معرفی مقاومت های الکترونیکی و کاربرد آن ها

مقاومت الکتریکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین اجزای هر مدار الکتریکی است که برای کاهش جریان مدار به مقدار مشخص و یا افت میزان ولتاژ به مقدر معینی به کار می‌رود. مقاومت یک جزء الکتریکی پسیو است که جریان الکتریکی را در یک مدار الکترونیکی محدود یا تنظیم می‌کند. همچنین می‌توان از مقاومت‌ها برای تأمین ولتاژ خاصی برای یک دستگاه فعال مانند ترانزیستور استفاده کرد.

مقاومت الکتریکی چیست؟

در مدار جریان مستقیم (DC)، جریان عبوری از یک مقاومت با مقدار مقاومت آن نسبت معکوس و با ولتاژ دو طرف آن نسبت مستقیم دارد. این قانون معروف اهم است. در مدارهای جریان متناوب (AC) تا زمانی که مقاومت، حاوی اندوکتانس یا خازن نباشد، این قانون نیز اعمال می‌شود. مقاومت‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی ساخت. مقاومت های الکتریکی به دودسته اصلی مقاومت الکتریکی ثابت و مقاومت الکتریکی متغیر تقسیم می‌شوند. دانستن این نکته خالی از لطف نیست که مقاومت الکتریکی ثابت نیز دارای انواعی هستند که مقدار آن‌ها به تعداد محدودی امکان تغییر دارد.

مقاومت های الکتریکی زبانه‌دار: در این نوع از مقاومت ها، قطعه بیش از دو سر دارد که با توجه به اینکه از کدام یک از آن‌ها استفاده شود، مقدار ثابت متفاوتی خواهیم داشت؛ که معمولاً حق انتخاب بین دو تا چهار مقاومت را به طراح می‌دهند.

مقاومت های الکتریکی قابل تنظیم: این نوع مقاومت‌ها با مقاومت های متغیر متفاوت هستند در این نوع مقاومت های الکتریکی شما به هر تعداد بار دلخواه نمی‌توانید مقدار مقاومت را تغییر دهید بلکه متناسب با طراحی مدارتان آن را روی مقدار دلخواهی تنظیم کرده و بعد از آن، روی مقدار مشخص‌شده، مانند یک مقاومت ثابت در مدار قرار خواهد گرفت.

مقاومت الکتریکی ثابت

مقاومت الکتریکی ثابت دارای انواع مختلفی مانند مقاومت فیلم کربنی، مقاومت فیلم فلزی و مقاومت سیمی است. هرکدام از این مقاومت‌ها کاربردهای خاص خود را دارند.

1- مقاومت های فیلم کربنی (Carbon Film Resistor)

متداول‌ترین نوع مقاومت در دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی مقاومت با ترکیب کربن است. کربن دانه ریز گرافیت با خاک رس مخلوط شده و سخت می‌شود. مقاومت بستگی به نسبت کربن به خاک رس دارد. هر چه این نسبت بیشتر باشد، مقاومت کمتر است.

مقاومت های کربنی رایج‌ترین و ارزان‌ترین مقاومت‌ها هستند که معمولاً اکثر افراد مقاومت الکتریکی را با این نوع مقاومت می شناسند. مقاومت کربنی معمولاً با توان‌های ۱/۸ وات، ۱/۴ وات و ۱/۲ وات و تلورانس ۵٪ حداکثر مقدار ۱۰۰ مگا اهم در مدارات الکتریکی استفاده می‌گردند. این نوع مقاومت‌ها به علت داشتن ضریب حرارتی بالا و تولید اغتشاش زیاد و ثبات کم در مدارات با حساسیت و دقت بالا، کمتر مورداستفاده قرار می‌گیرند.

2- مقاومت های الکتریکی فیلم فلزی (Metal Film Resistor)

این نوع مقاومت الکتریکی بسیار به مقاومت های کربنی شباهت دارد و عمده تفاوت آن با مقاومت کربنی در میزان دقت آن است. این نوع مقاومت‌ها با تلورانس‌های %0.5، 1% و 2% دقت بیشتری نسبت به مقاومت های کربنی دارند و به علت نویز کم و کمی تأثیر دما بر آن‌ها می‌توانند برای مدت‌زمان طولانی‌تری با دقت قابل قبولی کار کنند.

