آشنایی با مقاومت ها و انواعشان

مقدمه

مقاومت، ساده‌ترین و در عین حال یکی از متداول‌ترین و ضروری‌ترین قطعات الکترونیک است که شما تقریباً در هر مداری می‌توانید نمونه‌های آن را ببینید. مقاومت‌ها در شکل‌ها و اندازه‌های متفاوتی ساخته می‌شوند.

مقاومت‌ها از نظر شکل پایه‌ها می‌توانند از نوع SMD (قطعات نصب سطحی) یا Through-Hole (پایه دار) باشند. همچنین مقاومت‌ها از نظر ساختار و نوع کاربرد نیز به انواع دیگری مثل مقاومت‌های آرایه‌ای، مقاومت‌های متغیر یا مقاومت‌های توان بالا تقسیم می‌شوند. در شکل‌های زیر می‌توانید شکل واقعی چند نوع از آن‌ها را ببینید.

مقاومت آرایه‌ای. چندین مقاومت در یک پکیچ قرار دارند.

انواع مقاومت متغیر

مقاومت آجری. نوعی مقاومت با توان بالا

مقاومت وابسته به نور (LDR) که به آن فتوسل نیز گفته می‌شود.

مقاومت‌های SMD

مقاومت کربنی

یکی از رایج‌ترین انواع مقاومت‌ها «مقاومت کربنی» نام دارد. این نوع مقاومت‌ها فرم استوانه‌ای شکل دارند که مطابق شکل‌های زیر، درون محفظه‌ی استوانه‌ای شکل یک رشته از ماده‌ای رسانا مثل کربن به صورت مارپیچ دور یک ماده‌ی عایق پیچیده شده است و لایه بیرونی از جنس رنگ یا پلاستیک آن را از محیط بیرون عایق می‌کند. توجه کنید که هرچه دورهای ماده‌ی رسانا بیشتر باشد مقاومت بیشتری ایجاد می‌شود.

ساختار داخلی مقاومت کربنی

کاربردهای مقاومت

مقاومت‌ها به عنوان یکی از اساسی‌ترین قطعات الکترونیکی کاربردهای بسیار زیادی در دنیای الکترونیک دارند که در ادامه به چند مورد از رایج‌ترین کاربردهای آن اشاره می‌کنیم.

محدود کردن جریان

استفاده از مقاومت در مدارهای الکترونیک می‌تواند جریان را محدود کند. طبق قانون اهم اگر ولتاژ دو سر یک رسانا ثابت باشد می‌توانیم با تغییرات مقدار مقاومت مسیر، جریان را تحت کنترل درآوریم.

تقسیم ولتاژ

با استفاده از مقاومت می‌توانیم سطح ولتاژ را برای قسمتی از مدار کاهش دهیم. فرض کنید که از یک باطری 5V برای تغذیه یک مدار استفاده می‌کنیم ولی یک قسمتی از مدار به ولتاژ کمتری احتیاج دارد. در این شرایط مقاومت می‌تواند ولتاژ پایین‌تری که مورد نیاز می‌باشد را تامین کند.

شبکه‌های مقاومت، خازن، سلف

مقاومت‌ها می‌توانند با سایر قطعات پایه‌ی الکتریکی تشکیل شبکه‌های خاصی بدهند که در مصارف مخابراتی و ابزارهای اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خواندن مقدار مقاومت از روی کد رنگی

شاید از خود پرسیده باشید رنگ هایی که بر روی مقاومت حک شده چه کاربردی دارد؟! شما می‌توانید مقدار مقاومت و خطای این مقدار را از کدهای رنگی که روی مقاومت بخوانید.

اکثر مقاومت‌های موجود دارای 4 نوار رنگی هستند که 3 نوار اول نشانگر مقدار مقاومت و نوار آخری نشان دهنده‌ی خطای مقاومت است. طبق جدول زیر رنگ نوار اول و دوم، رقم اول و دوم مقدار مقاومت و نوار سوم تعداد صفرهای مقابل این دو رقم را مشخص می‌کند. رنگ نوار آخر نیز میزان خطا یا اصطلاحاً تلرانس (Tolerance) مقاومت را نشان می‌دهند. با یک مثال متوجه ساده بودن این مبحث خواهید شد.

فرض کنید می‌خواهیم مقدار مقاومت اوّلی در تصویر بالا با 4 نوار را محاسبه کنیم:

1. نوار اول رنگ سبز دارد، پس رقم اول طبق جدول عدد 5 است.
2. نوار دوم رنگ آبی دارد، پس رقم دوم طبق جدول عدد 6 است.
3. نوار سوم که گفته شد تعداد صفرهای مقابل دو رقم بالا است، نارنجی است. طبق جدول نارنجی نشانگر عدد 3 است.
4. نوار چهارم طلایی است که نشانگر تلرانس مقاومت است طبق جدول ±5% تلرانس دارد.
5. با قرار دادن اعداد بالا مطابق آنچه گفته شد داریم:

$$R=56000=56\times {10}^3=56k\Omega \pm 5\%$$

لازم است بدانید مقادیر مقاومت‎ها استاندارد مشخصی دارند که شکل زیر این مقادیر استاندارد برای تُلرانس‎های مختلف را بیان می‎کند. به عنوان مثال طبق این استاندارد مقاومتی به مقدار 230 اهم برای هیچ تلرانسی وجود ندارد.

