چرا از مقاومت استفاده می کنیم

مقاومت‌ها یکی از مهم‌ترین قطعات بردهای الکترونیکی هستند و انواع مختلفی دارند و هر کدام در مدارهای خاصی کاربرد دارند و با توجه به ویژگی‌های خاص خود عملکرد خاصی دارند. در این یادداشت قصد داریم به مقاومت، انواع، کاربردها و نحوه عملکرد آن بپردازیم، پس تا انتها با ما همراه باشید.

مقدمه ای بر شناخت آن؛ آشنایی با مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی مفهومی است که در کنار رسانایی معنی دارد و انتقال الکتریسیته از نقطه ای به نقطه دیگر را مد نظر قرار می دهد. اصولاً یک جریان الکتریکی که جریان الکترون ها در یک جهت معین است منجر به ایجاد دو کمیت در هر مدار می شود. اختلاف پتانسیل (ولتاژ) و مقاومت الکتریکی. به خاطر داشته باشید که صحیح ترین بیان قانون اهم این است که ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سر سیم منجر به ایجاد جریان الکتریکی و مقاومت الکتریکی می شود. قانون اهم دقیقاً رابطه بین جریان الکتریکی، مقاومت و ولتاژ را تعریف می کند. شکل قانون اهم مطابق تصویر زیر است.

این معادله که یکی از اشکال قانون اهم است نشان می دهد که در ازای ایجاد اختلاف پتانسیل (ولتاژ با علامت V) در دو سر سیم (مدار)، مقاومت الکتریکی (R) و جریان الکتریکی. (I) ارزش ها اساسا ایجاد می شوند.

با در نظر گرفتن یک ولتاژ ثابت، بدیهی است که با کاهش مقدار مقاومت، مقدار بار الکتریکی افزایش می یابد. با توجه به شکل قانون اهم، واضح ترین نتیجه ای که می توان گرفت این است که با کاهش و افزایش مقدار مقاومت (R) مقدار جریان الکتریکی تغییر خواهد کرد.

حتما بخوانید: مدار کنترل و برق چیست؟

مقاومت چیست و چگونه کار می کند؟

به عبارت ساده، بخشی است که برای کاهش مقدار جریان الکتریکی در نظر گرفته شده است. این قطعه با مقاومت الکتریکی معین، طبق قانون اهم که در قسمت قبل بررسی شد، در ادامه مدار، مقدار جریان الکتریکی مناسبی را مطابق میل اپراتور تامین می کند. البته این فقط یک تعریف کلی و ساده از این قطعه است. در تعاریف علمی، قطعه مقاومت به عنوان یک قطعه الکتریکی غیرفعال برای ایجاد مقداری مقاومت الکتریکی در برابر جریان ارائه می شود.

اساساً این قسمت با استفاده از ساختار شیمیایی و آرایش مولکولی برخی مواد (معمولاً کربن) بخشی از جریان الکتریکی را به گرما تبدیل می کند و اجازه عبور نمی دهد. به خاطر داشته باشید که مقدار در این مورد بسیار مهم است. قدرت مقاومت مجاز این مقدار ظرفیت قطعه شما را برای حمل جریان الکتریکی تعیین می کند.

کمیت اندازه گیری مقاومت چیست؟

دقت کنید، نام قانونی که در قسمت های قبل به طور ضمنی توضیح دادیم مهم است و از همین نام به عنوان کمیت برای اندازه گیری سطح مقاومت استفاده می شود. به عنوان مثال، یک مقاومت با 4 کیلو اهم و دیگری با 15 کیلو اهم معرفی شده است. این عدد اعلام شده بر روی قطعه اساساً همان توانایی اسب بخار را نشان می دهد. موضوعی که در قسمت قبل در مورد آن صحبت کردیم.

مقاومت برای چیست؟

لازم به ذکر است که در واقعیت کاربرد این قطعه بسیار گسترده تر از تصور است. پس می توان گفت تقریباً پرکاربردترین قسمت از انواع بردها و مدارهاست. به موازات این کاربر بزرگ، محدود کردن آن به چند برنامه خاص و اختصاصی واقعاً آسان نیست. به عبارت دیگر، برای هزاران هدف استفاده می شود، اما معمولاً یکی از موارد زیر دستور روز است.

محدودیت و تنظیم جریان الکتریکی عبوری از مدار

ولتاژ را تقسیم کرده و در قسمت های مختلف مدار با توجه به نیاز سایر قسمت ها تنظیم کنید

تولید گرما

تنظیم بهره الکتریکی یا همان (Gain)

تنظیم ثابت زمانی مدار در زمان های مختلف

انواع مقاومت ها

انواع مختلف این سکه به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.

حلقه های رنگی روی بدنه مقاومت ثابت مقاومت الکتریکی قطعه را به ما می گوید

1. مقاومت های ثابت. پرکاربردترین کلاس مقاومت

کاربرد این نوع مقاومت ها نسبت به انواع دیگر بسیار گسترده تر و گسترده تر است. از آنها برای تنظیم شرایط مناسب در مدارهای الکترونیکی استفاده می شود. به خاطر داشته باشید که مقدار مقاومت این دسته با توجه به ساختاری که سازنده برای آنها در نظر گرفته است از قبل تعیین و ثابت می شود. یعنی پس از قرار دادن مدار، مقاومت ثابتی ایجاد می کند و امکان تغییر مقاومت آنها وجود ندارد.