3- مقاومت های الکتریکی سیمی (Wire Wound Resistor)

نوع دیگری از مقاومت الکتریکی است که از سیم‌پیچ نیکروم یا سیم مشابه، روی یک فرم عایق ساخته می‌شود. این جزء که مقاومت سیمی نامیده می‌شود، می‌تواند جریان‌های بیشتری را نسبت به مقاومت های کربنی با همان اندازه فیزیکی تحمل کند.

با این حال، از آنجایی که سیم به یک سیم‌پیچ پیچیده می‌شود، می‌تواند به‌عنوان یک سلف عمل می‌کند و همچنین مقاومتی از خود نشان می‌دهد. این بر عملکرد مدارهای DC تأثیر نمی‌گذارد، اما می‌تواند تأثیر نامطلوبی در مدارهای AC داشته باشد؛ زیرا اندوکتانس دستگاه را به تغییرات فرکانس حساس می‌کند.

همان‌طور که گفته شد از پیچاندن سیم‌های مقاومت دار طویل به دور یک هسته، مقاومت سیمی ساخته می‌شود. معمولاً یک روپوش سرامیکی یا پلاستیکی بر روی سیم‌های پیچیده شده بر روی هسته می‌کشند تا سیم‌ها آسیب نبینند. ساختمان داخلی مقاومت های سیمی در شکل‌های زیر نمایش داده‌شده است. مقاومت الکتریکی سیمی دارای دودسته قدرتی و دقیق هستند:

• دسته قدرتی (Power Wire wound Resistors) با رنج توانی 2-300 وات می‌تواند محدوده جریانی بسیار زیادی را از خود عبور دهد.
• دسته دقیق (Precision Resistors) که دارای توآن‌های زیر 2 وات (رنج 0.25-2 وات) و درنتیجه دارای تلورانس پایین‌تری هستند و نمی‌توانند میزان جریان بالایی را عبور دهند.

این نوع از مقاومت های الکتریکی به دلیل ماهیت سیم‌پیچی که دارند نباید در مدارات فرکانس بالا استفاده شوند چراکه ممکن است دارای خاصیت سلفی شده و عملکرد مدار را مختل کنند. (البته در بعضی از انواع این نوع مقاومت‌ها با تغییر مدل پیچش سیم این اشکال هم رفع شده است، روش پیچیدن به‌صورت دولایی یا بای فیلار (bifilar) است. مقاومت های سیمی قدرتی معمولاً با یک محفظه سرامیکی پوشیده می‌شوند که در این حالت به آن‌ها مقاومت های آجری (Cement Resistors) نیز گفته می‌شود.

گاهی، از مقاومت های سیمی در طراحی مدارات الکترونیکی به‌عنوان یک مقاومت فیوزی (Fusible Resistor) استفاده می‌شود؛ چراکه در حالت عادی مانند یک مقاومت الکتریکی عمل می‌کند و درصورتی‌که جریانی بیش از حد مجاز به آن وارد شود مانند یک فیوز عمل کرده (بدون شعله‌ور شدن) و قطع می‌شود.

4- مقاومت های الکتریکی لایه‌ای

مقاومت لایه‌ای ترکیبی از مقاومت های سیمی و کربنی است که گزینه‌ی مقدار دقیق‌تر همراه با هزینه مناسب‌تر را پیش روی طراح قرار می‌دهد.

5- مقاومت آرایه‌ای یا شبکه‌ای

امروزه کاهش هرچه بیشتر فضای طراحی مدارات از اولویت زیادی برخوردار است. این نوع از مقاومت الکتریکی به دلیل کاهش فضا شامل چند مقاومت در یک پکیج است؛ معمولاً یک‌پایه مشترک بوده و هر پایه دیگر دارای مقدار مقاومت مشخصی است در بعضی از آن‌ها، هر دوپایه یک مقاومت متفاوت را تشکیل می‌دهد.

مقاومت های الکتریکی متغیر

مقاومت های الکتریکی متغیر نیز دارای انواع مختلفی مانند پتانسیومتر و رئوستات می‌باشند، بهتر است آن‌ها را بررسی کنیم.

1- پتانسیومتر (Potentiometer)

پتانسیومتر یک مقاومت الکتریکی سه‌پایه است که با یک اهرم متحرک جهت تنظیم ولتاژ دلخواه در مدار استفاده می‌شود. اگر تنها دوپایه از آن استفاده شود می‌توان از آن به‌عنوان یک مقاومت متغیر یا رئوستات هم استفاده کرد. پتانسیومترها بـرای تـوآن‌های ۲ وات کربنـی و بـرای تـوآن‌های بـالاتر سیمی هستند.

2- رئوستات (Rheostat)

رئوستات یک مقاومت متغیر است که برای کنترل جریان استفاده می‌شود. رئوستات قادر است مقاومت را در یک مدار بدون وقفه تغییر دهد. رئوستات ساختاری بسیار شبیه به ساختار پتانسیومتر است. با این تفاوت که فقط از دو اتصال استفاده می‌کند، حتی زمانی که 3 ترمینال (مانند یک پتانسیومتر) وجود دارد. اولین اتصال به یک سر عنصر مقاومتی و اتصال دیگر به یک کنتاکت کشویی وصل می‌شود.

برخلاف پتانسیومترها، رئوستات ها باید جریان قابل توجهی داشته باشند. بنابراین، آن‌ها در درجه اول به‌عنوان مقاومت های سیمی ساخته می‌شوند. <سیم مقاومتی به دور یک هسته سرامیکی عایق پیچیده می‌شود و کنتاکت کشویی روی سیم‌پیچ ها می لغزد.

مقاومت های الکتریکی وابسته

مقاومت های وابسته هم نوعی مقاومت متغیر هستند با این تفاوت که همانند مقاومت های الکتریکیِ معمولی، دارای ۲ پایه بوده اما مقاومت آن‌ها با توجه به یکی از پارامترهای محیطی مانند دما، رطوبت، نور، مغناطیس، ولتاژ و … تغییر می‌کند که انواع آن به شرح زیر است:

1- مقاومت الکتریکی وابسته به حرارت

مقدار مقاومت های وابسته به حرارت (Temperature Dependent Resistor) یا ترمیستور (Thermistor)، با تغییرات دما تغییر می‌کند. این نوع مقاومت‌ها خود دارای دو نوع PTC و NTC هستند.

• PTC: به معنی ضریب دمای مثبت (Positive Temperature Coefficient) است که مقاومت الکتریکی این قطعه با افزایش دما، افزایش می‌یابد. مقدار مقاومت PTC را در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد مشخص کرده و علاوه بر آن، دمایی را که در آن مقاومت PTC دو برابر می‌شود، قید می‌کنند. به این دما، دمای سوئیچ می‌گویند.
• NTC: برخلاف PTC دارای ضریب دمای منفی (Negative Temperature Coefficient) است که مقاومت آن با افزایش دما، کاهش می‌یابد.

2- مقاومت های الکتریکی وابسته به نور

مقاومت های وابسته به نور (LDR: Light Dependent Resistor) یا فتورزیستور، با شدت نور تغییر مقدار می‌دهند یعنی هرچه نور بیشتری به آن تابیده شود مقدار مقاومت کمتری خواهند داشت (مقاومتی در حدود ده اهم) و هر چه نور کمتری به آن برسد به مقدار مقاومت الکتریکی بیشتری حتی تا صد برابر خواهد رسید (مقاومتی در حدود مگا اهم). برای اینکه نور بتواند بر این نوع مقاومت الکتریکی اثر بگذارد سطح آن را با شیشه و یا پلاستیک شفاف می‌پوشانند. معمولاً از این مقاومت های الکتریکی در ساخت فتوسل ها و یا به‌عنوان تشخیص دهنده نور (نورسنج) در برخی مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود.

3- مقاومت های الکتریکی وابسته به ولتاژ

مقاومت های الکتریکی وابسته به ولتاژ (VDR: Voltage Dependent Resistor) یا وریستور (Varistor) معمولاً برای ثابت نگه‌داشتن ولتاژ و محافظت مدار در مقابل ولتاژ استفاده می‌شوند؛ البته وریستورها به پلاریته ولتاژ اعمال‌شده وابسته نیستند که این موجب می‌شود برای استفاده در مدارات AC مناسب باشند. مقاومت وابسته به ولتاژ با افزایش ولتـاژ اعمـالی کـاهش می‌یابد.

این محتوا ادامه دارد…