforderung, die Verdrahtung einer Platine mit Leiterbahnen auf einer einzigen Seite zu realisieren. Oft war es sogar unmöglich. Man griff damals zu Drahtbrücken, um die Verbindung zwischen zwei Leiterbahnen herzustellen. Später, als maschinelle Bestückung möglich wurde, ersetzte man die Drahtbrücken durch diskrete, standardisierte Null-Ohm-Widerstände mit gleicher Funktion.
Einseitige Phenolharzplatinen und Brücken werden auch heute noch in verschiedenen Geräten verwendet, insbesondere bei größeren Komponenten wie Transformatoren oder zur Lösung von Topologieproblemen.
Grund Nr. 2: Vorteile von flexiblen Schaltungen und Platinen
Auch in unserer modernen Welt haben Null-Ohm-Widerstände immer noch ihre Verwendung in mehrschichtigen FR-4-Leiterplattendesigns. Manchmal ist die Leiterbahnführung so komplex, dass einige Verbindungen nicht einfach hergestellt werden können. In solchen Fällen kann ein Null-Ohm-Widerstand an der kritischen Stelle eine zusätzliche Schicht „kaufen“.
Diese Widerstände können auch dazu beitragen, die Verbindung und den Betrieb einer Schaltung neu zu konfigurieren. Durch eine vollständige elektrische Trennung zwischen den Teilschaltungen auf einer Leiterplatte erleichtern sie das Debuggen und Testen erheblich. Ein SMT-Null-Ohm-Widerstand kann einfacher ausgetauscht werden als eine feine Leiterbahn aufzuschneiden und zu reparieren. Außerdem können sie genutzt werden, um Funktionen wie zusätzliche Filterstufen zu umgehen, die nicht in allen Konfigurationen benötigt werden oder für Test- und Kalibrierzyklen deaktiviert werden müssen.
Mit diesen Widerständen können Leiterplattenlayouts auf verschiedene Konfigurationen zugeschnitten werden, selbst nachdem die Leiterplatte bestückt und gelötet wurde. In einfachen Fällen kann ein Signalpfad in einer Dämpfungsschaltung entweder 0 Ohm oder 10 Ohm benötigen, abhängig von der spezifischen Last, die das Produkt antreibt. Das Layout der Platine kann so gestaltet werden, dass sie einen einzigen Widerstand von 0 Ohm oder 10 Ohm aufnehmen kann, und der richtige Wert kann dann auf die Stückliste gesetzt oder von Hand eingesetzt und verlötet werden. Alternativ können Schaltung und Leiterplatte so ausgelegt werden, dass sowohl Null-Ohm- als auch 10-Ohm-Widerstände parallel geschaltet sind, und der Null-Ohm-Widerstand entfernt wird, wenn 10 Ohm der richtige Wert ist.
Es gibt eine alternative Möglichkeit: Sie können zwei verschiedene Leiterplattenlayouts erstellen, eines mit einem Widerstand und eines ohne. Allerdings ist es wirtschaftlicher, klüger und effektiver, nur eine Leiterplatte zu haben und den Null-Ohm-Widerstand nach Bedarf zu platzieren oder zu entfernen.
Grund Nr. 3: Schutz gegen Rückwärtsentwicklung
Es gibt eine versteckte Funktion von Null-Ohm-Widerständen: sie können dazu verwendet werden, eine Schaltung zu verkomplizieren und zu verbergen, um Reverse-Engineering zu erschweren. Dies war besonders in der Anfangszeit der einfachen analogen Schaltungen auf einseitigen Leiterplatten üblich und wird heute noch in Bereichen mit geringerer Dichte wie z.B. bei Leistungsschaltungen angewendet. Durch das Einsetzen von Null-Ohm-Widerständen wird das Rückverfolgen des Schaltplans erschwert, da der erste Schritt darin besteht, den Schaltplan nachzuzeichnen und die verschiedenen Komponenten und ihre Funktionen zu identifizieren. Das Einfügen von Null-Ohm-Widerständen erschwert diesen zweiten Schritt, ähnlich wie der Einsatz von NOPs in der Software, um Programm- und Schleifentiming anzupassen.
Verschiedene Paketgrößen für Null-Ohm-Widerstände
Null-Ohm-Widerstände gibt es als Einzel- oder Mehrfacheinheiten. Ein Beispiel hierfür ist der SR1-0805-000 von NTE Electronics, Inc. Dieser Widerstand ist als einzelner Chipwiderstand in einem 0603-SMT-Gehäuse mit Abmessungen von 1,5 × 0,8 Millimetern (mm) (0,06 × 0,03 Zoll) erhältlich.
Für Situationen, in denen mehrere Null-Ohm-Widerstände in unmittelbarer Nähe zueinander erforderlich sind, bietet Panasonic das EXB-28VR000X-Array mit vier Widerständen in einem 0804-Gehäuse an.
Null-Ohm-Widerstände haben zwei ungewöhnliche Eigenschaften in ihren Spezifikationen. Sie haben keine Toleranzgrenze, und ein maximaler Nennwert wird angegeben, obwohl ihre Verlustleistung aufgrund des Widerstandswertes 0 Ohm ist. Auch wenn sie sehr nah an den Nullwert herankommen, haben sie einen maximalen tatsächlichen Widerstand von 50 Milliohm, was eine maximale Stromstärke bestimmt.
Der Null-Ohm-Widerstand – Was bringt er uns?
Der Null-Ohm-Widerstand ist ein wertvolles Element, dessen Funktion auf den ersten Blick unnötig erscheint. Designer erkennen jedoch, dass er ihnen bei Schaltungs- und Layout-Problemen zu niedrigen Kosten helfen kann. Darum bieten die Hersteller verschiedene Konfigurationen an.