توان مقاومت‌ها

عملکرد مقاومت در برابر جریان، عملکردی مثل ترمز در اتومبیل است و همانند اصطکاک مکانیکی که در اثر ترمز بوجود می آید مقاومت نیز جریان را مهار می‌کند و در اثر اصطکاک الکتریکی انرژی جریان را کاهش می‌دهد، این انرژی به صورت گرما در مقاومت تلف می‌شود. توان نامی یک مقاومت عبارت است از بیشینه توانی که مقاومت می‌تواند تلف کند.  این بدان معنی است که اگر توان تلف شده بیشتر از این مقدار باشد در اثر حرارت مقاومت سوخته و از کار می افتد.

بر خلاف مقدار مقاومت و تلرانس، توان را دیگر از شکل ظاهری نمی‌توان تعیین کرد! ولی اندازه مقاومت میتواند معیاری کیفی برای بیان توان آن باشد(مقاومت با اندازه بزرگ توان بیشتری نسبت به مقاومت با اندازه کوچک دارد). برای اینکه تضمین کنید مقاومت شما در مدار آسیب نمیبیند باید محاسبات لازم برای حداکثر جریان عبوری و ولتاژ دو سر آن را قبل از پیاده سازی انجام دهید. لازم است بدانید توان نامی مقاومت، توانی است که مقاومت به طور لحظه‌ای می تواند تحمل کند و ممکن است در طولانی مدت آسیب ببیند پس به این منظور توان مصرفی را در محاسبات کمتر از توان نامی آن در نظر بگیرید. رابطه محاسبه توان مصرفی در یک مقاومت حاصلضرب ولتاژ دو سر مقاومت در جریان عبوری از آن است:

$$P=VI=\frac{V^2}{R}$$

=RI2$$P=VI=V2R=RI2$$

به عنوان مثال فرض کنید می‌خواهیم جریان عبوری از دیود نورافشان در مدار زیر به 30mA محدود شود و مقاومت R1 آسیب نبیند.

توان مصرفی در R1 را محاسبه می‌کنیم. پیش‌تر گفتیم که توان مصرفی حاصلضرب ولتاژ دو سر مقاومت در جریان عبوری از آن است، با صرف نظر از افت ولتاژ در دیود داریم:

$$P=VI\Rightarrow P=12\times 0.030=0.36W$$

توان مقاومت مورد استفاده‌ی ما باید از 0.36W بیشتر باشد تا آسیبی نبیند. به این منظور از مقاومت‌های استاندارد 0.5W می توان استفاده کرد.

ترکیب مقاومت‌ها به صورت سری و موازی

گاهی اوقات ما نیازمند آن هستیم که با ترکیب مقاومت‌ها به صورت سری یا موازی مدار مورد نظرمان را پیاده کنیم. گاهی اوقات نیز طراحی مدارهای پیچیده ما را مجبور به محاسبه‌ی مقاومت معادل یک شبکه‌ی مقاومتی می‌کند.

ترکیب مقاومت‌ها به صورت سری

مدار زیر را در نظر بگیرید. در این مدار سه مقاومت به صورت سری به هم متصل شده‌اند. در این صورت می توان این سه مقاومت را معادل با یک مقاومت در نظر گرفت که مقدار این مقاومت مساوی با جمع مقادیر این سه مقاومت است.

$$R_4=R_{eq}=R_1+R_2+R_3$$

در مقاومت های سری این را به یاد داشته باشید که جریان عبوری از همه مقاومت ها برابر است. ولی ولتاژ دو سر آن ها متناسب با مقدار مقاومت تقسیم می‌شود. یعنی هرچقدر مقدار مقاومت بیشتر باشد سهم ولتاژ بیشتری دارد.

ترکیب مقاومت‌ها به صورت موازی

مدار زیر نمونه‌ای از ترکیب موازی مقاومت‌ها است. در این صورت برای محاسبه‌ی مقاومت معادل مطابق روابط زیر عمل می‌کنیم:

$$\frac{1}{R_{eq}}$$

=1R1

+1R2

+1R3

≃1.9kΩ$$1Req=1R1+1R2+1R3\simeq 1.9k\Omega$$

$$R_{eq}=\frac{1}{1.9k\Omega }$$

≃520Ω$$Req=11.9k\Omega \simeq 520\Omega$$

در مقاومت‌های موازی این را به یاد داشته باشید که ولتاژ دو سر همه‌ی مقاومت ها برابر است ولی جریانی که از هر یک عبور می‌کند متناسب با عکس مقدار مقاومت تقسیم می‌شود. یعنی هرچقدر مقدار مقاومت بیشتر باشد به همان نسبت جریان کمتری از خود عبور می‌دهد.

