مقاومت

Resistance

تعریف مقاومت :

مقاومت یک قطعه الکتریکی پسیو دو پایه است که مقاومت الکتریکی را در مدار به وجود می آورد.

این قطعه به دلیل ساختار شیمیایی که دارد در هنگام عبور جریان الکتریکی مقداری از انرژی جریان الکتریکی را به گرما تبدیل کرده و در نتیجه جریان کاهش پیدا می کند.

نماد مقاومت :

موارد استفاده مقاومت :

کاهش جریان یا به عبارت دیگر محدود کردن و یا کنترل جریان.
تنظیم سطح ولتاژ سیگنال
استفاده در مدار تقسیم ولتاژی
بایاس قطعات فعال ( اکتیو )
استفاده در فیلتر ها
و غیره

نام گذاری مقاومت ها

سیستم های نام گذاری مختلفی برای مقاومت ها استفاده می شود که به توضیح برخی از آن ها می پردازیم :

نام گذاری RKM :

استفاده از مقاومت های کمتر از یک اهم کاربرد خاصی ندارد چون عملا در مقاومت های کمتر از یک اهم ما با یک سیم روبرو هستیم ، حتی سیم ها هم مقاومتشان گاهی بالاتر از یک اهم و شاید تا چند اهم هم نیز برسند در نتیجه با واحد های میلی و میکرو و … کاری نخواهیم داشت و در موارد خاص از یک دهم اهم یا یک صدم اهم استفاده می نماییم، در مقاومت های زیر 1000 اهم یک حرف R جلوی عدد مقاومت میگذاریم که هیچ ضریبی ندارد و فقط نشان دهنده این است که عدد نشان دهنده مقاومت است و یکای آن اهم است.

مثال :

32 = 32R

320 = 32R

3200 = 3.2K

32000 = 32K

320000 = 320K

3200000 = 3.2M

32000000 = 32M

نام گذاری بدون اعشار :

در این نام گذاری خود ضریب ( R,K,M) به عنوان اعشار استفاده می گردد که منجر به کوتاه شدن و خوانایی بیشتر عبارت می گردد.

برای نوشتن مقادیر تلورانس در سیستم نام گذاری RKM به روش جدول زیر عمل می نماییم

همچنین برای نوشتن مقادیر ضریب گرمایی مانند جدول زیر عمل می نماییم

ولتاژ و جریانی که از مقاومت می گذرد با توجه به قانون اهم از رابطه های زیر به دست می آید :

V=I*R I=V/R

خواندن مقادیر مقاومت ها

در مقاومت های DIP خواندن مقادیر با استفاده از حلقه های رنگی روی مقاومت که به هر رنگ یک عدد اختصاص داده شده است انجام می شود و به این شکل است که عدد دو رنگ اول را در کنار هم قرار داده و ضرب در 10 به توان عدد رنگ سوم می کنیم، و رنگ چهارم بیانگر تلورانس مقاومت می باشد .در مقاومت ها پنج رنگ سه عدد اول را در کنار هم قرار داده و ضرب در 10 به توان عدد چهارم می کنیم که باعث می شود مقادیر مقاومت را دقیق تر نشان دهد و عدد پنجم تلورانس را نشان می دهد.در مقاومت های شش رنگه همه چیز شبیه پنج رنگ هاست و رنگ ششم ضریب گرمایی مقاومت را نشان می دهد.مقاومت هایی که توان بالاتر از یک وات دارند به دلیل اندازه بزرگ معمولا مقدار مقاومت آن ها را به صورت عددی می نویسند.

خواندن مقدار مقاومت در مقاومت های SMD بسیار ساده تر می باشد البته فقط در پکیج های 0603 به بالا ، زیرا پکیج های کوچکتر آن قدر ریز هستند که جایی برای نوشتن اعداد نیست .در پکیج های 0603 به بالا روی مقاومت یک عدد نوشته شده است که به حالت های زیر می باشد:

1-عدد سه رقمی بدون حرف لاتین :در این حالت دو رقم اول را نوشته و ضرب در 10 به توان عدد سوم می نماییم.

2-عدد چهار رقمی بدون حرف لاتین :در این حالت نیز سه عدد اول را نوشته و ضرب در 10 به توان عدد چهارم می کنیم.

3-عدد چهار رقمی همراه با حرف R : به شرطی که R حرف آخر سمت راست نباشد به منزله اعشار می باشد و نیازی به جمع و تفریق و ضرب نیست.

4-حرف سمت راست یکی از حروف زیر باشد : که باید مقدار مربوط به آن عدد را ضرب در ضریب حرف بکار رفته بکنیم

طبقه بندی مقاومتی

آیا ما با مراجعه به فروشگاه های قطعات الکترونیکی هر مقاومتی که بخواهیم را می توانیم خریداری کنیم ؟جواب خیر است. مقاومت ها فقط با عدد های مقاومتی استانداردی در بازار موجود هستند که که استاندارد های موجود عبارت اند از :

این استاندارد ها به این صورت است که از بازه بین 1 تا 10 به تعداد عدد استاندارد (6،12،24،48،96،192)عدد انتخاب می کنند مثلا در استاندارد E6 از بازه 1 تا 10 شش عدد را انتخاب می کنند که این اعداد 1 – 1.5 – 2.2 – 3.3 – 4.7 – 6.8 هستند و تمام مقاومت ها از 0 اهم تا 100 مگا اهم ضریبی از این اعداد هستند. دلیل اینکه این اعداد با هم فاصله یکسانی ندارند این است که این اعداد لگاریتمی انتخاب می شوند و در حالت لگاریتمی این تقسیم بازه ای یکسان می باشد. استاندارد رایج استاندارد E12 می باشد. که در شکل زیر استاندارد E12 و E24 نمایش داده شده است، استاندارد E12 فقط شامل ردیف های فرد می شود.

نکته دیگر این است که هرچه عدد استاندارد بیشتر می شود تلورانس مطابق جدول زیر کاهش می یابد.

انواع مقاومت

دسته اول :مقاومت ثابت (Fixed resistors)

به تمامی مقاومت هایی که مقدار آنها ثابت می باشد مقاومت ثابت می گویند، مانند مقاومت های فیلمی ، آجری ، سیم پیچ ، و غیره . البته باید در نظر داشت که تمامی مقاومت های ثابت مقداری تلورانس دارند که موجب می شود در شرایط مختلف مقدار بسیار ناچیزی مقاومت آن ها تغییر کند.

دسته دوم :مقاومت متغیر (Variable resistor)

مقاومت متغیر به مقاومت هایی گفته می شود که مقدار آن ها به دلخواه کاربر تغییر می کند که ولوم ها ،مولتی ترن ،رئوستا و پتانسیومتر ها از این دسته می باشند.

دسته سوم :مقاومت وابسته (Dependent resistor)

این نوع مقاومت ها نیز مانند مقاومت های متغیر مقادیرشان تغییر می نماید با این تفاوت که مقادیر آنها به صورت دستی و چرخشی تغییر نمی کند بلکه هر نمونه از این مقاومت ها به یک شرایط حساس بوده و با تغییر آن شرایط مقدار مقاومت تغییر می نماید ، مانند مقاومت های دمایی که با تغییر دمای محیط مقدار مقاومت آن ها تغییر می کند و یا مقاومت های حساس به نور که با کم و زیاد شدن نور محیط تغییر می کنند و غیره .

(1)مقاومت کربنی ترکیبی Carbon composition resistors (CCR)

مقاومت های کربنی که شناخته شده ترین و پر کاربردترین نوع از مقاومت ها هستند از یک استوانه که درون آن از یک نوع ترکیب کربن استفاده شده و دو سیم که از دو سر آن خارج شده است تشکیل شده اند، بدنه آن ها عایق و معمولا از جنس پلاستیک و رزین می باشد که توسط حلقه های رنگی رنگ آمیزی شده است، این رنگ ها نشانگر میزان مقاومت ،درصد تلورانس(تفاوت مقدار مقاومت با مقدار نامی آن) و ضریب گرمایی آن مقاومت می باشند.

ترکیب مواد داخلی این مقاومت ها از کربن(گرافیت) به عنوان یک رسانا و سرامیک به عنوان نارسانا است که با کم و زیاد کردن درصد ترکیب این دو ماده می توان بازه های مقاومتی مختلفی را ساخت.

