مقاومت الکتریکی و انواع آن

مقدمه

مقاومت ها، پایه ای ترین و پر مصرف ترین المان های مداری به شمار می آیند. نقش مقاومت های الکترونیکی در مدار بسیار حیاتی است و در این بخش به بررسی مقاومت ها و انواع آنها خواهیم پرداخت.

انواع مختلفی از مقاومت ها در دسترس مهندسان و سازندگان قطعات و تجهیزات الکترونیکی وجود دارد. از مقاومت های بسیار کوچک درون تراشه ها گرفته تا مقاومت بزرگ و حجیم در کاربردهای صنعتی . نقش اصلی مقاومت در یک مدار الکتریکی، تنظیم یا تعیین مقدار جریان الکترون (جریان الکتریکی) می باشد. این کار بر اساس استفاده از انواع مختلف مواد در ساختار مقاومت انجام میشود. مقاومت ها همچنین در ترکیب های مختلف با آرایش های سری و موازی در شبکه های مقاومتی به عنوان مدارات افت ولتاژ، مقسم یا تقسیم کننده ولتاژ و محدود کننده جریان استفاده می شوند.

مقاومت به عنوان یک عنصر پسیو

به دلیل اینکه هیچ منبع تولید توان یا تقویت کنندگی در مقاومت ها وجود ندارد، مقاومت ها جز عناصر پسیو یا غیر فعال به شمار می آیند. حتی موجب کاهش ولتاژ و یا جریان عبوری از مدار میشوند. کاهش ولتاژ و جریان و به عبارت کلی توان به صورت تبدیل توان الکتریکی به حرارت انجام میشود.

اختلاف پتانسیل بین دو سر مقاومت برای عبور جریان از مقاومت لازم است. این اختلاف پتانسیل مقدار توان تلفاتی را مشخص میکند. در مدارات DC اختلاف پتانسیل که به افت ولتاژ روی مقاومت ها هم شناخته میشود، با اندازه گیری ولتاژ دو سر مقاومت بدست می آید و با ضرب آن در جریان عبوری از مقاومت توان تلفاتی مقاومت حاصل می شود. اکثر انواع مقاومت ها عناصر خطی هستند که با عبور جریان از آنها ولتاژی روی دو سر آنها با توجه به قانون اهم ایجاد میشود. طبق این قانون مقادیر مختلف مقاومت باعث افت ولتاژ مشخصی روی مقاومت میشود. این ویژگی مقاومت ها در مدارات الکترونیکی بسیار کاربرد دارد و برای کنترل ولتاژ و جریان و همچنین تبدیل ولتاژ به جریان و برعکس استفاده میشود.

نماد مداری مقاومت

مقاومت ها انواع بسیار متنوعی دارند و با توجه به ویژگی های خاص و دقت های مختلف در اشکال مختلفی ساخته میشوند. تنوع بالا باعث استفاده های مختلفی از مقاومتها با توجه به میزان ثبات محدوده ولتاژی و جریانی مدارات می شود. برخی از ویژگی و پارامترهای مقاومت ها عبارتند از : ضریب دمایی، ولتاژ و جریان کاری، نویز، پاسخ فرکانسی و توان (با توجه به محدوده دمایی و اندازه و قابلیت اطمینان). در تمامی مدارات الکتریکی و الکترونیکی بیشترین عنصر و نماد الکتریکی مقاومت است که به صورت زیگ زاگی یا باکس مستطیلی به صورت شکل زیر نمایش داده میشود. مقدار مقاومت هم بر حسب اهم می باشد که با ۰۰۰ نمایش داده میشود. اندازه مقاومت ها بازه بسیار وسیعی از کمتر ۱ اهم تا چندین میلیون اهم می باشد. مقاومت های ثابت تنها یک مقدار ثابت به عنوان مثال ۱۰۰۰ اهم دارند اما مقاومت های متغیر (پتانسیومتر) می توانند مقداری از صفر تا مقدار خود داشته باشند.

انواع مقاومت

نماد شماتیکی مقاومت به طور کلی و همانطور که اشاره شد به دو صورت زیگ زاگی یا جعبه ای مستطیلی شکل با دو پایه که در دو طرف آن قرار میگیرد می باشد. تمام مقاومت های ثابت به طور کلی در چهار گروه کلی زیر طبقه بندی می شوند.

مقاومت های  کربنی:

ساخته شده از گرد کربن یا خمیر گرافیت عموما کم توان هستند.

مقاومت های فیلم یا سرمت cermet:

از اکسید فلز ساخته میشوند و ولتاژ کاری پایینی دارند.

مقاومت های سیمی:

دارای بدنه فلزی برای خنک کنندگی و توان بسیار بالا هستند.