انواع مختلف مقاومت ثابت

مقاومت در برابر ترکیب کربن

استحکام فیلم کربن

مقاومت فیلم اکسید فلز

مقاومت فیلم فلزی

مقاومت های سیم پیچ

مقاومت سطحی

2. مقاومت متغیر

مقاومت متغیر یکی از انواع دیگر مقاومت است. این نوع مقاومت از انواع مختلفی تشکیل شده و کاربرد متفاوتی با مقاومت ثابت دارد.

تفاوت مقاومت ثابت و متغیر چیست؟

در پاسخ به اینکه تفاوت این نوع مقاومت در چیست، باید گفت که پاسخ در نام آن نهفته است. در حالی که مقاومت ثابت قابلیت تغییر میزان مقاومت را ندارد و پس از قرار گرفتن در مدار همان مقدار ثابت را در اختیار کاربر قرار می دهد، این نوع مقاومت ها چنین وضعیتی را ندارند.

مقاومت متغیر شامل یک جزء مقاومت ثابت و یک قسمت کشویی است که مستقیماً به جزء دیگر مقاومت اصلی متصل است. به عبارت دیگر، ما سه اتصال مقاومت متغیر را می بینیم. دو اتصال ثابت که در کناره های مقاومت قرار دارند و یک مقاومت متحرک که بنا به انتخاب کاربر جابجا شده و با بخش دیگری از قطعه اصلی تماس پیدا می کند.

راز این نوع مقاومت چیست؟ اصلاح دستی سطح مقاومت داخلی در مسیر جریان جریان. البته به خاطر داشته باشید که برخی از انواع مقاومت های متغیر به صورت دستی و تحت نظارت کاربر تغییر مقاومت می دهند. برخی دیگر بسته به شرایط محیطی مانند نور، گرما یا فشار مقاومت خود را تغییر می دهند.

برخی از انواع مختلف مقاومت متغیر

مقاومت متغیر نوری (فتوریستور)

مقاومت متغیر یا حساس به دما (ترمیستور)

مقاومت وابسته به ولتاژ (واریستور)

مقاومت حجمی (دستی)

در این مقاله به معرفی مقاومت، کاربردها و اجزای آن پرداخته ایم. اگر به بردهای الکترونیکی علاقه دارید و می خواهید کار با این قطعه را به صورت حرفه ای یاد بگیرید، توصیه می کنیم در آموزش تعمیر برد الکترونیک آموزشکده فنی ثبت نام کنید.

۴۷۰۶ بازدید

آخرین به‌روزرسانی:
۲۰ اردیبهشت ۱۴۰۲

زمان مطالعه:
۷ دقیقه

در این مقاله به بررسی عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی می پردازیم. برای درک بهتر این مشکل ابتدا به طور اجمالی به مقاومت و رسانایی می پردازیم، سپس به عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی می پردازیم و با حل چند مثال به بررسی دقیق تری می پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته

مقاومت چیست؟

برای بررسی عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی لازم است به طور مختصر مقاومت توضیح داده شود. مقاومت یک ماده خاصیتی است که جریان الکترون ها را محدود می کند. چهار عامل موثر بر مقاومت الکتریکی وجود دارد که عبارتند از:

دما

طول سیم

بخش سیم

ماهیت ماده

هنگامی که در یک ماده رسانا جریان دارد، الکترون‌های آزاد در ماده حرکت می‌کنند و در این حرکت گاهی با اتم‌ها برخورد می‌کنند. این برخوردها باعث می شود که الکترون ها بخشی از انرژی خود را از دست بدهند و در نتیجه حرکت خود را محدود کنند. این حدود متفاوت است و با توجه به نوع مواد تعیین می شود. این خاصیت ماده ای که جریان الکترون ها را محدود می کند مقاومت نامیده می شود.

تصویر ۱: قانون اهم و رابطه مقاومت، جریان و ولتاژ

در هر ماده ای که مقاومت دارد جریانی وجود دارد. گرما از برخورد الکترون ها و اتم ها تولید می شود. بنابراین هنگامی که جریانی از سیم یا قطعه ای از ماده عبور می کند که معمولاً مقاومت بسیار کمی دارد، گرم می شود.

تصویر ۲: در این شکل افراد زیادی می‌خواهند از یک راهروی باریک عبور کنند، به دلیل کمبود فضا با هم برخورد می‌کنند و دیواره‌های راهرو امکان حرکت آزادانه افراد را نمی‌دهند. مقاومت الکتریکی نیز از حرکت آزادانه الکترون‌ها جلوگیری می‌کند.

واحد مقاومت چیست؟

در ادامه بررسی عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی، اولین سوالی که باید پاسخ داده شود این است که واحد مقاومت چیست؟

مقاومت در فیزیک با نماد $$R$$ نشان داده می شود و واحد آن اهم است. این واحد در مسائل با حرف یونانی Omega ($$Omega$$) نشان داده می شود.

