لفور سلاملفور دوست داشتنی و زیبا

همه چیز درباره ی مقاومت الکتریکی:

همه چیز درباره ی مقاومت الکتریکی:


یکی از مهمترین المان های الکترونیکی مقاومت ها می باشند. تقریبا می توان گفت که در تمامی مدارات الکترونیک، مقاومت وجود دارد.انواع مختلفی از مقاومت الکتریکی وجود دارد. شما در این بخش ابتدا با مقاومت ها آشنا می شوید و سپس انواع آن را می شناسید.



مقاومت الکتریکی:

تقریبا تمام مدار های الکترونیکی برای عملکرد صحیح به مقاومت ها نیازمند هستند.مقاومت ها امکان کنترل جریان و یا ولتاژ ارائه شده را فراهم می کنند.از معمول ترین کاربرد مقاومت ها می توان به برقرار کردن ولتاژ و جریان بایاس(جریان راه انداز) مورد نیاز تقویت کننده های ترانزیستوری, تغییر جریان خروجی مترادف با افت ولتاژ خروجی و ایجاد تضعیف جریان به میزان تعیین شده را نام برد .
یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعی نمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند که در برابر تغییرات دما و دیگر عوامل محیطی ، نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند. مقاومتهای متغیر پتانسیومتر یا رئوستا نیز خوانده می‌شوند و این اجازه را می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییر کند.

برخی از مقاومتها بلند و نازک هستند و ماده مقاوم حقیقی در وسط آنها قرار دارد و یک پایه هادی در هر انتهای آن نصب شده است. به این مقاومت بسته محوری گفته می‌شود. تصویر پائین یک ردیف از مقاومتهایی را نشان می‌دهد که عموما در یک بسته بندی قرار داده می‌شوند. مقاومتهای استفاده شده در کامپیوترها و دیگر وسایل ، نوعا خیلی کوچکترند و اغلب در بسته‌های با پایه سطحی (فن آوری پایه سطحی) بدون سیمهای رابط بکار می‌روند. مقاومتهای با توان بالاتر را در بسته‌های محکمتری قرار می‌دهند و بگونه‌ای طراحی شده‌اند که گرما را بطور موثری از بین ببرند، اما تمامی آنها دارای همان ساختار قبلی مقاومتها هستند.

مقاومتها به عنوان بخشی از شبکه‌های الکتریکی بکار می‌روند و در علم میکروالکترونیک و ابزارهای نیمه هادی شرکت دارند. اندازه گیری دقیق یک مقاومت بصورت نسبت ولتاژ به جریان است و واحد آن در دستگاه SI، اهم است. یک عنصر دارای مقاومت ۱ اهم است اگر یک ولتاژ ۱ ولتی دو سر عنصر منجر به یک جریان ۱ آمپر شود که معادل جریان یک کولمب بار الکتریکی (تقریبا ۶٫۲۴۲۵۰۶ X 10 18 الکترون) در ثانیه در جهت مخالف است.

یک جسم فیزیکی نوعی مقاومت است. اکثر فلزات، مواد هادی هستند و در برابر جریان الکتریسته مقاومت کمی دارند. بدن انسان ، یک تکه پلاستیک ، یا حتی یک خلا دارای مقاومتهایی هستند که قابل اندازه گیری است. موادی که دارای مقاومتهای بسیار بالایی هستند عایق نامیده می‌شوند.

