عنوان:
مقاومتهای الکتریکی
(مقطع تحصیلی)
(رشته تحصیلی)
استاد مربوطه:
(نام استاد)
نگارش:
(نام دانشجو)
94-1393
"فهرست مطالب"
1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 3
2- قانون اهم …………………………………………………………………………………………………………………………. 5
3- طبقهبندی مقاومتها …………………………………………………………………………………………………….. 6
3-1- مقاومتهای ثابت ……………………………………………………………………………………………………. 6
مقاومتهای فیلم کربن ………………………………………………………………………………………………… 6
مقاومتهای فیلم فلز ……………………………………………………………………………………………………. 7
مقاومتهای سیمی ………………………………………………………………………………………………………. 8
مقاومتهای آجری یا سرامیکی …………………………………………………………………………………… 9
مقاومتهای آرایهای یا شبکهای ………………………………………………………………………………….. 9
3-2- مقاومتهای متغیر ………………………………………………………………………………………………. 10
پتانسیومتر ………………………………………………………………………………………………………………….. 10
ولوم ……………………………………………………………………………………………………………………………. 13
3-3- مقاومتهای وابسته …………………………………………………………………………………………….. 14
مقاومتهای وابسته به نور …………………………………………………………………………………………. 14
مقاومتهای وابسته به ولتاژ ………………………………………………………………………………………. 15
مقاومتهای وابسته به حرارت …………………………………………………………………………………. 16
مقاومتهای تابع میدان مغناطیسی ………………………………………………………………………… 17
4- کاربردهای مقاومت ……………………………………………………………………………………………………… 18
4-1- محدود کردن جریان ……………………………………………………………………………………………. 18
4-2- تقسیم ولتاژ ………………………………………………………………………………………………………….. 18
4-3- شبکههای مقاومت، خازن، سلف ………………………………………………………………………….. 20
5- خواندن مقدار مقاومت از روی کد رنگی ………………………………………………………………….. 20
6- توان مقاومتها …………………………………………………………………………………………………………….. 22
7- به هم بستن مقاومتها ……………………………………………………………………………………………….. 24
7 -1- ترکیب مقاومت ها به صورت سری ………………………………………………………………………. 25
7-2- ترکیب مقاومت ها به صورت موازی ………………………………………………………………………. 25
7-3- ترکیب مقاومتها به صورت سری و موازی ………………………………………………………….. 26
8- خرابی مقاومت متغیر ………………………………………………………………………………………………….. 27
9- تست مقاومتها …………………………………………………………………………………………………………… 27
9-1- تست با مولتی متر دیجیتال …………………………………………………………………………………. 27
9-2- تست با مولتی متر آنالوگ (عقربهای) ………………………………………………………………….. 28
9-3- تست پتانسیومتر …………………………………………………………………………………………………… 29
9-4- تست ولوم ……………………………………………………………………………………………………………… 30
9-5- تست مقاومت وابسته به نور …………………………………………………………………………………. 30
9-6- تست مقاومت وابسته به ولتاژ ……………………………………………………………………………….. 30
9-7- تست مقاومت وابسته به حرارت ……………………………………………………………………………. 30
9-8- تست مقاومت تابع میدان مغناطیسی ……………………………………………………………………. 31
10- عوامل موثر بر مقاومت ……………………………………………………………………………………………….. 31
11- اثر دما بر مقاومت ………………………………………………………………………………………………………… 31
12- منابع ………………………………………………………………………………………………………………………….. 33
مقدمه
مقاومت، ساده ترین و در عین حال یکی از متداول ترین و ضروری ترین قطعات الکترونیک است که شما تقریباً در هر مداری می توانید نمونه های آن را ببینید. مقاومت ها در شکل ها و اندازه های متفاوتی ساخته می شوند. مقاومت ها یکی از عناصر پایه مداری در علم الکترونیک هستند و نقش اصلی آنها مقاومت در برابر عبور جریان است. یکای اندازهگیری آن به پاس خدمات علمی "گئورگ زیمون اهم"، "اهم" نامیده شدهاست که آنرا با (Ω) نمایش میدهیم. (امگا Ω از حروف یونانی میباشد).
مقاومت ها از نظر شکل پایه ها می توانند از نوع SMD (قطعات نصب سطحی) یا Through-Hole (پایه دار) باشند. مقاومت یا رزیستور نام یکی از قطعات الکترونیکی دوپایه و کنش پذیر (مصرف کننده انرژی) است که به عنوان یکی از اجزای منفرد مدارهای الکترونیکی، مقاومت الکتریکی مورد نیاز را ایجاد و اعمال می کند. در این مدارها از مقاومت برای کم کردن جریان، تنظیم سطح سیگنال ها، تقسیم ولتاژ، یا موارد بسیار دیگری استفاده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور می کند اختلاف ولتاژی بر اساس قانون اهم بین پایه های آن ایجاد می شود.