اگر یک آمپر جریان در ماده وجود داشته باشد، وقتی ولتاژ یک ولت به ماده اعمال شود، یک اهم مقاومت در ماده وجود خواهد داشت.

رسانایی چیست؟

راکتانس مقاومت رسانایی است که به آن $$G$$ نشان داده می شود. این معیاری برای سهولت جریان در مواد است. در واقع رابطه بین رسانایی و مقاومت به شرح زیر است:

$$G=frac{1}{R}$$

واحد هدایت زیمنس است که به اختصار $$S$$ می باشد. برای مثال، رسانایی جسمی که مقاومت آن $22KOmega$$ است برابر با $$G=frac{1}{22KOmega}=45.5\mu S$$ است. گاهی اوقات واحد قدیمی $$mho$$ برای هدایت الکتریکی استفاده می شود. بعد رسانایی برابر است با $$[S]=[Omega^{-1}]=[frac{A}{V}]$$.

عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی

برای بررسی عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی ابتدا باید روشن شود که با افزایش دما مقاومت کاهش می یابد. ترمیستور یک مقاومت وابسته به دما است و با افزایش دما مقاومت آن کاهش می یابد. ترمیستور در مدارهایی که تغییرات دما محسوس است استفاده می شود. مقاومت به چهار عامل بستگی دارد.

طول مواد (L)

سطح مقطع مواد (A)

نوع مواد

ماهیت مواد

مقاومت یک سیم به مقطع سیم، طول سیم و ماهیت مواد سیم بستگی دارد. سیم های ضخیم مقاومت کمتری نسبت به سیم های نازک دارند. سیم های بلندتر نسبت به سیم های کوتاه تر مقاومت بیشتری دارند. سیم مسی مقاومت کمتری نسبت به سیم فولادی نازک با همان اندازه و طول دارد. مقاومت الکتریکی در یک دمای معین و برای یک ماده خاص نیز به دما بستگی دارد.

طول سیم چگونه بر مقاومت تأثیر می گذارد؟

از دیگر عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی می توان گفت که مقاومت $$R$$ یک سیم با طول سیم نسبت مستقیم دارد، در واقع داریم:

$$Rpropto L$$

یعنی اگر طول سیم را دو برابر کنیم مقاومت آن نیز دو برابر می شود و اگر طول آن نصف شود مقاومت آن نیز نصف می شود.

رابطه بین مقاومت و سطح سیم

مقاومت $$R$$ یک سیم متناسب با سطح مقطع سیم $$A$$ است و داریم:

$$Rpropto frac{1}{A}$$

این بدان معنی است که یک سیم ضخیم مقاومت کمتری نسبت به سیم نازک دارد. بنابراین، از ترکیب معادلات فوق، داریم:

$$Rpropto frac{L}{A}$$

رابطه مقاومت و جنسیت

مقاومت با طول سیم و سطح مقطع با یک ثابت متناسب است و داریم:

$$R=frac{rho L}{A}$$

به این ترتیب رابطه مقاومت با طول سیم، سطح مقطع و ثابت تناسب به دست می آید. در این رابطه، $$rho$$ ثابت تناسب است که مقاومت خاص نامیده می شود و مقدار آن به ماهیت هادی بستگی دارد، یعنی مس، آهن، قلع و پول هر کدام دارای مقادیر $$ rho$$ هستند. از معادله بالا داریم:

$$rho=frac{R A}{L}$$

اگر سطح مقطع سیم $1m^{2}$$ و طول سیم $1m$$ باشد، داریم:

$$rho=R$$

در واقع می توان نشان داد که ثابت تناسب همان مقاومت است و به همین دلیل است که $$rho$$ را مقاومت ویژه اجسام می نامیم.

تصویر ۳: انواع مقاومت‌های الکتریکی برای ایجاد مقاومت در مدار الکتریکی

مقاومت خاص چیست؟

مقاومت یک جسم یک متر مکعبی برابر با مقاومت ویژه آن است. واحد $$rho$$ اهم متر یا $$Omega m$$ است. مقدار مقاومت ویژه برخی از فلزات در جدول زیر آورده شده است:

فلز 
مقاومت ویژه ($$10^{-8} Omega m$$)

نقره
$$1.7$$

مس
$$1.69$$

آلومینیوم
$$2.75$$

تنگستن
$$5.25$$

پلاتین
$$10.6$$

آهن
$$9.8$$

کروم
$$100$$

گرافیت
$$3500$$

مواد رسانا چیست؟

ماده یا جسمی که رسانای گرما، الکتریسیته، نور یا صدا باشد، هادی نامیده می شود. سیم های فلزی رسانای خوبی برای الکتریسیته هستند و مقاومت کمتری در برابر جریان الکتریکی دارند. چرا فلزات الکتریسیته را هدایت می کنند؟

فلزاتی مانند نقره و مس دارای الکترون‌های آزاد زیادی هستند که به اتم‌های موجود در ماده متصل هستند. الکترون های آزاد به طور تصادفی در تمام جهات در داخل فلزات حرکت می کنند و زمانی که میدان خارجی به آنها اعمال شود، این الکترون های آزاد به راحتی می توانند در یک جهت خاص حرکت کنند. حرکت الکترون های آزاد در جهت خاصی تحت تاثیر میدان الکتریکی خارجی باعث ایجاد جریان الکتریکی در سیم های فلزی می شود.