مثالی از کاربرد مقاومت به عنوان تقسیم کننده‌ی ولتاژ

در مدار زیر ما یک منبع تغذیه یا باتری 9 ولتی داریم. برای اینکه بتوانیم ولتاژ کمتری که مورد نیاز ماست (مثلاً 6 ولت) ایجاد کنیم از دو مقاومت استفاده کرده‌ایم که با توجه به معادلات زیر مقدار مقاومت‌ها تعیین کننده‌ی ولتاژ مورد نیاز ما هستند.

چون مقاومت‌ها به صورت سری قرار گرفته‌اند معادل کل آن‌ها را محاسبه می‌کنیم:

$$R_{eq}=R_1+R_2=3k\Omega$$

سپس جریان عبوری از دو مقاومت را محاسبه می‌کنیم (به یاد داریم که طبق نکات قبلی جریان عبوری از مقاومت‌های سری یکسان است):

$$I=\frac{V}{R}$$

=9V3kΩ

=3mA$$I=VR=9V3k\Omega =3mA$$

برای به دست آوردن ولتاژ V1 که طبق رابطه زیر برابر با ولتاژ دو سر مقاومت R2 است از قانون اهم استفاده می‌کنیم:

$$V_{R2}=V_1–V_{GND}=V_1–0$$

$$V_1=R_{2}I=2k\Omega \times 3mA=6V$$

مقاومت متغیر یا پتانسیومتر

بعضی از مدارهای الکترونیک از مقاومت‌های متغیر استفاده می‌کنند که به طور دستی توسط کاربر مقدار آن تغییر می‌کند. مثل گیرنده‌های رادیو، دستگاه‌های صوتی و بسیاری از دستگاه‌های پیرامون شما. ولوم رادیو یا دستگاه‌های پخش صوت ملموس‌ترین نمونه‌های پتانسیومتر هستند. به همین دلیل معمولاً به پتانسیومترهای خاص مورد استفاده در رادیو و دستگاه‌های صوتی «ولوم» گفته می‌شود.

مقاومت‌های متغیر معمولاً دارای سه پایه هستند که دو پایه ی آن در دو سر یک مقاومت ثابت است و پایه سوم به صورت متحرک بین دو سر مقاومت حرکت می‌کند (ممکن است حرکت دورانی، خطی یا مکانیزم هایی غیر از این‌ها داشته باشد ولی اساس کار یکسان است). تصویر زیر می‌تواند این موضوع را روشن‌تر نمایش دهد.

همانطور که در شکل می‌بینید دو پایه‌ی شماره 1 و 3 ثابت هستند و پایه‌ی دوم روی رسانای دایره‌ای شکل حرکت می‌کند. توجه کنید که حرکت پایه‌ی دوم به صورت مکانیکی توسط کاربر باید انجام شود. به طور مثال فرض کنید پتانسیومتر بالا مقدار 10kΩ داشته باشد. و پایه متحرک مطابق شکل توسط کاربر در وسط قرار گرفته در این صورت مقاومت بین پایه های 1 و 2 برابر با 5kΩ یعنی نصف مقدار بیشینه خواهد بود (می توانیم از پایه های 3 و 2 نیز استفاده کنیم). این خاصیت برای پتانسیومترهایی صدق می‌کند که خاصیت خطی دارند و «پتانسیومترهای خطی» نامیده می‌شوند. منظور از خطی این است که به هر نسبتی که شما پتانسیومتر را بچرخانید، به همان اندازه هم مقاومت تغییر می‌کند.

همیشه یه یاد داشته باشید که اگر پایه‌ی متحرک، کاملاً به یکی از پایه‌ها برسد مقاومت بین آن‌ پایه و پایه‌ی متحرک صفر خواهد شد که این وضعیت در صورت غفلت شما موجب عبور جریانی شدید از پتانسیومتر خواهد شد که موجب سوختن پتانسیومتر و سایر عناصر در مسیر جریان خواهد شد. توصیه می‌کنم برای طراحی مدارهای دارای پتانسیومتر برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار، یک مقاومت مناسب با آن سری کنید.

شکل زیر یک مدل پتانسیومتر را نشان می‌دهد که با چرخاندن پیچ می‌توان مقاومت دلخواهی از صفر اهم تا مقدار بیشینه‌ی آن ایجاد کرد.

مقاومت متغیر (ولوم)

منبع:http://tabin.ir