مقاومت ها که اجزای بسیار متداولی را در شبکه های الکتریکی و مدارهای الکترونیکی تشکیل می دهند، در تجهیزات الکترونیکی با حضوری که در همه جا دارند بسیار کاربردی هستند. مقاومت های کاربردی متداول می توانند از ترکیبات و در اندازه و قیافه های متفاوت و همچنین به صورت سیم مقاومتی (سیمی که از جنس آلیاژی بامقاومت حرارتی بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت ها در داخل تراشه ها هم به کار رفته اند. به ویژه در دستگاه های آنالوگ، که مقاومت ها می توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی یک پارچه شوند.
کارکرد الکتریکی یک قطعه مقاومت کننده با مقدار مقاومتی که در یک مدار ایجاد می کند مشخص می شود. مقاومت های عادی و تجاری تا بیش از نه مرتبه بزرگی ساخته می شوند. (مقاومت های 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 مقاومت ها درنظر گرفته شده است، که مطابق با کاربرد ویژه مورد نیاز آن انتخاب می شود.
ضریب دمایی میزان مقاومت هم ممکن است در برخی از برنامه های کاربردی دقیق در نظر گرفته شود. مقاومت های کاربردی همچنین از دیدگاه میزان ماکزیمم توان آن مشخص می شوند تا از استفاده بیش از حد توان پیش بینی شده که سبب گرم شدن مقاومت و اتلاف انرژی و نهایتاً می تواند باعث از کار افتادن (سوختن) آن شود جلوگیری شود.
که این یک نگرانی عمده در طراحی و برنامه های کاربردی الکترونیکی است. مقاومت های 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 می توان مقاومت را در آن به کار گرفت در نظر گرفته شود.
مقاومت های کاربردی یک القاوری سری و یک ظرفیت خازنی موازی کوچک دارند. این خصوصیات می تواند 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 خانواده خاصی از مقاومت های تولید شده جهت استفاده در یک فناوری خاص اختصاص می یابند. خانواده ای از مقاومت های مجزا هم طبق فاکتور فرمش، که اندازه دستگاه و موقعیت رساناها (یا هر دو) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می گیرد، به وجود آمده است.
* قانون اهم
شدت جریانی که از یک مقاومت عبور می کند، رابطه مستقیمی با ولتاژ دو سر آن مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم این گونه نمایش داده می شود:
R = V/I
در این معادله؛
1. R: مقدار مقاومت الکتریکی قطعه مقاوم در یکای اهم.
2. V: اختلاف پتانسیل دو سر قطعه مقاوم در یکای ولت.
3. I: جریان الکتریکی عبوری از همان شیء 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 می شود و این نسبت درمقاومت های معمولی که با اندازه های مقدار مقاومتشان مشخص شده اند، می تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود. مقدار مقاومت در حقیقت معکوس رسانایی ( G ) است. ( 1/R G = )
* طبقهبندی مقاومتها
مقاومتها را میتوان بر اساس کاربرد و نوع ماده تشکیل دهنده طبقهبندی نمود، در ابتدا مقاومتها به دو دسته کلی مقاومتهای ثابت ( Fixed Resistors ) و مقاومتهای متغیر ( Variable Resistors ) تقسیمبندی میشوند.
* مقاومتهای ثابت Fixed Resistors
مقاومتهای فیلم کربن :
مقاومتهای فیلم کربن در حقیقت پر استفادهترین و ارزانترین نوع مقاومت است که کمتر کسی است که تاکنون این نوع مقاومت را ندیده باشد. یکی از رایج ترین انواع مقاومت ها "مقاومت کربنی" نام دارد.
این نوع مقاومت ها فرم استوانه ای شکل دارند که مطابق شکل های زیر، درون محفظه ی استوانه ای شکل یک رشته از ماده ای رسانا مثل کربن به صورت مارپیچ دور یک ماده ی عایق پیچیده شدهاست. دو سر مقاومت به ۲ قطعه رسانا کلاهی شکل دارای پایه متصل میگردد که پایههای قطعه را تشکیل میدهد تا بتوان قطعه را بر روی برد لحیم نمود و لایه بیرونی از جنس رنگ یا پلاستیک آن را از محیط بیرون عایق می کند و سپس کدهای رنگی بر روی آن درج میشود.
توجه کنید که هرچه دورهای ماده ی رسانا بیشتر باشد مقاومت بیشتری ایجاد می شود. این مقاومتها اغلب دارای تلرانس ±۵ % هستند و معمولاً در توانهای ۱/۸ وات ، ۱/۴ وات و ۱/۲ وات در بازار یافت میشوند.
ساختار داخلی مقاومت کربنی
مقاومتهای فیلم فلز :
مقاومتهای فیلم فلز ( Metal Film Resistor ) از نظر شکل ساختمان، مانند مقاومتهای فیلم کربن هستند با این تفاوت که به جای فیلم کربن از فیلم فلز استفاده میشود. این نوع مقاومتها زمانی مورد استفاده قرار میگیرند که دقت بیشتری نیاز داشته باشیم. نیکل کروم یا نیکروم ( Ni-Cr ) معمولاً به عنوان ماده اصلی در ساخت فیلم فلز ( Metal Film ) مورد استفاده قرار میگیرد.
مقاومتهای فیلم فلز با دقتهای ۲% ، ۱% و ۰٫۵ % در بازار موجود هستند. این مقاومتها دارای نویز کمی هستند و تاثیر دما بر روی آنها کم است و برای مدت زیادی با دقت بالا قابل استفاده هستند.
مقاومتهای سیمی :
مقاومتهای Wire Wound یا مقاومتهای سیمی یکی از انواع مقاومتهای الکترونیکی هستند که با استفاده از سیمهای فلزی دارای مقاومت ساخته میشوند. به علت اینکه مقدار مقاومت این مقاومتها، به طول سیم پیچیده شده بستگی دارد، با این روش میتوان مقاومتهایی با مقادیر دقیق ساخت. مقاومتهای وات بالا ( High-Wattage ) را میتوان با پیچیدن سیمهای ضخیم ساخت. این نوع از مقاومتها را نمیتوان در مدارهای فرکانس بالا استفاده نمود، زیرا در صورت استفاده، در فرکانسهای بالا، سیم پیچیده شده خاصیت سلفی پیدا خواهد نمود و باعث ایجاد اختلال در عملکرد مدار خواهد شد.
مقاومت آجری یا سرامیکی :
مقاومت آجری نیز یکی از انواع مقاومتهای سیمی است که مقاومت سیمی در داخل یک کاور سرامیکی قرار میگیرد و زیر این کاورهای سرامیکی با نوع خاصی از سیمان پر میشود. این مقاومتها از ۱ وات تا دهها وات در بازار موجود هستند. نکتهی حائز اهمیت در مورد این مقاومتها اینست که این نوع مقاومت در هنگام کار میتواند تا حد زیادی گرم و یا داغ شود و در هنگام طراحی مدار باید محل مناسبی برای نصب این مقاومتها در نظر گرفت.
مقاومت آجری. نوعی مقاومت با توان بالا
مقاومت آرایهای یا شبکهای :
مقاومت آرایهای در حقیقت شامل مجموعهای از مقاومتها است که در داخل یک پکیج قرار گرفتهاند. علت این کار کاهش مصرف فضای مورد نیاز است. در قسمت سمت چپ شکل زیر ساختمان داخلی مقاومت آرایهای به خوبی مشخص گردیده است. معمولاً در اکثر مقاومتهای آرایهای پایه اول (در شکل زیر با علامت دایره مشخص شدهاست)، پایه مشترک تمام مقاومت ها است، از این نوع مقاومتها میتوان به سادگی برای پول آپ کردن یا پوش داون کردن ورودی و خروجیهای منطقی بهره جست. همچنین در مدارهایی که نیاز به محدود کردن جریان تعدادی LED دارید میتوانید از این مقاومتها استفاده نمایید.
در اغلب مقاومتهای آرایهای یا شبکهای، اولین پایه، پایه مشترک و سایر پایهها هر یک، یک مقاومت است، اما نوع دیگری از این مقاومتها تحت عنوان مقاومتهای آرایهای ۴S وجود دارد که هر ۲ پایه تشکیل یک مقاومت مجزا را میدهند و بر خلاف نوع معرفی شده دارای پایه مشترک نیستند.
مقاومت آرایه ای. چندین مقاومت در یک پکیچ قرار دارند.