مقاومت چگونه با دما افزایش می یابد؟

مقاومت الکتریکی هادی ها کم است و با افزایش دما مقاومت آنها افزایش می یابد. با افزایش دما، تعداد برخورد الکترون ها و اتم ها افزایش می یابد و به دلیل افزایش تعداد برخورد الکترون ها و اتم های فلز، مقاومت افزایش می یابد. طلا، نقره، مس، آلومینیوم و سایر فلزات نمونه های خوبی از هادی ها هستند. زمین همچنین هادی بسیار خوب و عالی است.

هادی یا عایق چیست؟

ماده ای که به راحتی انرژی مانند جریان الکتریکی یا گرما را انتقال نمی دهد، عایق نامیده می شود. چرا یک عایق یا یک نارسانا جریان الکتریکی را هدایت می کند؟

همه مواد حاوی الکترون هستند. الکترون ها در یک نارسانا، مانند لاستیک، نمی توانند آزادانه حرکت کنند. آنها پیوند بسیار قوی با اتم ماده خود دارند. بنابراین، جریان نمی تواند به راحتی از طریق یک عایق عبور کند، زیرا آنها الکترون آزاد برای حمل جریان ندارند. هادی ها مقاومت بسیار بالایی دارند. شیشه، چوب، پلاستیک، ابریشم و غیره. نمونه هایی از مواد با مقاومت بالا هستند. برای درک بهتر مطالب این قسمت با حل چند مثال به پایان آن می پردازیم.

نمونه هایی از عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی

مثال 1: قطر سیم مسی مورد استفاده در مدار 2$$mm$$ است. اگر مقاومت ویژه مس $1.7times10^{-8}Omegam$$ باشد، مقاومت 50$$$ سانتی متر این سیم چقدر است؟

پاسخ : طول کابل 50$$$ سانتی متر یا $0.5$$$ متر است. اگر در مورد تبدیل واحد سوالی دارید، قبل از ادامه مطالعه این مقاله، حتما نگاهی به مقاله واحدها بیندازید. قطر سیم مسی $20$$$ میلی متر است و با استفاده از رابطه مساحت دایره داریم:

$$A=pi (frac{r}{2})^{2}=pitimes (0.001)^{2}$$

بنابراین، مقاومت سیم برابر است با:

$$R=frac{1.7 times 10^{-8} times 50 times 10^ { – 2 }}{pitimes (0.001)^{2}}=0.0027Omega$$

مثال 2: دو سیم دایره ای شکل A و B طول یکسانی دارند و از یک ماده ساخته شده اند. با این حال، مقاومت سیم $$A$$ چهار برابر سیم $$B$$ است. قطر سیم $$B$$ $$A$$ چقدر است؟

پاسخ :

$$D_{B}=2D_{A}$$

اگر مقاومت سیم A چهار برابر مقاومت سیم B باشد، باید سطح مقطع آن کمتر از B باشد زیرا مقاومت و سطح مقطع با یکدیگر نسبت عکس دارند. در واقع سطح مقطع A باید یک چهارم سطح مقطع B باشد. از آنجایی که سطح مقطع دایره ای با $$pitimes R^{ داده می شود. 2}$$، شعاع سیم A باید نصف شعاع سیم B باشد و به عبارت دیگر قطر سیم B دو برابر سیم A باشد.

مثال 3: مدارهای خانه اغلب با دو عرض سیم مختلف بسته می شوند. سیم گیج 12 و 14. قطر سیم گیج 12 $$frac{1}{12}$$ اینچ است، در حالی که قطر سیم گیج 14 $$frac{1}{14}$$ اینچ است. بنابراین عرض نخ سایز 12 از نخ سایز 14 بیشتر است.

جریان 20 آمپری که برای پریزهای دیواری استفاده می شود با سیم گیج 12 و جریان 15 آمپری برای سیستم روشنایی و یک مدار فن با سیم گیج 14 سیم کشی می شود، فیزیک این مورد را توضیح دهید.

تصویر ۴: دو نوع سیم رایج در سیم‌کشی خانه‌ها

پاسخ : سیم سایز 12 پهن تر از سیم 14 است و به همین دلیل مقاومت کمتری دارد. مقاومت کمتر سیم گیج 12 به این معنی است که می تواند شارژ را سریعتر جریان دهد، به این معنی که جریان بیشتری را ارائه می دهد. بنابراین از سیم گیج 12 در مدارهایی که توسط فیوزهای 20 آمپری و قطع کننده های مدار محافظت می شوند استفاده می شود. از طرف دیگر، سیم نازک تر 14 به دلیل مقاومت بالاتر می تواند جریان کمتری را حمل کند و بنابراین در مدارهایی که توسط فیوزهای 15 آمپر و قطع کننده های مدار 15 آمپر محافظت می شوند، استفاده می شود.