رابطه بین ولتاژ ، جریان و مقاومت در یک جسم توسط یک معادله ساده که از قانون اهم گرفته شده و اغلب با آن اشتباه می‌شود، بیان می‌شود:

V = IR

که در آن V ولتاژ دو سر مقاومت بر حسب ولت ، I جریان عبور کننده از مقاومت بر حسب آمپر و R مقدار مقاومت بر حسب اهم است. اگر V و I دارای یک رابطه خطی باشند که به مفهوم ثابت بودن R در یک محدوده است، آنگاه این ماده در آن محدوده اهمی خوانده می‌شود. یک مقاومت ایده آل دارای مقاومت ثابت در تمامی فرکانسها و مقادیر ولتاژ و جریان است. مواد ابر رسانا در دماهای بسیار پایین دارای مقاومت صفر هستند. عایقها ( نظیر آزمایشهای مربوط به هوا ، الماس ، یا مواد غیر هادی) ممکن است دارای مقاومتهایی بسیار بالا (اما نه بینهایت) باشند. لکن تحت ولتاژهای به میزان کافی زیاد، دچار شکست می شوند و جریان بزرگی را از خود عبور می‌دهند.


مقاومت یک عنصر را می‌توان از مشخصه‌های فیزیکی آن محاسبه کرد. مقاومت با طول عنصر و مقاومت ویژه(یک خاصیت فیزیکی ماده) آن بطور مستقیم متناسب است و با سطح مقطع آن رابطه عکس دارد.

معادله محاسبه مقاومت یک بخش ماده مانند زیر است:

R = rL/A

که در آن r مقاومت ویژه ماده ، L طول و A مساحت سطح مقطع است. این معادله را می‌توان برای موادی که از نظر شکل پیچیده‌ترند، بصورت انتگرالی نیز نوشت. اما این فرمول ساده برای سیمهای استوانه‌ای و اغلب هادیهای عمومی قابل استفاده است. این مقدار می‌تواند در فرکانسهای بالا به علت اثر پوستی ، که سطح مقطع در دسترس را کاهش می‌دهد، تغییر کند. مقاومتهای استاندارد را در مقادیری از چند میلی اهم تا حدود یک گیگا اهم به فروش می‌رسانند. تنها محدوده مشخصی از مقادیر که مقادیر ترجیح داده شده نام دارند در دسترس هستند.

ساختار مقاومت مورد استفاده در تعیین مشخصه های الکترونیکی آن مفید واقع می شود. در هر مداری باید موارد زیر را در نظر داشت :
الف- مقاومت : مقدار مقاومت مورد نیاز که بر حسب  اهم یا کیلو اهم و یا مگا اهم بیان می شود.
ب- توان قابل تحمل : حداکثر توان تلفاتی قابل تحمل مقاومت را توان قابل تحمل مقاومت می گویند.

P=V^2/R

که در آن P توان بوده و یکای آن بر حسب وات ( W ) و V نشان دهنده اختلاف پتانسیل بر حسب ولت ( V ) و R نشان دهنده مقاومت و بر حسب اهم ( Ω ) می باشد.
ج- تولرانس : معادل حداکثر انحراف مجاز قطعه می باشد و بر حسب درصد بیان می شود .
د- ضریب حرارتی : تغییرات مقاومت نسبت به تغییر دما را ضریب حرارتی مقاومت می گویند ( که معمولا بر حسب بخش بر میلیون بیان می گردد )
ه- پایداری : به تغییرات مقدار مقاومت تحت شرایط خاص و زمان معین اطلاق می شود و بر حسب درصد بیان میگردد.

مقادیر ترجیحی :
باید دانست که عددی که بر روی مقاومت مشخص شده فقط به عنوان راهنمایی برای مقدار واقعی آن به شمار می آید. میزان دقت یک مقاومت بر حسب تلرانس بیان می شود .مثلا اگر ما مقاومتی ۱۰۰ اهمی با تلرانس ۱۰ درصد را در نظر بگیریم ممکن است مقاومت قطعه مذکور بین ۹۰ یا ۱۱۰ اهم باشد. بعنوان مثال اگر ما نیازمند قطعه ای به مقاومت ۹۹ اهم باشیم در این صورت باید مقاومتی ۱۰۰ اهمی با تلرانس یک درصد را به کار بگیریم.

