مقاومت الکتریکی و انواع آن در صنعت

مقاومت یا رزیستور نام یکی از قطعات الکترونیکی دوپایه و کنش‌پذیر (مصرف‌کنندهٔ انرژی) است که به عنوان یکی از اجزای منفرد مدارهای الکترونیکی مقاومت الکتریکی مورد نیاز را ایجاد و اعمال می‌کند. در این مدارها از مقاومت برای کم کردن جریان، تنظیم سطح سیگنال‌ها، تقسیم ولتاژ، یا موارد بسیار دیگری استفاده می‌شود. هنگامی که جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور می‌کند اختلاف ولتاژی بر اساس قانون اهم بین پایه‌های آن ایجاد می‌شود. شدت جریانی که از یک مقاومت عبور می‌کند رابطهٔ مستقیمی با ولتا‍‍‍‍ژ دو سر آن مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم این‌گونه نمایش داده می‌شود:

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

در این معادله؛

R:مقدار مقاومت الکتریکی قطعهٔ مقاوم در یکای اهم.
V:اختلاف پتانسیل دو سر قطعهٔ مقاوم در یکای ولت.
I:جریان الکتریکی عبوری از همان شی در یکای آمپر است.

نسبت V / I نسبتی است که بین ولتاژ دو سر مقاومت؛ (V)، و شدت جریان عبوری از آن؛ (I) پیوسته وجود دارد، و مقدار مقاومت نامیده می‌شود و این نسبت در مقاومت‌های معمولی؛ که با اندازه‌های مقدار مقاومتشان مشخص شده‌اند، می‌تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود.

مقاومت‌ها؛ که اجزای بسیار متداولی را در شبکه‌های الکتریکی و مدارهای الکترونیکی تشکیل می‌دهند، در تجهیزات الکترونیکی با حضوری که در همه‌جا دارند بسیار کاربردی هستند. مقاومت‌های کاربردی متداول می‌توانند از ترکیبات و در اندازه و قیافه‌های متفاوت و همچنین به صورت سیم مقاومتی؛ (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت حرارتی بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت‌ها در داخل تراشه‌ها هم به‌کار رفته‌اند؛ به ویژه در دستگاه‌های آنالوگ، که مقاومت‌ها می‌توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی یک‌پارچه شوند.

کارکرد الکتریکی یک قطعهٔ مقاومت‌کننده با مقدار مقاومتی که در یک مدار ایجاد می‌کند مشخص می‌شود: مقاومت‌های عادی و تجاری تا بیش از نه مرتبه بزرگی ساخته می‌شوند. (مقاومت‌های بسیار پایین نزدیک صفر، و بسیار بالا نزدیک به بینهایت مصرف تجاری ندارند). در یک طراحی الکترونیکی مقدار اسمی یک مقاومت، مقداری است که با توجه به تلرانس ساخت و تولید مقاومت‌ها درنظر گرفته شده‌است، که مطابق با کاربرد ویژهٔ مورد نیاز آن انتخاب می‌شود. ضریب دمایی میزان مقاومت هم ممکن است در برخی از برنامه‌های کاربردی دقیق در نظر گرفته شود. مقاومت‌های کاربردی همچنین از دیدگاه میزان ماکزیمم توان آن مشخص می‌شوند تا از استفادهٔ بیش از حد توان پیش‌بینی‌شده که سبب گرم شدن مقاومت و اتلاف انرژی و نهایتاً می‌تواند باعث از کار افتادن (سوختن) آن شود جلوگیری شود:

که این یک نگرانی عمده در طراحی و برنامه‌های کاربردی الکترونیکی است. مقاومت‌های با میزان توان بالا از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است به گرماخور نیاز پیدا کنند. در مدارهای با ولتاژ بالا، لازم است که دقت و بررسی بیشتری به حداکثر ولتاژی که می‌توان مقاوت را در آن به کار گرفت در نظر گرفته شود.

مقاومت‌های کاربردی یک القاوری سری و یک ظرفیت خازنی موازی کوچک دارند. این خصوصیات می‌تواند در کاربردهای آن با فرکانس بالا نقش مهمی را ایفا کند. در یک تقویت‌کننده یا یک پیش تقویت‌کننده با نویز پایین، مشخصات نویز یک مقاومت ممکن است مسئله ساز باشد. القاوری ناخواسته، نویز بیش از حد، و ضریب دمایی، بسیار وابسته به فناوری استفاده شده در ساخت و تولید مقاومت هستند. در حالت عادی این عوامل برای خانوادهٔ خاصی از مقاومت‌های تولید شده جهت استفاده در یک فناوری خاص اختصاص می‌یابند. خانواده‌ای از مقاومت‌های مجزا هم طبق فاکتور فرمش؛ که اندازهٔ دستگاه و موقعیت رساناها (یا هر دو) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می‌گیرد، به وجود آمده‌است.