* مقاومتهای متغیر Variable Resistors
پتانسیومتر ( Potentiometer ) :
پتانسیومتر نوعی مقاومت است که بر خلاف مقاومتهای رایج، دارای ۳ پایه است. ساختمان یک پتانسیومتر به این صورت است که دو ترمینال در طرفین وجود دارد که در شکل پایین A و B نامگذاری شدهاند، بین این دو ترمینال یک المان دارای مقاومت مشخص وجود دارد که مقاومت آن برابر با مقدار درج شده روی پتانسیومتر است و مادامی که پتانسیومتر سالم باشد، این مقدار ثابت خواهد ماند (زمانی که شما یک پتانسیومتر ۱۰ کیلو خریداری مینمایید، در حقیقت مقاومت بین این دو پایه تقریبا ۱۰ کیلو اهم خواهد بود).
پایه سوم که بین دو پایه دیگر قرار دارد و در شکل بالا W نامگذاری شدهاست، دارای یک کنتاکت لغزنده است که بر روی المان مقاومتی که ترمینال های A و B را به هم وصل کردهاست میلغزد. با تغییر مکان کنتاکت متحرک، مقاومت پایه W نسبت به پایه A و پایه B تغییر مینماید.
پتانسیومترها از نظر کاربرد دارای انواع مختلفی هستند. نوعی از پتانسیومترها برای استفاده کاربر در مدار قرار داده میشوند، مانند پتانسیومتر ولوم رادیو (قطعهای که در ایران به نام ولوم میشناسند) و برخی برای استفاده سازندگان و تعمیرکاران است مانند برخی پتانسیومترهایی که بر روی برد مدار چاپی و در داخل جعبه قرار گرفتهاست و یکبار توسط سازنده تنظیم میشود و از آن پس نباید مقدار آن تغییر کند.
اغلب پتانسیومترها دارای زاویه چرخش تقریبی ۳۰۰ درجه هستند اما نوعی از پتانسیومترها که برای دقت بیشتر به کار میروند مولتی ترن نامیده میشوند. مولتی ترنها دارای زاویه چرخشی بیش از یک دور هستند که با توجه به مدل مولتی ترن بین ۲ دور الی دهها دور متغیر است.
پتانسیومترها از نظر شکل نیز انواع مختلفی مانند پتانسیومتر ایستاده، خوابیده، تریمر دارند اما وجه تشابه همگی نحوهی عملکرد آنهاست. برخی از پتانسیومترها نیز ممکن است دوبل باشند به این معنی که به جای ۳ پایه دارای ۶ پایه باشند. در اینگونه پتانسیومترها در حقیقت دو پتانسیومتر مجزا با یک محور مشترک در یک پکیج قرار گرفتهاند و دلیل استفاده از این پتانسیومترها، تغییر همزمان دو پتانسیومتر است مانند کم و زیاد کردن صدا در سیستمهای استریو ( دو کانال ).
همیشه یه یاد داشته باشید که اگر پایه ی متحرک، کاملاً به یکی از پایه ها برسد مقاومت بین آن پایه و پایه ی 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 می کنم برای طراحی مدارهای دارای پتانسیومتر برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار، یک مقاومت مناسب با آن سری کنید.
پتانسیومتر
انواع مقاومت متغیر
* پتانسیومتر ایستاده از بغل تغییر میکند.
* پتانسیومتر خوابیده از بالا تغییر میکند با پیچ گوشتی.
یک نوع پتانسیومتر به نام پتانسیومتر چندچرخشی یا دقیق داریم که معمولاً از 3 تا 40 دور ساخته میشود.
مقاومت متغیر دو کاربرد اساسی دارد:
1- تغییر دهنده ولتاژ
2- تغییر دهنده جریان
ولوم:
جنس این مقاومتها معمولاً از کربن بوده به صورتی که یک صفحهی کربنی در داخل محفظه وجود دارد که یک لغزنده روی آن حرکت میکند. با حرکت لغزنده روی آن مقاومتهای مختلف ایجاد میشود. ولومها را بر حسب اهم آنها اتخاب میکنند. ولومها از نظر ظاهری و کارایی مدلهای مختلف دارند، مانند ولوم پیچی، ولوم کلیدی، ولوم چند طبقه، ولوم بی دسته (پتانسیومتر)، ولوم کشویی و …
ولوم پیچی که معمولاً پر کاربردترین ولوم است در تلویزون و رادیوهای قدیمی که به صورت دستی بودند استفاده میشد. ولوم کلیدی در رادیوهای کوچک بسیار دیده میشود که علاوه بر کم و زیاد کردن صدای رادیو وظیفه روشن و خاموش کردن آن را برعهده دارد. ولوم چند طبقه همان چند ولوم ولی با یک محور کنترل است. ولوم بی دسته معمولاً در درون دستگاهها و وسایل قرار میگیرد و تنظیم آن به عهده سازنده آن یا تعمیرکار است و از دسترس کاربر خارج است. ولوم کشویی مانند ولوم معمولی است ولی به صورت کشیده و خطی ساخته شدهاست و معمولاً در اکولایزرها استفاده میشود.
مقاومت متغیر (ولوم)
* مقاومتهای وابسته
مقاومتهای وابسته، نوعی مقاومت متغیر هستند که همانند مقاومتهای معمولی دارای ۲ پایه هستند، اما مقاومت آنها معمولاً با توجه به یکی از پارامترهای محیطی مانند دما، رطوبت، نور، مغناطیس، ولتاژ و … تغییر میکند.
مقاومت وابسته به نور ( Light Dependent Resistor ) یا LDR :
این مقاومتها دارای ۲ صفحه فلزی جدا از هم هستند که بین این دو صفحه رسانا، یک خط نازک از جنس کادمیوم سولفید وجود دارد، با تابش نور به این ماده، مقاومت بین دو صفحه رسانا کم میشود به گونهای که در فضاهای تاریک مقاومت این قطعه معمولاً چند صد برابر مقاومت آن در فضاهای پر نور است. از این مقاومت در ساخت فوتوسلها یا به عنوان سنسور نور در برخی دستگاهها استفاده میشود.
چند کاربرد این قطعه :
1. در ربات نوریاب
2. صفحات دنبال کنندهی نور
3. روشن و خاموش کردن خودکار لامپهای خیابانها
وریستور یا مقاومت وابسته به ولتاژ ( Voltage Dependent Resistor ) یا VDR:
وریستور یک نوع مقاومت حساس به ولتاژ است. ولتاژ و مقدار مقاومت در وریستور با هم رابطهی عکس دارند. بدین صورت که با افزایش ولتاژ دو سر قطعه، مقاومت آن کاهش مییابد. البته رفتار این قطعه خطی نیست و در قسمتهایی از نمودار در حالی که ولتاژ افزایش پیدا میکند، جریان ثابت باقی خواهد ماند. وریستور فاقد پلاریته است و میتوان از آن در مدارهای AC نیز استفاده نمود. از وریستور برای محافظت از مدار در برابر اور ولتاژهای (Over Voltage) زودگذر ناخواسته استفاده میشود. یکی از اور ولتاژهای زودگذر، تخلیه الکتریسیتهی ساکن است.
وریستور میتواند به خوبی جریانهای گذرا ( Transient ) را از خود عبور دهد بی آنکه خود دچار آسیبی شود. وریستورها دارای ولتاژهای فعالسازی ( Triger ) متفاوت هستند و انتخاب وریستور با ولتاژ تریگر مناسب، میتواند مدار ما را در برابر برخی ولتاژهای ناخواسته محافظت نماید. از وریستور در برق قدرت و پستهای نیروگاهی نیز برای حفاظت شبکه استفاده میکنند.
مقاومت وابسته به حرارت یا ترمیستور Thermistor :
ترمیستور نیز نوعی مقاومت وابسته است که مقدار مقاومت آن با توجه به تغییرات دما، تغییر میکند. ترمیستورها دارای دو نوع PTC و NTC هستند.
* PTC به معنی ضریب دمای مثبت ( Positive Temperature Coefficient ) میباشد و به معنی اینست که مقاومت این قطعه با افزایش دما ، افزایش مییابد.
* NTC بر خلاف PTC دارای ضریب دمای منفی (Negative Temperature Coefficient) میباشد، در این المان با افزایش دما، مقاومت NTC کاهش مییابد.
در جدول زیر رابطه مقاومت بر حسب دما را به صورت تقریبی مشاهده مینمایید.
مقاومت تابع میدان مغناطیسی Magnetic Dependen Resistor (MDR):
به مقاومتهایی گفته میشود که به سبب اثر میدان مغناطیسی بر آنها مقدار اهمشان تغییر میکند. در ساخت آن از نیمه هادی هایی استفاده شده که دارای ضریب حرارتی منفی هستند. به همین دلیل در صورت افزایش دما مقدار مقاومت آنها کاهش مییابد. به این مقاومتها MDR میگویند.
* کاربردهای مقاومت
مقاومت ها به عنوان یکی از اساسی ترین قطعات الکترونیکی کاربردهای بسیار زیادی در دنیای الکترونیک دارند که در ادامه به چند مورد از رایج ترین کاربردهای آن اشاره می کنیم.
* محدود کردن جریان
استفاده از مقاومت در مدارهای الکترونیک می تواند جریان را محدود کند. طبق قانون اهم اگر ولتاژ دو سر یک رسانا ثابت باشد می توانیم با تغییرات مقدار مقاومت مسیر، جریان را تحت کنترل درآوریم.
* تقسیم ولتاژ
با استفاده از مقاومت می توانیم سطح ولتاژ را برای قسمتی از مدار کاهش دهیم. فرض کنید که از یک باطری 5V برای تغذیه یک مدار استفاده می کنیم ولی یک قسمتی از مدار به ولتاژ کمتری احتیاج دارد. در این شرایط مقاومت می تواند ولتاژ پایین تری که مورد نیاز می باشد را تامین کند.
مثالی از کاربرد مقاومت به عنوان تقسیمکننده ی 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 کرده ایم که با توجه به معادلات زیر مقدار مقاومت ها تعیین کننده ی ولتاژ مورد نیاز ما هستند.
چون مقاومت ها به صورت سری قرار گرفته اند معادل کل آن ها را محاسبه می کنیم:
سپس جریان عبوری از دو مقاومت را محاسبه می کنیم (به یاد داریم که طبق نکات قبلی جریان عبوری از مقاومت های سری یکسان است):
برای به دست آوردن ولتاژ V1 که طبق رابطه زیر برابر با ولتاژ دو سر مقاومت R2 است از قانون اهم استفاده می کنیم:
* شبکه های مقاومت، خازن، سلف
مقاومت ها می توانند با سایر قطعات پایه ی الکتریکی تشکیل شبکه های خاصی بدهند که در مصارف مخابراتی و ابزارهای اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرند.
* خواندن مقدار مقاومت از روی کد رنگی
شاید از خود پرسیده باشید رنگهایی که بر روی مقاومت حک شده چه کاربردی دارد؟!
شما می توانید مقدار مقاومت و خطای این مقدار را از کدهای رنگی که روی مقاومت بخوانید. اکثر مقاومت های موجود دارای 4 نوار رنگی هستند که 3 نوار اول نشانگر مقدار مقاومت و نوار آخری نشان دهنده ی 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 می کند. رنگ نوار آخر نیز میزان خطا یا اصطلاحاً تلرانس(Tolerance) مقاومت را نشان می دهند. با یک مثال متوجه ساده بودن این مبحث خواهید شد.
فرض کنید می خواهیم مقدار مقاومت اولی 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:
لازم است بدانید مقادیر مقاومتها استاندارد مشخصی دارند که شکل زیر این مقادیر استاندارد برای تلرانسهای مختلف را بیان میکند. به عنوان مثال طبق این استاندارد مقاومتی به مقدار 230 اهم برای هیچ تلرانسی وجود ندارد.
* توان مقاومت ها
در یک مقاومت ایدهآل مقدار مقاومت همواره ثابت است، اما در دنیای واقعی مقدار مقاومتها با توجه به دما و میزان جریان عبوری ممکن است دچار تغییراتی شود، همین امر باعث میشود تا پارامتری به نام توان برای مقاومت مطرح شود که با واحد وات ( W ) اندازه گیری میشود. در حقیقت توان نامی ( nominal power rating ) باید همواره بیش از حداکثر توان مورد نیاز مقاومت تعیین شود، که توان حداکثر را با استفاده از رابطه
P_max= R * 〖I_max〗^2محاسبه نمود.
عملکرد مقاومت در برابر جریان، عملکردی مثل ترمز در اتومبیل است و همانند اصطکاک مکانیکی که در اثر ترمز بوجود میآید، مقاومت نیز جریان را مهار می کند و در اثر اصطکاک الکتریکی انرژی جریان را کاهش می دهد، این انرژی به صورت گرما در مقاومت تلف می شود. توان نامی یک مقاومت عبارت است از بیشینه توانی که مقاومت می تواند تلف کند. این بدان معنی است که اگر توان تلف شده بیشتر از این مقدار باشد در اثر حرارت مقاومت سوخته و از کار میافتد.
بر خلاف مقدار مقاومت و تلرانس، توان را دیگر از شکل ظاهری نمی توان 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 پیادهسازی انجام دهید.
لازم است بدانید توان نامی مقاومت، توانی است که مقاومت به طور لحظه ای میتواند 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:
به عنوان مثال فرض کنید می خواهیم جریان عبوری از دیود نور افشان در مدار زیر به 30mA محدود شود و مقاومت R1 آسیب نبیند.
توان مصرفی در R1 را محاسبه می کنیم. پیش تر گفتیم که توان مصرفی حاصلضرب ولتاژ دو سر مقاومت در جریان عبوری از آن است، با صرف نظر از افت ولتاژ در دیود داریم:
توان مقاومت مورد استفاده ی ما باید از 0.36W بیشتر باشد تا آسیبی نبیند. به این منظور از مقاومت های استاندارد 0.5W میتوان استفاده کرد.
* به هم بستن مقاومت ها
گاهی اوقات ما نیازمند آن هستیم که با ترکیب مقاومت ها به صورت سری یا موازی مدار مورد نظرمان را پیاده کنیم. گاهی اوقات نیز طراحی مدارهای پیچیده ما را مجبور به محاسبه ی مقاومت معادل یک شبکه ی مقاومتی می کند.
* ترکیب مقاومت ها به صورت سری
مدار زیر را در نظر بگیرید. در این مدار سه مقاومت به صورت سری به هم متصل شده اند. در این صورت میتوان این سه مقاومت را معادل با یک مقاومت در نظر گرفت که مقدار این مقاومت مساوی با جمع مقادیر این سه مقاومت است.
در مقاومتهای سری این را به یاد داشته باشید که جریان عبوری از همه مقاومتها برابر است. ولی ولتاژ دو سر آنها متناسب با مقدار مقاومت تقسیم می شود. یعنی هرچقدر مقدار مقاومت بیشتر باشد سهم ولتاژ بیشتری دارد.
* ترکیب مقاومت ها به صورت موازی
مدار زیر نمونه ای از ترکیب موازی مقاومت ها است. در این صورت برای محاسبه ی مقاومت معادل مطابق روابط زیر عمل می کنیم:
در مقاومت های موازی این را به یاد داشته باشید که ولتاژ دو سر همه ی مقاومت ها برابر است ولی جریانی که از هر یک عبور می کند متناسب با عکس مقدار مقاومت تقسیم می شود. یعنی هرچقدر مقدار مقاومت بیشتر باشد به همان نسبت جریان کمتری از خود عبور می دهد.
* ترکیب مقاومتها به صورت سری و موازی
یک شبکه مقاومت که ترکیبی از اتصالات سری و موازی است میتواند به قسمتهای کوچکتری که یا موازی و یا سری هستند شکسته شود. برای مثال،
* خرابی مقاومت متغیر
به علت در تماس بودن سطح ماده مقاوم با هوا و فشار بازوی متحرک بر سطح مقاومت خرابی مقاومتهای متغیر زیاد است. در بعضی موارد با تمیز کردن آن بوسیله الکل و یا مواد شستشوی مخصوص میتوان اشکال را برطرف کرد.
اگر هنگام چرخاندن خش خش کرد روی کربن مقاومت خاک وجود دارد و کثیف شده است، برای تمیز کردن آن میتوان از الکل صنعتی یا اسیدی استفاده کرد.
* تست مقاومت ها
* تست با مولتی متر دیجیتال:
در این روش در حالیکه مولتیمتر را در مد تست مقاومت میگذاریم، دو ترمینال مولتیمتر را به ابتدا به هم اتصال میدهیم تا سیمهای ترمینال و خطای مولتیمتر را کنترل نمائیم. سپس دو پایه ترمینال را به دو سر مقاومت وصل نموده و مقدار اهم نشان داده شده را قرائت میکنیم.
در صورتی که این مقدار با اندازه مقاومت که از روی رمز رنگها و یا از روی نوشته روی مقاومت قابل تشخیص است مقایسه میکنیم. اگر این دو عدد به هم نزدیک بودند، با توجه به خطای مقاومت میگوییم که مقاومت سالم است.
* تست با مولتی متر آنالوگ (عقربه ای):
در این روش نیز باید مولتیمتر را در رنجهای تستکننده مقاومت بگذاریم. البته تعیین این رنج بستگی به مقدار مقاومت ما دارد، اگر مقاومت ما کوچکتر از 100 اهم است، مولتیمتر را در رنج Rx1 و اگر از 100 اهم بزرگتر و کوچکتر از 10 کیلو اهم است، در رنج Rx100 و در صورتی که بزرگتر از 10 کیلو و کوچکتر از 100 کیلو در رنج Rx1k و در صورتی که بزرگتر از 100 کیلو باشد، مولتیمتر را در رنج Rx10k قرار داده و مقاومت را تست میکنیم. در این مرحله نیز باید میزان اهم قرائت شده با اندازه واقعی مقاومت خیلی نزدیک باشد و فقط در حد خطای آن تلرانس قابل قبول است.
* تست مقاومتهای متغیر:
الف) تست پتانسیومتر
برای تست پتانسیومتر به کمک مولتیمتر آنالوگ، ابتدا رنج مناسب انتخاب و سپس پایه وسط پتانسیومتر را نسبت به دو پایه دیگر اهم چک میکنیم. طبیعی است که سر لغزنده وسط در هر کجا باشد، عددی قرائت میشود و نیز میدانیم مجموع هر دو عددی که از جمع اعداد قرائت شده هر دو پایه طرفین بدست میآید، برابر مقدار اهم کل پتانسیومتر میباشد.
حال برای اطمینان از عمل کرد پتانسیومتر در حین تغییر اهم نیز میتوانیم یک از پایههای کناری را نسبت به پایه وسط در حالی اهم چک نمائیم که پتانسیومتر را میچرخانیم، در هر حالت باید تغییرات اهم را مشاهده کنیم، اگر در نقطهای تغییرات اهم ناجوری (کم و زیاد شدن غیر طبیعی) مشاهده شود، پتانسیومتر مشکل دارد و خلاصه لازم است که تغییرات یکنواخت و بدون قطع شدن باشد.
ب) تست ولوم
میدانیم که ولوم نیز نوعی مقاومت متغیر میباشد. پس مانند پتانسیومتر تست میشود.
ج) تست مقاومت وابسته به نور LDR:
میدانیم این نوع مقاومت در مقابل تغییرات نور پاسخ میدهد. پس در حالیکه دو پایه آن را به ترمینالهای مولتیمتر وصل نمودهایم، در رنج Rx1k بهتر است در جلو نور مقاومت آن را قرائت نموده و سپس با ایجاد سایه تغییر مقاومت آن را مشاهده کنیم. با پاسخ در مقابل تغییرات نور سالم بودن آن مشخص میشود.
د) تست مقاومت وابسته به ولتاژ VDR:
میدانیم که VDR نوعی مقاومت ویژه یا مخصوص است که با افزایش ولتاژ اهم آن کاهش مییابد. پس معمولاً در جایی که قصد ثابت کردن ولتاژ را دارند مانند زنر استفاده میشود. برای تست بدلیل ولتاژ بالای آن با اهممتر قابل تست نیست و در مدار و دانستن مقدار ولتاژ محل تست میشود.
ه) تست مقاومت وابسته به حرارت PTC:
میدانیم PTC نوعی مقاومت است که با افزایش حرارت، اهم آن افزایش و با کاهش حرارت، اهم آن کاهش مییابد. پس اگر در حالیکه پایههای آن را به وسیله ترمینالهای مولتیمتر گرفتهایم، با وسیلهای حرارتزا مانند هویه، سشوار و … حرارت دهیم، مقدار اهم آن زیاد شده و علامت سالم بودن آن است و عکس این عمل نیز درست است.
و) تست مقاومت تابع میدان مغناطیسی NTC:
عکس PTC عمل میکند.
* عوامل موثر بر مقاومت
تاثیر جنس، طول و مساحت سطح مقطع.
مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه به جنس و شکل ماده بستگی دارد. مثلاً برای محاسبه مقاومت یک سیم از رابطه زیر استفاده می شود:
که در آن:
1. R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
2. ρ: مقاومت مخصوص سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
3. l: درازای سیم بر حسب m
4. A: سطح مقطع سیم برحسب متر مربع (m^2)
* اثر دما بر مقاومت
افزایش دما در اجسام رسانا باعث افزیش مقاومت میشود ولی افزایش دما در اجسام نیم رسانا باعث کاهش مقاومت میگردد.
فرمولی وجود دارد که توسط آن می توان اثر دما را بر مقاومت بهتر درک کرد:
∆ρ=ρ_0*α*∆t
ρ=ρ_0*(1+α*∆t)
که در آن:
1. α: ضریب دمایی مقاومت
2. ρ_0: مقاومت مخصوص قبلی سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
3. ρ: مقاومت مخصوص جدید سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
و طبق دو فرمول بالا داریم:
∆R=R_0*α*∆T
R=R_0*(1+α*∆T)
منابع
نام کتاب: نظریه اساسی مدارها و شبکهها، جلد اول- تالیف: ارنست کوه، چارلز دسو- ترجمه: دکتر پرویز جُبه دار
http://fa.m.wikipedia.org
http://tabin.ir/articles/415/introduction-to-resistor-and-its-applications/
http://diginic.net
http://www.bme711.ir
http://robotafzar.ir
http://m.persianblog.ir
33