کد های رنگی :

مقاومت های کربنی و اکسید فلزی همواره بصورت کد های رنگی بر روی بدنه آنها نشان داده می شوند. که بصورت زیر میباشد:

R=ab*10^c

که در آن R مقاومت بوده و بر حسب اهم ( Ω ) و a رنگ اول از سمت چپ و b رنگ دوم از سمت چپ و C رنگ سوم از سمت چپ می باشد. در اینگونه مقاومت ها اگر رنگ نقره ای را دیدیم این نکته را باید بدانیم که تولرانس آن ۵% بوده و اگر به رنگ طلایی برخورد کردیم باید بدانیم که تولرانس آن برابر ۱۰% است. کد رنگ ها به شرح زیر است : – سیاه ( صفر )- قهوه ای   ( ۱)- قرمز (۲ ) – نارنجی ( ۳ ) – زرد (۳ ) – سبز (۵ ) – آبی (۶ ) – بنفش ( ۷ ) – خاکستری (۸ ) – سفید (۹ ).

در ادامه بحث مقاومت ها ما با دو نوع مقاومت روبه رو می شویم :
مقاومت تغییر ناپذیر با زمان (invariant time ) :

به مقاومتی که مقاومت آن با زمان تغییر نکند و همواره برابر مقدار ثابتی باشد مقاومت تغییر نا پذیر با زمان می گوییم.

مقاومت تغییر پذیر با زمان(tvarian time ) :

به مقاومتی که مشخصه آن (ولتاژ و شدت جریان ) آن با زمان تغییر کند مقاومت تغییر پذیر نسبت به زمان می گوییم .

مقاومت های خطی و غیر خطی :
هر مقاومتی را می توان به دو دسته خطی ( linear ) و غیر خطی ( nonlinear ) تقسیم کرد که در اینجا ما به بررسی یکی از دو زیر مجموعه مقاومت خطی می پردازیم .

مقاومت خطی تغییر ناپذیر با زمان :

مقاومتی که دیاگرام آن در صفحه iv و یا در صفحه vi بصورت خط راست باشد که از مبدا گذشته و با زمان تغییر نکند را مقاومت خطی تغییر ناپذیر با زمان می گوییم. می توان یک مقاومت کربنی را که درجه حرارت آن ثابت نگه داشته است را بعنوان یک مقاومت خطی تغییر ناپذیر نسبت به زمان بیان نمود به شرطی که حدود تغییرات ولتاژ و جریان آن به طور مناسبی محدود شود.اگر این حدود تغییرات محدود نشود و جریان و یا ولتاژ بیش از مقدار تعیین شده باشد در این صورت مقاومت داغ شده و حتی امکان دارد که مقاومت بسوزد.دو نمونه از مقاومت های خطی تغییر ناپذیر با زمان که مورد توجه ما هستند عبارت است از مدار باز و اتصال کوتاه که به شرح زیر است :
مدار باز :

یک عنصر دو سر را مدار باز می گویند هرگاه جریان آن شاخه باز به ازای همه مقادیر ولتاژ شاخه برابر صفر باشد.بنا به قانون اهم  مقاومت و رسانش که عکس مقاومت است به ترتیب برابر بی نهایت و صفر را اختیار می کنند.

مدار اتصال کوتاه :

یک عنصر دو سر را مدار با اتصال کوتاه می گویند هرگاه ولتاژ آن شاخه به ازای همه جریان های عبوری برابر صفر باشد. بنا به قانون اهم مقاومت و رسانش به ترتیب مقادیر صفر و بی نهایت را اختیار می کنند.

مقاومت ها را به سه دسته تقسیم می کنند:
۱٫مقاومت ثابت                      ۲٫مقاومتهای متغیر          ۳٫مقاومت های وابسته

مقاومت ثابت:
مقاومت ثابت مقاومتی است که مقدار آن در حالت عادی تغییری نمی کند و بر اساس نوع ساخت  با یکدیگر متفاوتند. مانند مقاومتهای سیمی و کربنی و …

مقاومت متغیر:
در برخی مدارت الکترونیکی از مقاومتهای قابل تغییر برای تغییر میزان صدا ، نور و رنگ و … استفاده می شود.مقاومتهای متغیر دارای سه سر هستند  که دو سر ابتدایی و انتهایی آن ثابت و سر وسط آن متغیر است .
پتانسیومتر و ولوم دو نوع مقاومت متغیر هستند.
از مقاومتهای متغیر برای تغییر میزان ولتاژو جریان استفاده می شود. نوع کاربرد مقاومت را بر اساس نوع نصب و نوع مدار می توان به کنترل کننده ولتاژ یا جریان تغییر داد.

مقاومت وابسته:
میزان این نوع مقاومت ها  به میزان نور ، دما و ولتاژ وابسته است.
۱. مقاومت وابسته به نور:مقاومت وابسته به نور یا LDR را مقاومت نوری یا سلول نوری نیز می نامند.میزان این مقاومت در تاریکی خیلی زیاد (در حدود یک مگا اهم ) و در روشنایی بسیار کم ( در حدود یک کیلو اهم) است.

۲.مقاومت وابسته به حرارت یا ترمیستور:این نوع مقاومت میزان آن بستگی به دمای آن دارد . بر حسب مثبت یا منفی بودن ضریب حرارتی به دو نوع  PTC و NTC تقسیم بندی می شود.

در نوع PTC  با افزایش دما میزان مقاومت زیاد می شود و در نوع NTC با افزایش دما میزان مقاومت کم می شود.
۳.مقاومت وابسته به ولتاز VDR :نوعی از مقاومت است که میزان آن به ولتاز منبع تغذیه وابسته است.

مقاومتهای متغیر:
مقاومت متغیر مقاومتی است که مقدارش می‌تواند توسط یک حرکت مکانیکی تعیین شود، برای مثال توسط دست تنظیم شود. مقاومتهای متغیر می‌توانند از نوع ارزان و تک دور یا از نوع چند دور با یک عنصر مارپیچی باشند. برخی از آنها حتی دارای نمایشگر مکانیکی تعداد دور نیز هستند. بطور سنتی مقاومتهای متغیر نامطمئن بوده‌اند، چرا که سیم یا فلز خورده یا فرسوده می‌شوند. (یک روش دیگر کنترل که در واقع یک مقاومت نیست اما شبیه آن عمل می‌کند، شامل یک سیستم سنسور فتو الکتریک است که چگالی نوری یک ورقه را اندازه می‌گیرد. بدلیل اینکه سنسور ورقه را لمس نمی‌کند، پوسیدگی رخ نمی‌دهد.)

یک پتانسیومتر نوعی از مقاومتهای متغییر است که بسیار عام است. یکی از استفاده‌های عمومی آن به عنوان کنترل صدا در تقویت کننده‌های صوتی است. یک واریستور اکسید فلزی ، یا MOV نوع بخصوصی از مقاومت است که دارای دو مقدار مقاومت بسیارمتفاوت است، یک مقاومت بسیار بالا در ولتاژ پایین (زیر ولتاژ راه انداز) و یک مقاومت بسیار کم در ولتاژ بالا (بالاتر از ولتاژ راه انداز). این نوع از مقاومت معمولا برای حفاظت اتصال کوتاه در برقگیر تیر برق خیابانها یا به عنوان یک اسنابر استفاده می‌‌‌شود. یک مقاومت با ضریب دمایی مثبت/PTC یک مقاومت وابسته به دما است که دارای یک ضریب دمایی مثبت است.

وقتی که دما افزایش می‌یابد، مقاومت هم زیاد می‌شود. PTC ها اغلب در تلویزیونها بصورت سری با سیم پیچ دمغناطیس کننده یافت می‌شوند که یک جرقه جریان کوتاه را از طریق سیم پیچ در هنگام روشن کردن تلویزیون ایجاد می‌کند. یک نسخه تخصصی یک PTC چند سوییچ است که مانند یک فیوز خود تعمیر عمل می‌کند. یک مقاومت با ضریب دمایی منفی/NTC نیز یک مقاومت وابسته به دماست، اما دارای یک ضریب دمایی منفی است. وقتی که دما افزایش می‌یابد مقاومت NTC کاهش می‌یابد. NTC ها عموما در آشکار سازهای دمای ساده و در ابزارهای اندازه گیری بکار می روند.

کاربرد مقاومت های الکتریکی:

مقاومت های اهمی برای اضافه کردن مقاومت مدارهای الکتریکی به کار می روند . در حقیقت ، آنها اجسامی هستند که در مقابل عبور جریان مقاومت زیادی از خود نشان می دهند . موادی که غالباٌ در مقاومت ها به کار می روند عبارتند از کربن ، آلیاژ مخصوص از فلزاتی از قبیل نیکروم ، کنستانتان و منگانان . مقاومت اهمی را طوری به مدار می بندیم که جریان همان طور که از بار الکتریکی و منبع ولتاژ عبور می کند ، از آن هم بگذرد . در این صورت مقاومت کل مدار مجموع مقاومت های بار الکتریکی ، منبع ولتاژ ، سیم های رابط و مقاومت اهمی است . توجه داشته باشید که فقط با اضافه کردن یک مقاومت اهمی مناسب به مدار می توان مقاومت کل مدار را به اندازه ی دلخواه تغییر داد .

انواع مقاومت ها:
۱- مقاومت های ترکیبی
۲- مقاومت های سیم پیچی
۳- مقاومت های لایه ای

طبقه بندی مقاومت های از نظر نوع کار:
۱- مقاومت های ثابت : مقاومت های ثابت دو سیم رابط دارند که به دو انتهای مقاومت متصل است . اصولا مقدار این نوع مقاومت های ثابت است ولی بعضی از آنها دارای مقاومتهای متفاوتی هستند . این مقاومت ها به دو دسته ی الف – مقاومت ها زبانه دار و ب – مقاومت های قابل تنظیم تقسیم می شوند .

الف) مقاومت های زبانه دار : در این نوع مقاومت ها علاوه بر دو سیم انتهایی ، سر سیم های دیگری بین دو سر مقاومت وجود دارد . با اتصال ترمینال های مختلف به مدار مقاومت های متفاوتی حاصل می شود . هر یک از این مقاومت ها دارای مقاومت ثابتی هستند .

ب) مقاومت های قابل تنظیم : دیدید که مقاومت های ثابت قابلیت انعطاف ندارند ، زیرا مقاومتشان کاملا تعیین شده و مقدار آن تغییر ناپذیر است.مقاومت های زبانه دار تا حدودی قابلیت انعطاف دارند ، چون بیش از یک مقدار مقاومت می توان از آنها بدست آورد . با وجود این تعداد مقاومت هایی را که می توان از آنها بدست آورد به ۳ یا ۴ محدود می شود . آنچه اغلب مورد نیاز است ، مقاومتی است که بوسیله آن بتوان حدود معینی از مقاومت را از ۰ تا ۱ حداکثر بدست آورد .این مقاومت ها طوری ساخته نشده اند که بتوان آنها را پیوسته تغییر داد .در واقع ، هنگام نصب این مقاومت ها در مدار، آنها را روی مقاومت دلخواه تنظیم کرده و سپس با همان مقاومت در مدار کار می کنند .

۲- مقاومت های متغییر : در بسیاری از وسایل الکتریکی مقدار بعضی از مقاومتها باید پیوسته تغییر کند ، پیچ ولوم رادیو ، کنترل کننده روشنایی تلویزیون از آن جمله اند .مقاومتهای متغیر مقاومتهایی هستند که پیوسته می توان مقدار آنها را تغییر داد .

به آن دسته از مقاومت های متغیر ، ” وابسته ” گفته می شود که به وسیله عواملی از قبیل نور ، حرارت ، ولتاژ و … مقدار مقاومتشان تغییر کند . این مقاومت ها انواع مختلفی دارد که عبارت اند از :
الف- مقاومتهای تابع حرارت(THERMISTOR Tehrmally sensitive resistor):
مقدار اهم این مقاومت ها تابع حرارت است . یعنی ، در اثر حرارت میزان مقاومتشان تغییر می کند. مقاومت های حرارتی را تحت عنوان ” ترمیستور” می شناسیم . در این مقاومت ها تغییرات مقدار مقاومت نسبت به تغییرات دما خطی نیست. از این مقاومت ها در مدارهابه صورت حس کننده(Sensor) های حرارتی در مسیر دستگاه های الکتریکی نظیر موتورهای الکتریکی ، کوره ها ، سیستم های تهویه و تبرید استفاده می شود .

به طور کلی ترمیستورها در مداراتی که دما را اندازه گیری یا کنترل می کنند به کار می روند و در دو نوع ساخته می شوند .
۱-    ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت (PTC): که با افزایش دما مقدار مقاومت آن افزایش می یابد .
۲- ترمیستور با ضریب حرارتی منفی (NTC) : که با افزایش دما مقدار مقاومتش کاهش می یابد .

ب- مقاومت های تابع نور ( Light Dependent Resistor)(LDR):
مقدار مقاومت تابع نور تابع تغییرات شدت نور تابیده شده به سطح آن است. مقاومت تابع نور در فضای تاریک دارای مقاومت خیلی زیاد (در حد مگا اهم ) و در روشنایی دارای مقاومت کم ( در حد کیلو یا اهم ) است . مقاومت های LDR را ” فتو رزیستور ” هم می نامند . برای اینکه نور روی عنصر مقاومتی فتورزیستور اثر گذارد معمولا سطح ظاهری آن را با شیشه یا پلاستیک شفاف می پوشانند . از این مقاومت در مدارات الکترونیکی به عنوان تشخیص دهنده ی نور (نور سنج ) استفاده می شود . از جمله کاربردهای این مقاومت استفاده ی آن در دوربین های عکاسی و کلیدهای نوری و چشم های الکترونیکی است .

ج- مقاومت های تابع ولتاژ (VDR ( Voltage Dependent Resistor:

مقاومت های تابع ولتاژ ، مقاومت هایی هستند که متناسب با تغییر ولتاژ ، مقاومت آنها تغییر می کند تا همواره ولتاژ یکسانی در مدار وجود داشته باشد . مقاومت VDR را تحت عنوان ” واریستور ” نیز می شناسند . مقدار اهم این مقاومت ها با ولتاژ رابطه ی معکوس دارد . یعنی با افزایش ولتاژ مقدار اهم آنها کاهش می یابد . واریستورها به پلاریته ی 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.

از جمله کاربرهای این مقاومت ها عبارتند از : ۱- تثبیت کنندهای ولتاژ ۲- حفاظت مدارها در مقابل اضافه ولتاژها در لحظات قطع و وصل کلید .

د-مقاومت های تابع میدان مغناطیسی(MDR)(Magnetic Dependen Resistor):
مقاومت های تابع میدان به مقاومت هایی گفته می شود که به سبب اثر میدان مغناطیسی بر آنها مقدار اهمشان تغییر می کند. در ساخت این مقاومت ها از نیمه هادی هایی استفاده شده که دارای ضریب حرارتی منفی هستند. به همین دلیل در صورت افزایش دما مقدار مقاومت آن ها کاهش می یابد .

نحوه تعیین مقدار مقاومت ها از روی کد رنگی :
رنگ اولین نوار نشان دهنده اولین عدد صحیح مقدار مقاومت است و رنگ دومین نوار نشان دهنده دومین عدد صحیح مقدار مقاومت است . رنگ سومین نوار نشان دهنده ضریب مقاومت است . رنگ نوار چهارم حدود خطا ( تلرانس ) را معین می کند .