واحدها

اهم (نشان:اومگا) واحد دستگاه بین‌المللی یکاها میزان مقاومت الکتریکی است که به پاس خدمات جرج سیمون اهم این نام بر آن نهاده شد. یک اهم معادل یک ولت بر آمپر است. چون مقاومت‌ها، در محدوده مقادیر بسیار زیادی، تولید می‌شوند، واحدهای مشتق شده میلی اهم (1 mΩ = ۱۰−۳ Ω)، کیلواهم (1 kΩ = ۱۰۳ Ω)، و مگا اهم (1 MΩ = ۱۰۶ Ω) هم در حالت کلی برای اندازگیری میزان مقاومت، استفاده می‌شوند.

میزان تقابل مقاومت R را رسانایی الکتریکی نامیده و با G = 1/R نشان می‌دهیم. واحد اندازگیری آن زیمنس (یکا) (در واحددستگاه بین‌المللی یکاها) است ولی گاهی اوقات از واحد قبلی آن یعنیزیمنس (یکا) استفاده می‌شود. زیمنس در تقابل با یک اهم است.

اگرچه مفهوم ضریب هدایت اغلب در تحلیل مدار استفاده می‌شود، مقاومت‌های کاربردی همیشه در حیطه میزان مقاومت آن‌ها (اهم) نسبت به ضریب هدایت ارزیابی می‌شوند.

عوامل مؤثر بر مقاومت

تأثیر جنس طول و مساحت سطح مقطع

مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد. مثلاً برای محاسبهٔ مقاومت یک سیم از رابطهٔ زیر استفاده می‌شود:

R={\frac {\rho l}{A}}

که در آن

R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
ρ: مقاومت مخصوص سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
l: درازای سیم بر حسب m
A: سطح مقطع سیم برحسب متر مربع (m^2)

اثر دما بر مقاومت

در رساناها، بالارفتن دما سبب افزایش مقاومت می‌شود ولی مقاومتِ نیم‌رساناها در دمای بالاتر کاهش می‌یابد.

در رابطهٔ زیر اثر دما بر مقاومت نشان داده شده‌است:

\Delta \rho =\rho _{0}.\alpha .\Delta t\Rightarrow \rho =\rho _{0}.(1+\alpha .\Delta t)

که در آن:

آلفا: ضریب دمایی مقاومت
ρ۰: مقاومت مخصوص قبلی سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
ρ: مقاومت مخصوص جدید سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)

و طبق دو فرمول بالا داریم:

\Delta R=R_{0}.\alpha .\Delta T\Rightarrow R=R_{0}.(1+\alpha .\Delta T)

به هم بستن مقاومت‌ها

در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی هرگاه چند مقاومت به صورت موازی یا سری با هم قرار گیرند مقدار کل مقاومت اعمال شده توسط آن چند مقاومت کاهش یا افزایش خواهد یافت.
مقدار مقاومتی که مقاومت‌های با هم موازی شده ایجاد می‌کنند برابر با وارون ضربیِ مجموع وارون ضربی‌های آن مقاومت‌هاست.
مقدار مقاومتی که مقاومت‌های با هم سری شده ایجاد می‌کنند برابر با مجموع مقدار مقاومت تک‌تک آن‌هاست.
در یک شبکهٔ مقاومت که مقاومت‌ها به صورت ترکیبی از سری و موازی قرارگرفته‌اند برای محاسبهٔ مقدار مقاومت شبکه می‌توان قسمت‌های کوچک‌تر موازی و سری را محاسبه و سپس نتیجه‌ها را با هم جمع کرد.

مقاومت به صورت موازی

وقتی مقاومت‌ها را به صورت موازی قرار می‌دهیم رفتار می‌کنند متفاوت از سری به‌طور کلی اگر یک مقاومت دارید که مقدار مشخصی دارد و مقاومت‌های دیگر را به صورت موازی قرار دهیم مقاومت کل کمتر می‌شود. مقاومت‌ها در یک ساختاربندی موازی دارای اختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند و جریانی که از آن‌ها عبور می‌کند با هم جمع می‌شوند. رسانایی الکتریکی مقاومت‌ها برای تعیین میزان رسانایی شبکه با هم جمع می‌شوند؛ بنابراین مقاومت معادل (Req) موجود در شبکه، قابل محاسبه است:

تعدادی مقاومت که به صورت موازی بسته شده‌اند.

{\frac {1}{R_{\text{eq}}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{R_{n}}}

میزان مقاومت معادل موازی را می‌توان در معادلات، با دو خط عمودی “||” (مانندهندسه) به عنوان یک نماد ساده نمایش داد. بعضی اوقات در موردی که صفحه کلید فاقد نشانه خط عمودی است از دو خط مورب “//” به جای “||” استفاده می‌شود. در این مورد دو مقاومت موازی با فرمول زیر قابل محاسبه هستند:

R_{\text{eq}}=R_{1}\|R_{2}={\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}

در حالت خاص میزان مقاومت N مقاومت متصل شده به‌طور موازی که از میزان مقاومت یکسان R هستند با R/N نمایش داده می‌شود.