مثال 4: بر اساس اطلاعات ارائه شده در سوال بالا، خطر استفاده از سیم گیج 14 برای تغذیه اره برقی 16 آمپر در مدار را توضیح دهید.

پاسخ : سیم گیج 12 پهن تر از سیم گیج 14 است و بنابراین مقاومت کمتری دارد. مقاومت کمتر سیم گیج 12 به این معنی است که می تواند شارژ را سریعتر حرکت دهد و جریان بیشتری را منتقل کند. بنابراین، سیم سایز 12 می تواند با اطمینان بیشتری از ایمنی مدار با دستگاهی با جریان حداکثر 20 آمپر محافظت کند. در واقع مداری با جریان 20 آمپر توسط فیوز یا قطع کننده مدار تا جریان الکتریکی 20 آمپر محافظت می شود و زمانی که جریان به 20 آمپر و بیشتر برسد این حفاظت از بین می رود. اگر از سیم 14 گیج در همان مدار استفاده شود، کلید برق جریان 20 آمپری را از خود عبور می دهد، اما در اثر عبور این جریان، سیم بیش از حد گرم می شود و خطر آتش سوزی ایجاد می کند. مدار 20 آمپر هرگز نباید با سیم گیج 14 سیم کشی شود.

مثال 5: برای تعیین مقاومت سیم مسی 12 گیج به طول 1.6 کیلومتر.

پاسخ : برای استفاده از رابطه مقاومت یعنی $$frac{rho L}{A}$$، باید واحد مایل را به متر برای طول تبدیل کنیم و واحد اینچ را به متر برای سیم تبدیل کنیم. قطر همانطور که می دانیم 1 مایل برابر با 1609 متر است. همچنین قطر سیم 12 برابر با $$frac{1}{12}$$ اینچ و هر اینچ $0.025$$$ متر است. بنابراین، قطر سیم 12 برابر با $2.08 برابر 10^{-3}$$ است. با استفاده از رابطه سطح دایره ای، داریم:

$$A=pi R^{2}=pitimes (frac{2.08times 10^{-3}}{2})^{2}
$$rightarrow A=3.519times 10 ^ {-6}m^{2}$$

اکنون مقطع به دست آمده را با توجه به مقاومت الکتریکی قرار می دهیم. توجه داشته باشید که مقاومت ویژه سیم مسی $$rho=1.7times 10^{-8}$$ است و داریم:

$$R=frac{(1.7times 10^{-8})times 1609}{3.519times 10^{-6}}$
$$rightarrow R=7.8 Omega$$

نتیجه

در این مقاله به مقاومت، واحد مقاومت، عوامل موثر بر مقاومت الکتریکی و مقاومت ویژه اجسام مختلف پرداخته ایم. در نهایت با حل چند مثال کاربردی سعی کردیم مفاهیم این مبحث را به خوبی در ذهن خواننده توضیح دهیم.

منابع:

PhysicsClassroom
PhysicsAbout

سارا داستان (+)

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

مطالب مرتبط

برچسب‌ها

به احتمال زیاد اولین خرید قطعه الکترونیکی که ممکن است با آن روبرو شوید، یک مقاومت مروارید شکل کوچک با یک نوار رنگی است. مقاومت ها ساده ترین قطعات الکترونیکی هستند و در بسیاری از موارد به اصطلاح سفیران دنیای الکترونیک هستند. طراحی مدار بدون استفاده از مقاومت تقریبا غیرممکن است. در این مقاله خواهیم دید که مقاومت ها دقیقاً چه هستند و در مدار الکترونیکی چه کاری باید انجام دهند. ما همچنین انواع مقاومت هایی را که می توانید در مدارهای خود استفاده کنید، پوشش خواهیم داد.

مقاومت چیست؟

از نقطه نظر ریاضی، مقاومت ساده ترین اجرای قانون اهم است.

این قانون بیان می کند که جریان در یک ماده با ولتاژ اعمال شده به آن ماده نسبت مستقیم دارد و «ثابت تناسب» مقاومت ماده در دمای ثابت است.

به عبارت دیگر،

V=I*R

این فرمول کلاسیکی است که همه ما می دانیم، که در آن V ولتاژ (ولت)، I جریان (آمپر)، و R مقاومت است.

واحد مقاومت اهم است که در فرمول بالا به آن آشکارساز گفته می شود. از آنجایی که اهم (برای تغییر!) مقدار کمی است، مقاومت ها در صدها اهم، هزاران اهم (کیلو اهم، KΩ) یا میلیون ها اهم (مگا اهم، MΩ) اندازه گیری می شوند.

مقاومت مشابه اصطکاک است. اصطکاک (اگر دوره فیزیک را گذرانده باشید) مقاومت در برابر حرکت است. به طور مشابه، مقاومت توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر جریان الکتریکی است. در بخش بعدی، نحوه انجام این کار را خواهیم آموخت.