مقاومت نیمه هادی:

فرکانس های بالا و فن آوری فیلم نازک با کیفیت بالا

انواع مختلفی از مقاومت های ثابت و متغیر در گروه بندی ذکر شده در سبک های گوناگون ساخت وجود دارند که ویژگی های، مزایا و معایب خاص خود را دارند. بررسی انواع مختلف مقاومت ها بسیار زمان گیر است و در اینجا تنها به انواع رایجتر آنها خواهیم پرداخت.

مقاومت کربنی

مقاومت های کربنی رایج ترین نوع مقاومت ها هستند. قیمت پایین این نوع باعث استفاده زیاد در مدارات شده است. مقدار مقاومت ها از مخلوط کربن رقیق شده یا گرافیت با سرامیک غیر رسانا (رس) حاصل میشود. نسبت ترکیب گرد کربن با سرامیک (رسانا با غیر رسانا) مقدار مقاومت را تعیین میکند. به این ترتیب که نسبت بالاتر کربن مقاومت پایین تر به عبارت دیگر رسانش بالاتر به همراه خواهد داشت. شکل این مقاومت به صورت استوانه ای است که دو اتصال فلزی در دو سر خود برای قرار گرفتن روی مدارات چاپی یا برقراری ارتباط دارد. همچنین پوشش لاکی و نوارهای رنگی روی بدنه مقاومت وجود دارد که از این نوارهای رنگی برای مشخص کردن مقدار مقاومت استفاده میشود.

مقاومت های کربنی جز مقاومتهای توان پایین و متوسط به شمار می آیند. این نوع مقاومت ها دارای القای مغناطیسی پایین هستند و در کاربردهای با فرکانس بالا کاربرد دارند. با این حال معایبی همچون نویز و عدم پایداری در شرایط گوناگون دمایی دارند.

عموما مقاومت های کربنی را با نماد CR (Carbon Resistor) نمایش میدهند به عنوان مثال CR10K که عدد نیز بیانگر مقدار مقاومت است. مقاومت های کربنی در سه بسته بندی E6، E12 و E24 در دسترس هستند که به ترتیب دارای ضریب خطا یا تلرانس ۲۰+-%، ۱۰+-% و ۵+-% هستند. توان های رایج این سری از مقاومت ها از ¼ وات یا ۰٫۲۵ وات تا بیشتر از ۵ وات می باشد. دقت پایین این مقاومت باعث شده در کاربردهای با دقت بالا کمتر استفاده شوند. با این حال مقاومت های با دقت بالا وجود دارند که در ادامه به آنها میپردازیم.

مقاومت فیلم کربن

عبارت مقاومت فیلم شامل فیلم فلز، فیلم کربن و اکسید فلز است. این نوع مقاومت شامل لایه ای نازک از فلزات مانند نیکل یا اکسید فلزات مانند اکسید قلع است که روی بستر سرامیکی عایق ساخته میشوند. مقدار مقاومت با افزایش ضخامت لایه مذکور افزایش میابد. با توجه به ضخامت فیلم یا لایه موردنظر دو دسته بندی مقاومت لایه نازک و مقاومت لایه ضخیم هم رایج است. پس از مرحله لایه نشانی به کمک لیزر شیارهای مارپیچی روی نوار یا لایه ایجاد میکنند. برش فیلم به کمک لیزر باعث افزایش هدایت میشود. این روش ساخت امکان ساخت مقاومت های با تلرانس یا درصد خطای کمتر از ۱ درصد را فراهم میکند. این مقدار در مقایسه با مقاومت های کربنی بسیار مناسب است. ضریب خطای مقاومت ها از نسبت مقدار نامی مقاومت و مقدار واقعی مقاومت حاصل میشود و به عنوان مثال مقاومت ۱۰۰ اهمی در عمل شاید مقداری به اندازه ۱۰۳٫۶ داشته باشد که در این صورت خطای آن ۳٫۶% می باشد. در ترانزیستور فیلم این مقدار میتواند بسیار پایین تر و حتی مقداری زیر یک درصد داشته باشد که امکان استفاده از این نوع در کاربردهای دقیق را فراهم میکند.

مقاومت فیلم فلزی

مقاومت های فیلم فلزی دارای پایداری حرارتی بالاتری نسبت به مقامت های کربنی هستند. این موضوع باعث کاهش نویز میشود و در کاربردهای فرکانس بالا یا فرکانس رادیوی مناسب تر است. مقاومت های فیلم اکسید فلزی در مقایسه با فیلم فلزی سازگاری بهتری با جریانهای بالا دارند و در ضمن نرخ حرارتی بالاتری دارند.

نوع دیگر از مقاومت های فیلم که با مقاومت های فیلم ضخیم هم شناخته میشوند، دارای لایه ضخیم تری از خمیر سرامیک و فلز به نام CERMET (CERamic METal) روی بستر آلومینیومی هستند. مقاومت های سرمت دارای خصوصیات مشابه مقاومت فیلم فلز هستند و عموما در ساخت مقاومتهای سطحی یا SMD ، شبکه های چند مقاومتی در یک پکیج در مدارات چاپی PCB و فرکانس های بالا استفاده میشوند. مقامت سرمت پایداری حرارتی بالا، نویز پایین و نرخ ولتاژی بالا دارند ولی در برابر جریان های لحظه ای بالا ضعیف هستند.