مقاومت به صورت سری

در ساختاربندی به صورت سری، جریان عبوری از تمام مقاومت‌ها یکسان است ولی ولتاژ دو سر هر مقاومت به میزان مقاومت آن وابسته است. اختلاف پتانسیل (ولتاژ) هنگام عبور از شبکه برابر مجموع آن ولتاژهاست؛ بنابراین میزان مقاومت کلی می‌تواند از حاصل جمع آن مقاومت‌ها بدست آید:

تعدادی مقاومت که به صورت سری بسته شده‌اند.

R_{\text{eq}}=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}

در حالت خاص، میزان مقاومت N مقاومت اتصال یافته به‌طور سری، که هر کدام با میزان مقاومت R یکسان هستند با NR نمایش داده می‌شود.

ترکیب مقاومتهای سری و موازی

یک شبکه مقاومت که ترکیبی از اتصالات سری و موازی است می‌تواند به قسمت‌های کوچکتری که یا موازی یا سری هستند شکسته شود. برای مثال،

اتصال سری و موازی تعدادی مقاومت.

$R_{\text{eq}}=(R_{1}\|R_{2})+R_{3}={\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}+R_{3}$

به هر حال، بعضی از شبکه‌های مختلط مقاومت‌ها نمی‌توانند در این روش که برای تحلیل مدار پیچیده تری تر نیاز است مورد بررسی قرار گیرند. برای مثال مکعبی را بررسی کنید که هر ضلع آن با مقاومتی جایگزین شود. در این صورت میزان مقاومت قابل اندازگیری میان دو رأس مختلف چقدر است؟ در مورد ۱۲مقاومت معادل، می‌توان نشان داد که میزان مقاومت گوشه به گوشه، ۵/۶ میزان خود مقاومت است. در حالت کلی تر، تبدیل ستاره مثلث یا روش‌های ماتریسی می‌تواند برای حل چنین مسئله‌ای مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد عملی از این روابط این است که درحالت کلی میزان غیر استاندارد اندازه مقاومت می‌تواند در حالت سری یا موازی با اتصال به تعدادی از مقادیر استاندارد، ترکیب شوند. این مورد همچنین برای بدست آوردن یک متغیر با میزان توان بالاتری از آنچه که خود مقاومت‌ها استفاده کرده‌اند به کار برده می‌شود. در مورد خاص، N مقاومت یکسان که همگی به‌طور سری یا به‌طور موازی به هم متصل اند، میزان توان خود مقاومت‌ها، با ضرب در N نتیجه می‌شوند.

نمادسازی و نشانه‌های الکترونیکی

نشانه استفاده شده برای یک مقاومت در دیاگرام مداری، استاندارد به استاندارد و کشور به کشور متفاوت است. دو نوع از آن در زیر قابل رویت هستند.

نشانه‌ها به سبک آمریکایی. (a) مقاومت، (b) رئوستات (مقاومتی متفاوت) و (‍‍c) پتانسیومتر

نشانه مقاومت به سبک IEC

نماد برای بیان میزان مقاومت در دیاگرام مداری هم متفاوت است. نماد اروپایی استفاده از یک ممیز را مجاز نمی‌داند و ممیز را با نشان پیشوندی SI برای یک مقدار خاص جایگزین می‌کند. برای مثال 8k2 در دیاگرام مداری، مقدار مقاومت 8.2 kΩ را نشان می‌دهد. صفرهای اضافی، تلرانس بیشتری را مانند 15M0 نشان می‌دهند. زمانی که این مقدار بدون نیاز به پیشوندSI توضیح داده شود، از یک ‘R’ به جای ممیز استفاده می‌شود. برای مثال 1R2، ۱٫۲ Ω، و 18R، ۱۸ Ω را نشان می‌دهد. استفاده از یک نشان پیشوندی SI یا حرف ‘R’ در مسئله‌ای که ممیز قابل صرف نظر کردن است هنگام کپی برداری از یک دیاگرام مداری چاپی رخ می‌دهد.

انواع مقاومت های الکتریکی

مقاومت های الکتریکی به دو دسته کلی مقاومت های ثابت و مقاومت های متغیر تقسیم می شوند . مقاومت های ثابت مقاومت هایی هستند که مقدار اهمی آنها همواره ثابت است و مقاومت های متغیر مقاومت هایی هستد که مقدار اهم آنها قابل تغییر است . مقاومت های ثابت خود به سه دسته تقسیم می شوند که این سه دسته عبارتند از :

مقاومت های کربنی ( ترکیبی )
مقاومت های سیمی ( سیم پیچی شده )
مقاومت های لایه ای

مقاومت های کربنی ( ترکیبی )

مقاومت های کربنی در اکثر مدارات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند که علت این امر قیمت پایین ، زمخت بودن و کوچک بودن این نوع مقاومت ها می باشد . البته این نوع مقاومت ها دو ضعف عمده دارند ، یکی این که در اثر عبور جریان از این نوع مقاومت ها حرارت نسبتا زیادی درون این مقاومت ها ایجاد می گردد و به همین دلیل در مدارات با جریان زیاد نمی توانند مورد استفاده قرار گیرند و دیگر این که معمولا تلرانس های بالایی دارند. برای ساخت این نوع مقاومت ها معمولا پودر کربن را با مواد عایق مخلوط می کنند که نسبت مخلوط کردن این مواد مقدار اهمی مقاومت را تعیین می کند . سپس مخلوط حاصل را در یک استوانه کائوچویی قرار می دهند و دو سیم نیز برای اتصال مقاومت به مدار به دو سر مقاومت وصل می کنند.

مقاومت های سیمی ( Wire Wound Resistor )

از پیچاندن سیم های مقاومت دار طویل به دور یک هسته ، مقاومت سیمی یا سیم پیچی شده ساخته می شود . معمولا یک روپوش سرامیکی یا پلاستیکی بر روی سیم های پیچیده شده بر روی هسته می کشند تا سیم ها آسیب نبینند. این نوع مقاومت ها در دو نوع قدرتی و دقیق ساخته می شوند . نوع قدرتی در محدوده توان های 2 وات تا 250 وات ساخته می شود و می تواند جریان های زیاد را از خود عبور دهد . نوع دقیق نیز در محدوده توان های 0.25 وات تا 2 وات ساخته می شود و دارای تلرانس پایینی می باشد اما نمی تواند جریان های زیاد را از خود عبور دهد . معمولا اندازه فیزیکی مقاومت های سیمی که در جریان های زیاد مورد استفاده قرار می گیرند بزرگتر از اندازه فیزیکی مقاومت های سیمی است که برای کارهای دقیق و جریان پایین به کار می روند . مقاومت های سیمی قدرتی معمولا به شکل یک محفظه سیمان مانند که دارای سطح مقطع مربع یا مستطیل شکل است ساخته می شوند و به مقاومت های آجری معروفند . شکل خاص محفظه مقاومت های آجری این امکان را فراهم می آورد که برای خنک کردن آنها بتوان آنها را بر روی ورقه فلزی خنک کننده (Heat sink) قرار داد .

یکی از ویژگی های خوب مقاومت سیمی این است که به هنگام سوختن شعله ور نشده و همچنین پس از سوختن، کاملا قطع می شود. به همین دلیل ، در بسیاری از مدارها به عنوان مقاومت فیوزی (Fusible Resistor) استفاده می شود و به آن مقاومت حفاظتی (Safety Resistor) نیز می گویند. زیرا این مقاومت ها در حالت عادی به صورت یک مقاومت معمولی عمل می کنند و چنان چه جریان عبوری از آن از حد معینی بیشتر شود مانند یک فیوز قطع می شوند.

مقاومت های لایه ای

این نوع مقاومت ها ، ترکیبی از مقاومت های سیمی و کربنی می باشند ، یعنی دقت مقاومت های سیمی را دارند ولی از نظر اندازه و قیمت به مقاومت های کربنی نزدیکند . مقاومت های لایه ای را معمولا با رسوب دادن نوار نازکی از ماده مقاومت بر روی یک لوله عایق از جنس سرامیک یا شیشه درست می کنند . برای اتصال مقاومت به مدار ، به دو انتهای لوله دو سیم رابط وصل می کنند و برای محافظت مقاومت نیز تمام آن را با ماده عایقی روکش می کنند.

مقاومت های متغیر نیز خود به دو دسته کلی مقاومت های قابل تنظیم و مقاومت های وابسته ( تابع ) تقسیم می شوند .
مقاومت های متغیر قابل تنظیم عبارتند از :

پتانسیومتر
رئوستا

پتانسیومتر (Potentiometer)

پتانسیومتر از یک المان مقاومتی دوار که درون محفظه ای قرار گرفته ، تشکیل شده است . این المان مقاومتی ممکن است به صورت سیمی ، لایه ای و یا کربنی باشد. دو ترمینال به دو انتهای این المان مقاومتی متصل است که مقدار مقاومت بین این دو ترمینال همواره ثابت و برابر مقدار اهمی المان مقاومتی است . بین این دو ترمینال، یک ترمینال دیگر وجود دارد که به یک کنتاکت متحرک متصل است و این کنتاکت متحرک می تواند بر روی المان مقاومتی حرکت کند و سبب تغییر مقاومت بین ترمینال وسط و هر یک از ترمینال های کناری گردد . برای حرکت کنتاکت متحرک بر روی المان مقاومتی ، انتهای المان مقاومتی را به یک ولوم و یا به یک صفحه شیاردرا که توسط پیچ گوشتی قابل حرکت است متصل می کنند.

تغییر مقاومت بین ترمینال وسط و یکی از ترمینال های کناری می تواند نسبت به چرخش ولوم و یا صفحه شیاردار، خطی و یا غیر خطی باشد که بر این اساس پتانسیومتر را خطی و یا غیر خطی می نامند. در یک پتانسیومتر خطی به ازای تغییرات یکسان ولوم و یا صفحه شیاردار، تغییرات مقدار مقاومت بین ترمینال وسط و هر یک از ترمینال های کناری یکسان خواهد بود. به عنوان مثال در یک پتانسیومتر خطی اگر به ازای چرخش ولوم پتانسیومتر از 0 درجه تا 90 درجه، مقاومت بین ترمینال وسط و یکی از ترمینال های کناری از 0Ω به 1kΩ افزایش یابد ، در صورتی که ولوم پتانسیومتر از 90 درجه تا 180 درجه چرخانده شود مقاومت بین آن دو ترمینال از 1kΩ به 2kΩ افزایش خواهد یافت. معمولا مقدار مقاومت بین ترمینال های کناری پتانسیومتر و یا به عبارتی مقدار اهمی المان مقاومتی پتانسیومتر را بر روی آن می نویسند که اگر این مقدار با حرف B شروع شود نشان دهنده خطی بودن پتانسیومتر است و اگر این مقدار با حرف A شروع شود نشان دهنده این خواهد بود که پتانسیومتر ما یک پتانسیومتر غیر خطی است یعنی به ازای تغییرات یکسان ولوم و یا صفحه شیاردار، تغییرات مقاومت بین ترمینال متحرک و هر یک از ترمینال های ثابت یکسان نخواهد بود بلکه این تغییرات به صورت غیر خطی خواهد بود و یا به عبارتی منحنی تغییرات مقاومت بین ترمینال های ثابت و متحرک نسبت به چرخش کنتاکت متحرک، غیر خطی خواهد بود. پتانسیومتر بیشتر به منظور تقسیم ولتاژ در مدارات مورد استفاده قرار می گیرد.

رئوستا

رئوستا همان پتانسیومتر است با یک تفاوت کوچک و آن این است که در رئوستا یکی از ترمینال های ثابت مورد استفاده قرار نگرفته و آزاد می ماند . به عبارتی رئوستا از یک المان مقاومتی ، یک کنتاکت متحرک و یک کنتاکت ثابت تشکیل شده است . رئوستا در مدارات به منظور تغییر جریان به کار می رود .

مقاومت های وابسته ( تابع ) به مقاومت هایی گفته می شود که مقدار آنها به عوامل مختلفی مانند حرارت ، نور ، ولتاژ و … بستگی دارد . این مقاومت ها عبارتند از :
1- مقاومت های تابع حرارت
2- مقاومت های تابع نور
3- مقاومت های تابع ولتاژ
4- مقاومت های تابع میدان مغناطیسی

مقاومت های تابع حرارت

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها تابع حرارت است یعنی در اثر تغییر دما، مقدار مقاومت آنها نیز تغییر می کند. به این نوع از مقاومت ها TDR نیز می گویند. TDR از حروف اول کلمات عبارت Temperature Dependent Resistor به معنای مقاومت تابع حرارت گرفته شده است. همچنین نام دیگر این مقاومت ها ترمیستور ( Thermistor ) می باشد که این واژه نیز از عبارت Thermally Sensitive Resistor به معنای مقاومت حساس نسبت به حرارت گرفته شده است. ترمیستورها در دو نوع ساخته می شوند که این دو نوع عبارتند از :

الف ) ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت ( PTC )

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها با افزایش دما، افزایش می یابد . مقدار اهم مقاومت های PTC را در دمای 25 درجه سانتی گراد بیان می کنند . همچنین علاوه بر این مقدار ، دمایی را که در آن مقاومت PTC دو برابر می شود، قید می کنند. به این دما، دمای سوئیچ می گویند . در ضمن واژه PTC از حروف اول کلمات عبارت Positive Temperature Coefficient به معنای ضریب حرارتی مثبت گرفته شده است.

ب ) ترمیستور با ضریب حرارتی منفی ( NTC )

مقدار اهم مقاومت های NTC با افزایش دما ، کاهش می یابد . در اینجا نیز واژه NTC از حروف اول کلمات عبارت Negative Temperature Coefficient به معنای ضریب حرارتی منفی گرفته شده است . . در شکل (18) تصویری از یک نمونه NTC نمایش داده شده است.

مقاومت های تابع نور

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها به شدت نور تابیده شده به سطح مقاومت بستگی دارد . این مقاومت ها در فضای تاریک دارای مقاومت خیلی زیاد ( در حد مگا اهم ) و در روشنایی دارای مقاومت کم ( در حد کیلو اهم و یا اهم ) می باشند . به این مقاومت ها فتورزیستور و همچنین LDR نیز می گویند . LDR از حروف اول کلمات عبارت Light Dependent Resistor به معنای مقاومت تابع نور گرفته شده است . برای اینکه نور بر روی المان مقاومتی فتورزیستور اثر گذارد ، سطح ظاهری آن را با شیشه و یا پلاستیک شفاف می پوشانند . از این مقاومت ها در مدارات الکترونیکی به عنوان تشخیص دهنده نور ( نورسنج ) استفاده می شود.

مقاومت های تابع ولتاژ

مقدار اهم این نوع از مقاومت ها با ولتاژ رابطه معکوس دارد . یعنی با افزایش ولتاژ ، مقدار اهم آن ها کاهش می یابد . به این نوع از مقاومت ها واریستور ( Varistor ) و همچنین VDR نیز می گویند . VDR از حروف اول کلمات عبارت Voltage Dependent Resistor به معنای مقاومت تابع ولتاژ گرفته شده است . نکته قابل توجه در مورد واریستورها این است که واریستورها به پلاریته ولتاژ اعمال شده وابسته نیستند که این خود مزیتی برای این نوع مقاومت ها محسوب می شود زیرا برای استفاده در مدارات AC بسیار مناسب هستند.

مقاومت های تابع میدان مغناطیسی

در اثر اعمال میدان مغناطیسی بر این مقاومت ها ، مقدار اهم آنها تغییر می کند. به این مقاومت ها MDR نیز می گویند که این واژه از حروف اول کلمات عبارت Dependent Resistor Magnetic به معنای مقاومت تابع میدان مغناطیسی گرفته شده است. نکته قابل توجه در مورد این مقاومت ها این است که چون در ساخت این مقاومت ها از نیمه هادی هایی با ضریب حرارتی منفی استفاده شده است بنابراین در صورت افزایش دما، مقدار اهم این مقاومت ها کاهش می یابد.

نظریه عملکرد

قیاس هیدرولیک، جریان الکتریکی جاری در مدارها را با آب جاری در لوله‌ها مقایسه می‌کند. زمانی که یک لوله (چپ) پر از مو (راست) می‌شود برای برقراری جریان مجدد آب، فشار بیشتری وارد می‌شود. افزایش فشار جریان الکتریکی با میزان مقاومت بیشتر، شبیه فشار آوردن بر آب در لوله‌ای که با مو گرفته شده‌است، می‌شود. افزایش فشار(افت ولتاژ) برای ایجاد جریان قبلی (جریان الکتریکی) نیاز است.

قانون اهم

رفتار یک مقاومت ایدئال توسط رابطه‌ای که به قانون اهم معروف است بررسی می‌شود:

V=I\cdot R

قانون اهم نشان می‌دهد که ولتاژ (V) عبوری از یک مقاومت رابطه‌ای مستقیم با جریان (I)، و همچنین میزان مقاومت (R) دارد که جریان (I) در آن برقرار است. به‌طور معادل قانون اهم می‌تواند به صورت زیر نشان داده شود:

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

فرمول بندی بر اساس اینکه جریان (I) رابطه مستقیم با ولتاژ (V) و رابطه عکس با میزان مقاومت (R) دارد، انجام می‌شود. این مستقیماً در محاسبات کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال اگر یک مقاومت ۳۰۰ اهمی به دو سر یک باتری ۱۲ ولتی متصل شود، جریان ۱۲ / ۳۰۰ = ۰٫۰۴ آمپری (یا ۴۰ میلی‌آمپری) در آن مقاومت ایجاد می‌شود.

اتلاف توان

توان P تلف شده توسط یک مقاومت بدین صورت محاسبه می‌شود:

P=I^{2}\cdot R=I\cdot V={\frac {V^{2}}{R}}

که در آن

R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
I: جریان برحسب آمپر(A)
V: ولتاژ برحسب ولت (V)

فرمول اول همان قانون اول ‍ژول است. با استفاده از قانون اهم، دو فرمول دیگر قابل اثبات است.

میزان کلی انرژی گرمایی انتشار یافته طی یک بازه زمانی از روی انتگرال توان بر بازه زمان، قابل تعیین می‌شود:

W=\int _{t_{1}}^{t_{2}}v(t)i(t)\,dt

که در آن

$W$ : توان برحسب وات (W)
i : جریان در زمان t برحسب آمپر (A)
v : ولتاژ در زمان t برحسب ولت (V)

مقاومت‌ها مطابق اتلاف توان ماکزیممشان ارزیابی می‌شوند. مقاومت‌های مجزا در سیستم‌های الکترونیکی جامد، کمتر از یک وات توان الکتریکی را جذب می‌کنند و هیچ دقتی برای میزان توان آن‌ها نیاز نیست. چنین مقاومت‌هایی در فرم مجزایشان که شامل بیشترین بسته‌ها به شرح زیر می‌باشند و به‌طور معمول دارای مقادیر ۱/۱۰، ۱/۸، یا ۱/۴ وات هستند.

به‌طور کلی مقاومت‌هایی که نیاز به اتلاف مقدار قابل توجهی از توان دارند در حالات خاص مانند منابع تغذیه، مدارهای تبدیل توان، و تقویت‌کننده‌های توان، به عنوان مقاومت‌های توان شناخته می‌شوند. این نامگذاری، با کاربرد مقاومت‌ها به میزان توان ۱ وات یا بیشتر رابطه‌ای ندارد. مقاومت‌های توان از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است برای مقادیر مقدم، کدهای رنگی، و بسته‌های خارجی زیر استفاده نشوند.