مقاومت چگونه کار می کند؟

همه ما روزهای مدرسه خود را صرف صحبت در مورد هادی ها و عایق ها کرده ایم. ما می دانیم که هادی چیست. چیزی که اجازه می دهد الکتریسیته به راحتی از آن عبور کند. عایق دقیقا برعکس است – چیزی که اجازه نمی دهد جریان از آن عبور کند.

این ویژگی ها نتیجه مستقیم مقاومت هستند. هادی ها مقاومت کمی در برابر جریان الکتریکی دارند در حالی که عایق ها مقاومت بالایی در برابر جریان الکتریکی دارند.

اگر روی یک رشته در مقیاس اتمی زوم کنیم، می بینیم که این رشته از اتم های ریز تشکیل شده است.

نمای اتمی یک نخ

هنگامی که الکترون ها از سیم عبور می کنند، برخی از آنها از قسمت های خالی سیم عبور می کنند، اما برخی از آنها به یک اتم برخورد کرده و به عقب باز می گردند. گاهی اوقات الکترون ها با یکدیگر برخورد می کنند. این باعث می شود که جریان الکترون ها تا حدودی غیر یکنواخت و مسدود شود – این مقاومت است.

این همچنین به این معنی است که مقاومت به خواص خود ماده بستگی دارد. زیرا برهمکنش الکترون ها با اتم ها به اندازه و آرایش اتم ها بستگی دارد.

برخی از ضرایب دما صحبت می کنند. اگرچه این ممکن است کمی خیالی به نظر برسد، اما ما می توانیم از مدل ساده خود برای کشف این موضوع استفاده کنیم.

ضریب دما نشان می دهد که چگونه مقاومت یک ماده با دما تغییر می کند. مقاومت هایی که دارای ضریب دمایی مثبت هستند با افزایش دما مقاومت آنها افزایش می یابد. اکنون تصور واضح تری از PTC و NTC دارید، اینطور نیست؟

طبق مدل ما، وقتی سیم را گرم می کنیم، (به صورت ترمودینامیکی) انرژی را به سیم منتقل می کنیم. این انرژی توسط اتم ها جذب می شود و آنها شروع به ارتعاش می کنند. این امر عبور الکترون ها را دشوارتر می کند.

نماد مقاومت

نماد مقاومت یک زیگزاگ ساده است. در برخی از کشورها مردم ترجیح می دهند از نماد جعبه استفاده کنند، اما هر دو نماد در جامعه الکترونیک پذیرفته شده است.

مجموعه دوم نمادها، مقاومت‌ها یا مقاومت‌های متغیر هستند، مقاومت‌هایی که مقاومت آنها می‌تواند در یک محدوده مشخص تغییر کند.

نمادهای مقاومت مشترک

مدار مقاومت ساده و فرمول های اساسی

قبل از اینکه جلوتر برویم، ایده خوبی است که از یک مدار مقاومتی بسیار ساده عبور کنیم تا بدانیم با چه چیزی روبرو هستیم.

موارد زیر را در نظر بگیرید – شما یک LED سبز رنگ با حداکثر جریان 20 میلی آمپر دارید و یک باتری 9 ولتی برای روشن کردن آن می خواهید.

اتصال LED به طور مستقیم به باتری ممکن است ایده خوبی به نظر برسد، اما به محض اینکه سیم های LED پایانه های باتری را لمس کردند … بوم! LED به صورت لحظه ای روشن می شود. اگر خوش شانس باشید، LED با فلاش خاموش می شود. اگر خیلی خوش شانس نباشید، در نهایت با سخت افزارهای LED دمیده شده مواجه خواهید شد.

آنچه در اینجا اتفاق افتاد یک مورد ساده از عبور جریان بیش از حد است. هنگامی که برای اولین بار LED را به باتری وصل می کنید، شروع به غرق شدن می کند. این بیش از 20 میلی آمپر مورد نیاز بود، بنابراین LED آن را به عنوان گرما از بین می برد. با گرم شدن LED، مقاومت آن کاهش می یابد (ضریب دمایی منفی!) و این باعث می شود جریان بیشتری از آن عبور کند و این چرخه تا زمانی ادامه می یابد که نیمه هادی دیگر نتواند در مقابل گرما مقاومت کند و منفجر شود.

اگر یک مقاومت وصل کنیم چه؟ از قانون اهم می دانیم که V = IR، اگر این معادله را دوباره تنظیم کنیم:

R = G/I

ما ولتاژ و جریان تغذیه مورد نیاز برای روشن کردن ایمن LED را می دانیم. ما با این مقادیر محاسبه می کنیم و مقاومت 450 Ω را بدست می آوریم. مقاومت 450 Ω یک مقدار رایج نیست. بنابراین، نزدیکترین مقدار، Ω 470، کافی است.

راه دیگری برای انجام آن وجود دارد:

می دانیم که LED سبز دارای ولتاژ کاری حدود 3.5 ولت و ولتاژ باتری 9 ولت است. بنابراین باید 5.5 ولت را روی مقاومت 20 میلی آمپر بکشیم. این منجر به مقدار Ω 275 می شود.

این مقدار کمتر از محاسبه اول است، زیرا این بار ولتاژ پیشروی LED را در نظر می گیریم.