مقاومت های فیلم فلزی با علامت MFR (Metal Film Resistor) نمایش داده میشوند و به عنوان مثال MRF100K بیان گر مقاومتی با مقدار ۱۰۰ کیلو اهم از نوع فیلم فلزی است این درحالی است که مقاومت فیلم کربنی را با علامت CF نمایش میدهند. مقاومت های فیلم در استانداردهای E24 (تلرانس ۵-+%، ۲-+%) و E96 (تلرانس ۱-+% ) و E192 (تلرانس -+۵%، ۰٫۲۵+-% و ۱+-% )در بازه توانی ۰٫۰۵ وات تا ½ وات در دسترس هستند. به طور کلی از مقاومت های فیلم در کاربردهای کم توان استفاده میشود.

مقاومت سیمی

نوع دیگری از مقاومت، مقاومت های سیمی یا WIREROUD می باشد که با پیچیدن سیمی از آلیاژ فلز (NICHROME) به دور سرامیک به صورت مارپیچ حاصل میشود. این نوع مقاومت ها عموما مقادیر پایین در حد ۰٫۰۱ تا ۱۰۰ کیلو اهم دارند. مقدار مقاومت با افزایش تعداد دور سیم پیچ افزایش مییابد و در مدارات اندازه گیری و پل واتسون کاربرد دارد.

از آنجایی که مقاومت در یک بسته آلومینیومی بزرگ تعبیه شده است به این نوع مقاومت ها مقاومتهای تعبیه شده روی شاسی یا CHASIS MOUNTED نیز گفته میشود و در کاربردهای توان بالا بسیار کاربرد دارد. بدنه فلزی این مقاومت ها به عنوان هیت سینک استفاده میشود و نقش خنک کنندگی دارند.

نوع دیگر مقاومت سیمی مقاومت سیمی توان است که قابلیت راه اندازی در دمای بالا را دارند. این نوع مقاومت سیم عموما در محفظه ای شیشه ای یا لعابی ساخته میشوند که در بانک های مقاومتی، کنترل و مدارات ترمز موتورهای DC و سروو استفاده میشوند.

پوششی از میکا به دور سیم های موجود در ساختار این مقاومتها وجود دارد که از گرم شدن بیشتر انها جلوگیری میکند. مقاومت های سیمی در انواع مختلف توانی در دسترس هستند. به دلیل ساختار مارپیچی، این نوع مقاومت ها علاوه بر خاصیت مقاومتی، خاصیت سلفی یا خودالقایی دارند و در فرکانس های بالا امکان ایجاد اختلاال در سیگنالها را وجود دارد. این خاصیت در مقاومتهای بالاتر بیشتر میشود.

 مقاومت های سیمی را با نماد WH و W (به عنوان مثال WH10) نمایش میدهند که در پکیج های آلومینیومی (تلرانس ۱+-%، ۲+-%،۵+-% و ۱۰+- ) و شیشه ای (با تلرانس ۱+-%، ۲+-% و ۵+-%) در بازه توانی بین ۱ وات تا ۳۰۰ وات و حتی بیشتر وجود دارد.

خلاصه

انواع مختلف مقاومت از نظر نحوه ساخت، قیمت، درصد خطا و توان وجود دارد. مقاومت برای کنترل و تنظیم جریان در مدار و حتی برای کاهش و کنترل ولتاژ استفاده میشود. مقدار مقاومت بر حسب اهم بیان میشود که با نماد ۰۰ نمایش داده میشود. مقاومت میتواند مقداری در حدود کمتر از یک تا چند میلیون اهم داشته باشد. از نظر نوع مقاومت ها به دو نوع ثابت و متغیر بیان میشود.

مقاومت ها مقداری ثابت دارند که این مقدار با تغییر فرکانس نیز ثابت هست به عبارت دیگر مقدار مقاومت مستقل از فرکانس است و از طرف دیگر مقاومت همیشه مقداری مثبت خواهد داشت و در عمل مقاومت منفی وجود ندارد. مقاومت ها در بیشتر مدارات الکترونیکی وجود دارند و جز پر مصرف ترین عناصر الکترونیکی به شمار می آیند.

از مقاومت ها به عنوان محدود کننده جریان و ولتاژ در مدارات نیمه هادی استفاده میشود. یکی دیگر از کاربردهای مهم مقاومت تنظیم یا محدود کردن پاسخ فرکانس در مدارات فیلتر صدا و صوت است. در مدارات دیجیتال از مقاومت به عنوان بالاکش و یا پایین کش ورودی تراشه های منطقی استفاده میشود.  

دیجی قطعه / وبلاگ

درباره نویسنده: mohammad

مطالب زیر را حتما بخوانید

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *