مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی

به هر قطعه یا عنصری که در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت نشان دهد مقاومت الکتریکی گفته می‌شود.

مقاومت الکتریکی را با حرف R  که از کلمه Resistor  گرفته شده است، نشان می‌دهند. واحد اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی اهم با نماد Ω  است.

انواع مقاومتهای الکتریکی:

مقاومتها به سه دسته کلی مقاومتهای متغیر (که اصطلاحا به آنها پتانسومتر میگویند)، مقاومتهای ثابت و مقاومتهای وابسته تقسیم می شوند. مقاومتهای ثابت خود به سه دسته ی زیرتقسیم می شوند:

۱-مقاومت های کربنی ( ترکیبی )

۲-مقاومتهای سیمی (سیم پیچی شده )

۳-مقاومت های لایه ای

-مقاومت های کربنی (ترکیبی) :

مقاومتهای کربنی در اکثر مدارات الکترونیکی به دلیل هزینه ی به صرفه و تحمل جریانهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار میگیرند. از معایب این نوع مقاومت نیز میتوان به پایداری ضعیف و درصد خطای بالای آن اشاره کرد.

خرابی و یا سوختن مقاومت های کربنی:

این نوع مقاومتها در هنگام مواجهه با جریان فرای حد تحملشان به سرعت داغ شده و میسوزد.  از نشانه های سوختن و یا خراب بودن مقاومت کربنی میتوان به کدر شدن، قاطی شدن کدهای رنگی آن و همچنین تغییر فاحش در مقدار مقاومت آن هنگام تست مقاومت مولتی متر اشاره کرد.

برای درک بهتر:

یک باغ شامل چند درخت و یک چاه‌موتور را در نظر بگیرید. برای به ثمر نشستن درختان لازم است منبع آب(چاه موتور) را با استفاده از شیارهایی به درختان متصل کنید. دقت کنید که برای جلوگیری از هدر رفت آب مسیر آن نباید به شیار متفرقه‌ای که درخت ندارد متصل باشد (ابتدا و انتهای مشخصی داشته باشد و باز نباشد) . هنگامی که آب جاری می‌شود پس از رسیدن به هر درخت از سرعت آن کاسته می‌شود.

اگر مثال بالا را یک مدار در نظر بگیریم می‌توان چاه‌موتور را منبع تغذیه، سرعت حرکت آب در شیارها را جریان(I)، درختان که باعث کاهش سرعت آب می‌شوند را مصرف‌کننده و نیرویی که باعث ایجاد جریان آب میشود را ولتاژ((v و آب جاری شده را بار الکتریکی نامید.

شیوه بدست آوردن مقدار مقاومت در مقاومتهای کربنی به روش استاندارد:

هر مقاومت کربنی دارای چهار یا پنج کد رنگی ست که هر کد و هر رنگ نشانگر یک عدد و رنگ آخر نشانگر درصد خطا میباشد. معمولا در مقاومت های کربنی رنگ آخر طلایی ( درصدخطا = 5%) و یا نقره ای( درصدخطا = 10%) است. اعداد رنگهای دیگر بجز طلایی و نقره ای به شرح زیر میباشد:

تست مقاومت:

برای  بدست آوردن مقدار مقاومت هر المان متداول ترین راه استفاده از مولتی متر است. در این روش ابتدا مولتی متر یا اهم متر را روشن کرده، پس از اطمینان از سالم بودن پراب ها آنرا روی حالت اهم قرار میدهیم و در ادامه سر دو پراب را به دو سر مقاومت متصل میکنیم. عددی که دستگاه به ما نشان میدهد مقدار مقاومت المان است.

تست بوق(تست اتصال کوتاه یا بیزر):

این تست برای چک کردن اتصال چند ناحیه از مدار، مطمئن شدن از سلامت پروب ها و یا تست عملکرد المان ها مورد استفاده قرار میگیرد. در این تست متصل بودن چند قطعه یا بخش از مدار مورد بررسی قرار میگیرد.  برای گرفتن تست بوق ابتدا مولتی متر یا اهم متر را در حالت بیزر قرار دهید و پراب های آن را با هم اتصال میدهیم. اگر صدای بوق شنیده شد پراب ها سالم اند و میتوانیم تست قطعات دیگر را هم بوسیله ی آنها انجام دهیم. در تست اتصال کوتاه قطعات و بخش های مختلف مدار هم شنیدن صدای بوق به منزله اتصال است.

-مقاومتهای سیمی(WIRE WOUND RESISTOR):

این نوع مقاومتها ترکیبی از مقاومتهای سیمی و کربنی میباشند یعنی دقت مقاومت های سیمی را دارند ولی از نظر اندازه و قیمت به مقاومتهای کربنی نزدیکند. از پیچاندن سیمهای مقاومت دار طویل به دور یک هسته مقاومت سیمی یا سیم پیچی شده ساخته میشود. معمولا یک روپوش سرامیکی آجری و یا گچی بر روی سیم های پیچیده شده بر روی هسته میکشند تا سیم ها آسیب نبینند.

این نوع مقاومتها در دو نوع قدرتی و دقیق ساخته می‌شوند.

مقاومتهای قدرتی توانی در رنج 2-300 وات دارند و میتوانند جریان بسیار زیادی را از خودشان عبور بدهند. مقاومتهای سیمی قدرتی معمولا به شکل یک محفظه سیمان مانند که دارای سطح مقطع مربع یا مستطیل شکل است ساخته میشوند و به مقاومت های آجری معروفند.

شکل خاص محفظه مقاومتهای آجری این امکان را فراهم می آورد که برای خنک کردن آنها بتوان آنها را بر روی ورقه فلزی جنگ کننده Heat sink  قرار داد تا بتوان گرمای حاصل از تحمل جریان زیاد را دفع کرد.

مقاومتهای دقیق هم که دارای توانهای زیر 2 وات (بین 0.25-2 وات) هستند، دارای درصد خطای(تلرانس) پایینترند و نمیتوانند جریان بالایی را از خود عبور دهند.

+از مزایای این نوع مقاومت ها میتوان به هزینه ی کم، دقت بالا، پایداری بالا، دامنه مقاومت گسترده، شعله ور نشدن به هنگام سوختن و همچنین قطع شدن کامل پس از سوختن اشاره کرد که به همین دلیل، در بسیاری از مدارها به عنوان مقاومت فیوزی (Fusible Resistor) استفاده میشود و به آن مقاومت حفاظتی ( Safety Resistor) نیز میگویند زیرا این مقاومتها در حالت عادی به صورت یک مقاومت معمولی عمل میکنند و چنانچه جریان عبوری از آن از حد معینی بیشتر شود مانند یک فیوز قطع می‌شوند.

-از جمله معایب این نوع مقاومت ها این است که مقاومتهای سیم پیچ فقط برای فرکانسهای پایین استفاده می شوند، برای فرکانس های بالا مناسب نیستند. در فرکانس های بالا، به عنوان سلف عمل می کند. 

خرابی و یا سوختن مقاومت های سیمی:

در مقاومتهای سیمی به دلیل توان بیشتر نسبت به مقاومت های کربنی احتمال سوختن نیز به همان نسبت پایینتر است. اما جهت مطلع شدن از سلامت این قطعات میتوان از تست بیزر و یا تست اهم استفاده کرد. ( در تست بیزر برای چک کردن خرابی مقاومت های سیمی عدم شنیدن صدای بوق پس از اتصال پراب ها به مقاومت نشان دهنده خراب و سوخته بودن آن است.)

شیوه بدست آوردن مقدار مقاومت در مقاومتهای سیمی  به روش استاندارد:

همانطور که گفته شد مقاومت های سیمی درون محفظه قرار دارند. روی محفظه با استفاده از اعداد و حروف توان و مقاومت حک شده است. عدد قبل از حرف W نشان دهنده توان، عدد قبل و بعد از R و یا Ω نیز نشان دهنده مقاومت است.

*نکته: اغلب تلرانس مقاومت های سیمی بر اساس شکل و حجم قابل تشخیص است، همچنین توجه داشته باشید که R و یا Ω در هنگام خواندن مقاومت باید ممیز خوانده شوند. برای مثال کد 5W3R9J دارای توان 5 و مقاومت 3.9 اهم است.

-پتانسیومتر(POTENTIOMETER):

در الکترونیک، پتانسیومتر یک مقومت سه پایه با یک اتصال یا دکمه متحرک قابل تنظیم برای تقسیم ولتاژ است. اگر تنها دو ترمینال(خروجی) استفاده شود، پتانسیومتر به عنوان یک مقاومت متغیر یا رئوستا عمل میکند.  در پتانسیومتر دو پایه انتهایی مقاومت یکنواخت به مدار منبع متصل می شوند.

دو نوع اصلی پتانسیومتر:

1-پتانسیومتر چرخشی

2-پتانسیومتر خطی

پتانسیومتر چرخشی:

پتانسیومتر های چرخشی عمدتاً برای بدست آوردن ولتاژ تغذیه قابل تنظیم به بخشی از مدار های الکتریکی استفاده می شوند. کنترل کننده ولتاژ ترانزیستور رادیویی نمونه مشهوری از پتانسیومتر چرخشی است که در آن دکمه چرخشی پتانسیومتر منبع تغذیه را به تقویت کننده وصل می کند.

پتانسیومتر خطی:

پتانسیومتر خطی اساساً یکنواخت است اما تنها تفاوت در این است که در اینجا به جای حرکت چرخشی، پیچ متحرک روی مقاومت به صورت خطی حرکت می کند. در اینجا دو سر یک مقاومت مستقیم به ولتاژ منبع متصل می شوند. یک پیچ متحرک می تواند روی مقاومت از طریق یک مسیر بین آن ها نشان داده شود. ترمینال متصل به پیچ متحرک به یک انتهای مدار خروجی و یکی از ترمینال های مقاومت به انتهای دیگر مدار خروجی متصل است. این نوع پتانسیومتر عمدتا برای اندازه گیری ولتاژ شاخه مدار، مقاومت داخلی المان باتری و مقایسه المان باتری با المان استاندارد استفاده می شود و در زندگی روزمره ما، معمولاً در اکولایزر موسیقی و سیستم های میکس صدا استفاده می شود.

رئوستا:

رئوستا همان پتانسیومتر است با تفاوتهای ریزو اندک.

تفاوت رئوستا با پتانسیومتر:

یک پتانسیومتر ولتاژ متغیری می دهد در حالی که رئوستا مقاومت متغیری ایجاد می کند. پتانسیومتر یک قطعه سه پایه است در حالی که رئوستا یک قطعه دو پایه است. از نظر ساختاری هر دو قطعه شبیه به هم هستند اما اصل عملکرد آنها کاملاً متفاوت است. در پتانسیومتر دو پایه انتهایی مقاومت یکنواخت به مدار منبع متصل می شوند. در رئوستا، فقط یک پایه از مقاومت یکنواخت به مدار وصل می شود و سر دیگر مقاومت باز است. هم در پتانسیومتر و هم در رئوستا، یک پیچ متحرک روی مقاومت وجود دارد. در پتانسیومتر ولتاژ خروجی بین پیچ ثابت و متحرک گرفته می شود. در رئوستا، مقاومت متغیر بین پایه ثابت و متحرک حاصل می شود. مقاومت پتانسیومتر در مدار متصل می شود. مقاومت رئوستا بصورت سری با مدار وصل می شود. به طور کلی از رئوستا برای کنترل جریان با تنظیم مقاومت به کمک پیچ متحرک استفاده می شود. در پتانسیومتر، ولتاژ با تنظیم پیچ متحرک روی مقاومت کنترل می شود.  بنابراین، مقاومت متغیر بین دو پایه ثابت و متحرک حاصل می شود.

تست پتانسیومتر و رئوستا :

تست پتانسومتر فرق زیادی با تست رئوستا ندارد. پتانسیومتر عموما چند ترمینال دارد و تست پتانسیومتر همان تست مقاومت دوتا از چند ترمینال آن و مقایسه آنها با ترمینال های دیگر است. برای تست پتانسیومتر و یا رئوستا هم از تست اهم مولتی متر یا همان اهم متراستفاده میکنیم.

-مقاومت های تابع حرارت:

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 .

انواع ترمیستور:

الف ) ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت ( PTC )

ب ) ترمیستور با ضریب حرارتی منفی ( NTC )

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 ۲۵ درجه سانتی گراد بیان می کنند. همچنین علاوه بر این مقدار، دمایی را که در آن مقاومت PTC دو برابر می شود، قید میکنند. 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 .

-مقاومت های تابع نور(فتورزیستورها):

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 ) میباشند. به این نوع مقاومت ها مقاومت 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. 

*نکته: توجه داشته باشید که NTC  ، PTC و فتورزیستور هم نوعی مقاومتند و تست آنها با تست مقاومتهای سیمی و کربنی تفاوت خاصی ندارد.