حالا این همه انرژی کجا می رود؟ همانطور که اصطکاک باعث ایجاد گرما می شود، مقاومت نیز گرما ایجاد می کند.

با اشاره به مدل ما، برخورد الکترون ها با اتم ها باعث افزایش انرژی اتم ها و افزایش چشمگیر دما می شود.

ما آن را میدانیم:

P = V * I

با حل V یا I و جایگزینی مقادیر در معادله قانون اهم، دو معادله مفید بدست می آوریم:

P = I2 * R = V2 / R

که در آن P مصرف برق (وات)، I جریان (آمپر)، V ولتاژ (ولت) و R مقاومت (اهم) است.

البته، مقاومت باید بتواند مقدار توانی را که ما تلف می‌کنیم، تحمل کند، به این معنی که مقاومت‌ها در اشکال و اندازه‌های متفاوتی هستند.

از طریق مقاومت های سوراخ

از طریق مقاومت سوراخ

اصطلاح “Through Hole” ممکن است یک تعمیم باشد، اما اگر بخواهیم همه مقاومت ها را بر اساس شکل و اندازه دسته بندی کنیم، در نهایت به یک لیست تقریباً بی پایان خواهیم رسید.

مقاومت های از طریق سوراخ علاوه بر مقاومتشان، بر اساس قدرتشان رتبه بندی می شوند. کوچکترین مقاومت ها احتمالاً 1.8 وات هستند، به این معنی که می توانند 1.8 وات یا 125 میلی وات را از بین ببرند. در انتهای دیگر ترازو، می توانید مقاومت هایی را پیدا کنید که 100 وات تولید می کنند!

مقاومت های متغیر (پتانسیومتر)

همانطور که از نامش پیداست از مقاومت متغیر برای تغییر مقدار مقاومت در صورت نیاز استفاده می شود. انواع مختلفی از مقاومت های متغیر وجود دارد. احتمالاً در رادیوهای قدیمی مقاومت‌های دسته‌ای بزرگ برای تنظیم کانال یا کنترل صدا دیده‌اید. جدای از این، مقاومت های متغیر کوچکی به نام تریمر وجود دارد که برای تنظیم یا کالیبره کردن مدار الکترونیکی پس از تکمیل طراحی استفاده می شود.

مقاومت های SMD

SMD مخفف عبارت Surface Mounted Component است. این مقاومت ها برای لحیم کاری روی سطح PCB طراحی شده اند و بسیار کوچک هستند. آنها در اندازه های مختلف هستند که می توانند وات های مختلف را تحمل کنند.

مقاومت های SMD

اندازه های مختلف مقاومت SMD

انواع مختلف مقاومت

جدا از این که مقاومت ها در اشکال و اندازه های متفاوتی هستند، آنها را بر اساس موادی که از آن ساخته می شوند نیز طبقه بندی می کنند.

مقاومت های کربنی

ماده مقاومتی این مقاومت ها از گرد و غبار کربن یا گرافیت تشکیل شده است. از آنجایی که ترکیبات کربنی به راحتی می سوزند، این مقاومت ها فقط می توانند مقدار کمی از اتلاف نیرو را مدیریت کنند. همچنین از آنجایی که مواد پودری هستند، دقت زیادی ندارند و تحمل کمی دارند.

مقاومت فیلم کربن

مقاومت فیلم فلزی

دقیقاً همانطور که از نام آنها پیداست، ماده مقاومتی یک فیلم فلزی است. از آنجایی که فیلم فلزی را می توان در ابعاد بسیار خاص ساخت یا کالیبره کرد، می توان مقاومت را دقیقاً کنترل کرد و بنابراین این مقاومت ها بسیار دقیق هستند.

ساختار یک مقاومت فیلم فلزی

مقاومت های سیم پیچ

جنس مقاومت سیم است. از آنجایی که این سیم‌ها می‌توانند ضخامت متفاوتی داشته باشند، این مقاومت‌ها می‌توانند جریان‌های بسیار بالایی را حمل کنند و اغلب در اطراف یک سرامیک پیچیده می‌شوند.

ساختار یک مقاومت سیمی

مقاومت های نیمه هادی

این مقاومت ها در سیلیکون اجرا می شوند و جزء جدایی ناپذیر مدارهای مجتمع نیمه هادی هستند.

گروه ICPARS با همکاری توزیع کنندگان بین المللی قطعات الکترونیکی، ظرفیت واردات انواع مقاومت های عمومی و ویژه در مقیاس های عمومی و جزئی را دارد. واردات توسط مجموعه ICPARS در اسرع وقت و با بهترین قیمت انجام می شود.

برای اطلاع از قیمت، هم اکنون لیست قطعات خود را برای ما ارسال کنید.

کاربردهای مقاومت

ساده ترین ها همیشه بیشترین استفاده را دارند و مقاومت دقیقاً از این ادعا پیروی می کند.

حد نرخ:

همانطور که در بالا مشاهده شد، می توان از مقاومت ها برای محدود کردن جریان در مدار استفاده کرد.

تقسیم کننده ولتاژ:

این اجازه می دهد تا از دو مقاومت برای تقسیم ولتاژ بر اساس مقاومت آنها استفاده شود. این تصویر مورد علاقه من برای نشان دادن مردم در مورد تقسیم کننده های ولتاژ است:

این مدارها واقعا مفید هستند. فرض کنید یک منبع تغذیه 5 ولت دارید و می خواهید یک دستگاه 3.3 ولت را تغذیه کنید، می توانید از تقسیم کننده ولتاژ استفاده کنید.

نمونه ای از مدار تقسیم کننده ولتاژ

آنها همچنین اندازه گیری ولتاژهای بالا را با مقادیر کاهش یافته ممکن می سازند. این واقعیت توسط مولتی متر استفاده می شود. طرح‌های قدیمی‌تر سوئیچ‌های دوار به مقاومت‌های تقسیم‌کننده ولتاژ متصل می‌شدند که به شما امکان می‌داد مقیاسی را انتخاب کنید تا قرائت در محدوده آنالوگ متر بماند.

شانت های فعلی:

این مقاومت ها مقادیر بسیار کمی دارند که برای اندازه گیری جریان بدون تداخل زیاد در مدار مورد آزمایش استفاده می شود. مقاومت کم و قدرت بالایی دارند. در این روش، جریان مورد اندازه گیری از مقاومت عبور می کند و افت ولتاژ در دو سر مقاومت اندازه گیری می شود. هنگامی که افت ولتاژ و مقدار مقاومت را دانستیم، می توانیم از قانون اهم (V=IR) برای محاسبه مقدار جریان استفاده کنیم.

نمونه ای از مقاومت های شنت برای اندازه گیری جریان

مقاومت ها را بالا و پایین بکشید:

مقاومت های بالا و پایین کشیدن معمولاً در مدارهای دیجیتال برای تنظیم حالت پیش فرض یک پین استفاده می شوند. به عنوان مثال، یک پایه ورودی میکروکنترلر را در نظر بگیرید، زمانی که هیچ ولتاژی اعمال نمی شود یا مداری به آن متصل نیست، پایه می تواند 1 یا 0 را بخواند. به این حالت پین شناور می گویند. برای جلوگیری از این وضعیت، پین معمولاً با اتصال یک مقاومت به VCC بالا کشیده می شود یا با اتصال یک مقاومت به زمین پایین می آید. مقدار مقاومت در اینجا معمولاً 10 کیلو اهم خواهد بود.

کاربرد مقاومت های Pull Up/Down

حسگرها:

ممکن است عجیب به نظر برسد، اما اکثر سنسورهای ساده چیزی بیش از یک مقاومت متغیر نیستند. برای مثال می توان به LDR، Flex Sensor و … اشاره کرد.

به عنوان مثال LDR ها مقاومت های خاصی هستند که مقاومت آنها با توجه به میزان نوری که به آنها می تابد متفاوت است. ماده مقاومتی که به آنها این خاصیت خاص را می دهد دی سولفید کادمیوم است. آنها در مواردی مانند چراغ های شب و آشکارسازهای تاریکی استفاده می شوند.

نکاتی که در هنگام استفاده از مقاومت باید در نظر داشت

از دست دادن قدرت:

باز هم، هرگز یک سیم پیچ با قدرت کمتر از آنچه که قصد استفاده از آن را دارید انتخاب نکنید. یک قانون خوب این است که مقاومتی با حداقل دو برابر قدرت انتخاب کنید.

ضرایب دما:

هنگام کار با مقاومت هایی که در دمای بالا یا جریان زیاد استفاده می شوند، مهم است. زیرا تغییر مقاومت کاملاً چشمگیر است. دو نوع ضریب همبستگی دما وجود دارد، یکی NTC (ضریب دمایی منفی) و دیگری PTC (ضریب دمایی مثبت). برای NTC، مقاومت با افزایش دما در اطراف آن کاهش می یابد و برای PTC، مقاومت با افزایش دمای اطراف آن افزایش می یابد. این ویژگی توسط برخی از سنسورها مانند ترمیستورها برای اندازه گیری دما نیز استفاده می شود.

نتیجه

مقاومت ها، اگرچه ساده به نظر می رسند، اما کاربرد آنها بی پایان است. شما حتی می توانید مدار DAC (مبدل دیجیتال به آنالوگ) را فقط با استفاده از مقاومت ها بسازید (روش R2R). چه در یک مدار ساده با یک تقویت کننده عملیاتی یا یک مدار سوئیچینگ پیچیده، مقاومت نقش اساسی ایفا می کند. ما در این مقاله به اصول اولیه مقاومت ها پرداخته ایم و از این به بعد وقتی می خواهید عملکرد یک مقاومت را در یک مدار تجزیه و تحلیل کنید، احساس بهتری خواهید داشت. نظر شما در مورد مقاومت ها چیست؟

آی سی پارس (ICPars) واردات قطعات الکترونیکی | سفارش PCB

مراجع

https://www.koaglobal.com/product/howtouse/resistor/r_ap?sc_lang=en

https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance

https://learn.sparkfun.com/tutorials/resistors/all

https://www.electronics-tutorials.ws/resistor/res_1.html

http://www.resistorguide.com/what-is-a-resistor/