اگر میانگین توان تلف شده توسط یک مقاومت بیشتر از میزان توان آن باشد، با تغییر دائمی میزان مقاومت، ممکن است به مقاومت آسیب وارد شود. این مورد از وارونگی در میزان مقاومت با توجه بهضریب دمایی آن در زمان گرم شدن، مجزاست. اتلاف توان بیش از اندازه، ممکن است دمای مقاومت را به نقطه‌ای برساند که فیبر مدار یا قسمت‌های مجاور بسوزد ویا حتی باعث آتش‌سوزی شود. مقاومت‌های ضدحریقی موجود هستند که از داغ شدن بیش از حد آن‌ها به‌طور خطرناک (با باز کردن مدار) جلوگیری می‌کنند

چون احتمال بروز گردش هوای مه آلود، ارتفاع زیاد، یا درجه حرارت بالا وجود دارد، مقاومت‌ها با میزان اتلاف بالاتری از آنچه که در دستگاه‌ها نشان داده خواهد شد، در نظر گرفته می‌شوند.

بعضی از انواع و درجه‌بندی‌های مقاومت‌ها هم ممکن است میزان ولتاژ ماکزیممی داشته باشند. این احتمال وجود دارد که اتلاف توان به میزان مقاومت‌های بالاتری محدود شود.

ساختار

ترکیب رساناها

مؤلفه‌های عبور از سوراخ به‌طور معمول دارای رساناهای رد شده از بدنه به‌طور محوری هستند. بقیه آن‌ها دارای رساناهای خارج شده از بدنه هستند که در عوض موازی بودن با محور مقاومت، به‌طور شعاعی هستند. دیگر مؤلفه‌ها ممکن استفناوری نصب سطحی (SMT) باشند که در مقاومت‌هایی با توان بالا احتمال اینکه یکی از رساناها به صورت گرماخور قابل طراحی باشد را به وجود می‌آورند.

ترکیب کربنی

مقاومت‌های ترکیب کربنی شامل عنصر مقاومتی استوانه‌ای جامد با رساناهای سیمی جاسازی شده و درپوش ته فلزی برای الحاق سیم‌های رسانا در نظر گرفته می‌شوند. بدنه مقاومت با رنگ یا پلاستیک محافظت می‌شود. در قرن بیستم مقاومت‌های ترکیب کربنی، بدنه‌ها را لخت‌کرده بودند. سیم‌های رسانا حول دو سرمیله مقاومت و اتصال، پیچیده می‌شدند. مقاومت تکمیل شده با رنگ کدگذاری نسبت به مقدارش، رنگ آمیزی می‌شد.

عنصر مقاومت از مخلوط خرده‌ها (پودر) کربن و مواد عایق (مانند سرامیک) ساخته می‌شود. یک چسب این مخلوط را به هم می‌گیرد. میزان مقاومت توسط نسبت مواد متراکم (پودر سرامیک) به کربن تعیین می‌شود. غلظت‌های بالای کربن و یک رسانای خوب، میزان مقاومت پایین‌تری را نتیجه خواهد داد.

مقاومت‌های ترکیبی کربن در حالت کلی در سال ۱۹۶۰ و بعد از آن استفاده می‌شدند ولی در حال حاضر محبوبیت چندان زیادی برای استفاده عمومی به عنوان نوع دیگری که دارای خصوصیات بهتری مانند تلرانس، وابستگی ولتاژ، و فشار (مقاومت‌های ترکیبی کربن، زمانی که ولتاژ بالایی بر آن‌ها وارد شود تغییر خواهند یافت) است وجود ندارد. به علاوه اگر رطوبت داخلی (حاصل از پدیدار شدن در دوره‌ای از زمان برای یک محیط مرطوب) قابل توجه باشد، حرارت لحیم کاری، تغییر غیرقابل بازگشتی در مقدار مقاومت به وجود خواهد آورد. مقاومت‌های ترکیب کربنی دارای پایداری ضعیفی در طول زمان هستند و در کارخانه به همین نحو از بهترین تا تنها ۵٪ تلرانس، طبقه‌بندی می‌شوند. به هر حال این مقاومت‌ها اگر هرگز به ولتاژ بالا یا حرارت بالا نمی‌رسیدند مطمئناً به‌طور قابل ملاحظه‌ای در اندازه مؤلفه مؤثر بودند.

آنها هنوز در دسترس هستند ولی در مقایسه بسیار پر هزینه می‌باشند. مقادیر در محدوده یک اهم تا ۲۲مگااهم هستند. به علت قیمت بالا، این مقاومت‌ها هیچ دارای استفاده دیگری نیستند. به هر حال مقاومت‌های کربنی برای ذخیره توان و کنترل‌های جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پیل کربنی

یک مقاومت پیل کربنی از یک رشته صفحه کربنی فشرده میان دو صفحه فلزی ساخته می‌شود. با تنظیم فشار بسته، مقاومت میان صفحه‌های فلزی تغییر می‌کند. این مقاومت‌ها زمانی که یک بار الکتریکی قابل تنظیمی نیاز است استفاده می‌شود مانند امتحان باتری‌های خودرو یا فرستنده رادیو. یک مقاومت پیل کربنی هم می‌تواند برای کنترل سریع موتورهای کوچک در لوازم خانگی (ماشین‌های بافندگی و میکسرهای دستی) در درجه‌های بالا با چند صد وات، مورد استفاده قرار گیرد. یک مقاومت پیل کربنی توانایی کنترل تنظیمات ولتاژ خودکار مولدهای پیل کربنی میدان جاری محافظ نسبت به ولتاژ را دارد. این قاعده همچنین در میکروفون کربنی به کار برده می‌شود.

نوار کربنی

یک لایه کربنی روی یک لایه عایق گذاشته می‌شود، و مارپیچی در آن برای طراحی یک مسیر مقاومتی باریک و طولانی بریده می‌شود. با تغییر شکل، همراه با مقاومت کربن غیر متبلور (در حد μΩ m 500 تا μΩ m 800) می‌تواند مقدار تفاوت مقاومت‌ها را نشان دهد. مقاومت‌های لایه کربنی میزان توانی در حدود 0.125 W تا 5 W در دمای ۷۰ °C را نشان می‌دهند.

مقاومت‌ها از ۱ اهم تا ۱۰ مگا اهم در دسترس هستند. مقاومت لایه کربنی دارای دمایی از −۵۵ °C تا ۱۵۵ °C دارند. این مقاومت دارای ماکزیمم ولتا‍‍‍ژ، از ۲۰۰ تا ۶۰۰ ولت هستند. مقاومت‌های نوار کربنی خاص در زمان نیاز به ثبات پالس بالا، استفاده می‌شوند.

مقاومت کربنی چاپی

مقاومت کربنی می‌تواند به‌طور مستقیم بر روی پد SMD روی یک PCB چاپ شود. درسال ۱۹۸۹ طبق فهرست سازمان Psion II.

مقاومت‌های ترکیب کربنی مستقیماً می‌توانند به روی لایه‌های فیبر مدار چاپی (PCB) به عنوان قسمتی از فرایند تولید PCB چاپ شوند. در حالی که این تکنیک روی مقیاس‌های PCB ترکیبی، فراگیرتر است و توانایی استفاده بر روی فایبرگلاس استاندارد PCBs را داراست. تلرانس به‌طور معمول بسیار زیاد است و می‌تواند به مقدار ۳۰٪ باشد. نوعی کاربرد از مقاومت‌های غیرحساس بالاکش را نشان خواهد داد.

اتلاف مقاومت

هنگامی که جریان الکتریکی I از جسمی با مقاومت R عبور می‌کند، انرژی الکتریکی (توان) به گرما تبدیل می‌شود. توان گرمایی تولید شده از رابطهٔ زیر بدست می‌آید:

P={I^{2}\cdot R}\,

در این معادله

P:توان تلف شده در شی در واحد وات.
I:جریان الکتریکی عبوری از شی در واحد آمپر.
R:مقاومت شی به اهم.

این تبدیل انرژی در کاربردهایی مثل روشنایی و گرمادهی الکتریکی مفید است ولی در کاربردهای دیگری مثل انتقال انرژی، اتلاف محسوب می‌شود. به‌طور ایدئال رساناهایی که برای اتصال افزاره‌های الکتریکی استفاده می‌شوند باید مقاومت الکتریکی صفر داشته باشند، ولی در واقعیت فقط ابررساناها به این ایدئال می‌رسند. راه‌های مرسوم برای مقابله با اتلاف مقاومتی در رساناها استفاده از سیم‌های ضخیم‌تر و ولتاژهای بالاست.

در شکل زیر نحوه ی خواندن مقدار اهم مقاومت، بر اساس رنگ خطوط روی آنها را میتوان مشاهده کرد:

سوخت و انواع سوخت ها (جامد، مایع، گاز)

دانستنی ها در مورد لاستیک اتومبیل

درباره نویسنده

ابوطالب رحیم زاده

مطالب مشابه

پاسخ دهید لغو پاسخ

مقاومت الکتریکی و انواع آن در صنعت

واحدها

عوامل مؤثر بر مقاومت

تأثیر جنس طول و مساحت سطح مقطع

اثر دما بر مقاومت

به هم بستن مقاومت‌ها

مقاومت به صورت موازی

مقاومت به صورت سری

ترکیب مقاومتهای سری و موازی

نمادسازی و نشانه‌های الکترونیکی

انواع مقاومت های الکتریکی

مقاومت های کربنی ( ترکیبی )

مقاومت های سیمی ( Wire Wound Resistor )

مقاومت های لایه ای

پتانسیومتر (Potentiometer)

رئوستا

مقاومت های تابع حرارت

الف ) ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت ( PTC )

ب ) ترمیستور با ضریب حرارتی منفی ( NTC )

مقاومت های تابع نور

مقاومت های تابع ولتاژ

مقاومت های تابع میدان مغناطیسی

نظریه عملکرد

قانون اهم

اتلاف توان

ساختار

ترکیب رساناها

ترکیب کربنی

پیل کربنی

نوار کربنی

مقاومت کربنی چاپی

اتلاف مقاومت

سوخت و انواع سوخت ها (جامد، مایع، گاز)

دانستنی ها در مورد لاستیک اتومبیل

درباره نویسنده

ابوطالب رحیم زاده

مطالب مشابه

ترموکوپل

دیوار صوتی چیســـــــــــــــت؟

منابع کنکور کاردانی فنی حرفه ای

پاسخ دهید لغو پاسخ