از معایب این مقاومت ها می توان به این موارد اشاره نمود :

مقدار مقاومت آن ها در ولتاژ های بالا تغییر پیدا خواهد کرد.
در صورتی که این مقاومت ها در محیط مرطوب نگهداری شوند رطوبت را به خود جذب کرده و در هنگام لحیم کاری به دلیل گرمای زیاد و تبخیر تغییرات غیر قابل برگشتی در آن ها رخ خواهد داد.
در بهترین شرایط ساخت و نگهداری باز هم این مقاومت ها نسبت به گذشت زمان پایداری نسبتا پایینی دارند و در بهترین حالت 5 درصد تلورانس خواهند داشت.
نویز پذیری و ناپایداری در دماهای بالا

از مزایای این مقاومت ها می توان به موارد زیر اشاره نمود :

توانایی در برابر تحمل اضافه بار
نداشتن خاصیت سلفی
برای توان‌‌های پایین تا متوسط استفاده می‌شود
اندوکتانس پایین و به همین دلیل برای کاربردهای فرکانس بالا بسیار مناسب است

این نوع مقاومت ها هنوز هم استفاده می شوند اما به ندرت و بیشتر در دستگاه های قدرت مانند منابع تغذیه و موتور های جوش از آن ها استفاده میگردند.

(2) مقاومت توده ای یا دیسکی ( Carbon pile )

در این نوع مقاومت ها دیسک های کربنی روی هم قرار می گیرند و توسط دو صفحه فلزی در ابتدا و انتها مهار میشوند که با کم و زیاد کردن تعداد و فشار وارده از طرف دو صفحه فلزی به دیسک ها مقدار مقاومت تغییر می کند و به عنوان یک مقاومت متغیر در توان های بالا استفاده می گردد.

(3)- مقاومت های فیلمی کربنی(( Carbon film

این مقاومت ها نیز از نوع مقاومت های CCR (کربنی ترکیبی) هستند با این تفاوت که ماده سرامیکی در وسط قرار دارد و یک لایه کربنی به دور آن پیچیده شده است که با برش هایی که روی این لایه کربنی زده می شود ، این لایه را به صورت یک رشته پیچیده شده دور ماده سرامیکی در می آورند که پهنای این رشته تعیین کننده مقدار مقاومت می باشد ، هرچه باریک تر مقاومت بیشتر و هرچه ضخیم تر مقاومت کمتر. از جمله ویژگی های این مقاومت ها نویز پذیری بسیار پایین آن ها به دلیل توزیع یکنواخت گرافیت و عدم وجود گسستگی در ساخت آن است. این مقاومت ها در پکیج هایی از توان 0.125 W تا 5 W و دمای کاری -55 تا 155 درجه سانتی گراد ساخته می شوند.

4- مقاومت های کربنی مدار چاپی(( Printed carbon resistors

این نوع مقاومت ها مانند مسیر های بورد مدار چاپی است با این تفاوت که مسیر ها در بورد مدار چاپی از جنس مس هستند ولی در اینجا از جنس گرافیت می باشند که با تغییر محل قرار گیری محل اتصال ابتدا و انتها می توان به مقاومت های مختلفی رسید ، بدیهی است که هرچه این مسیر بین دو محل اتصال زیاد باشد مقاومت بیشتر و بلعکس.

(Metal film)مقاومت فیلمی فلزی-5

این مقاومت ها نیز با همان تکنولوژی مقاومت های فیلمی ساخته شده اند با این تفاوت که فیلم فنری آن ها از نیکل کروم ( NiCr ) یا ترکیبات فلزی دیگر ساخته می شوند که این نوع مقاومت ها‌ پایداری حرارتی مناسب و نویز پایینی دارند، نتیجه این تکنولوژی کاهش ضریب گرمایی به 50 تا 100 ppm/k و همچنین تلورانس به 2% ،1% و 5/0% است. توانایی تحمل ولتاژهای بالا در مقاومت‌های فیلم فلزی، بالا است و در ولتاژ ها و دما های بالا رفتار های غیر خطی بسیار کمتری از خود نشان می دهند ، اما قابلیت تحمل جریان ضربه‌ای در آن‌ها کم است و در فرکانس های بالا خاصیت سلفی از خود نشان می دهد.

(Metal oxide film) مقاومت فیلمی اکسید فلزی-6

این مقاومت ها نیز با همان تکنولوژی و ساختار مقاومت های فیلمی کربنی و فلزی ساخته می شوند با این تفاوت که بجای استفاده از ترکیبات فلزی از ترکیبات اکسید فلزی در ساخت فیلم تابیده شده در آن ها استفاده می شود که ویژگی های شبیه به مقاومت های کربنی فلزی دارند ولی از آن ها دقیق تر و بهتر هستند و همچنین قابلیت تحمل جریان ضربه ای در آن ها افزایش یافته است و در فرکانس های بالاتری کار می کنند.

-7مقاومت سیم پیچی(Wire wound)

در ساخت این نوع مقاومت ها یک فویل معمولا از جنس نیکل کروم به دور یک هسته سرامیکی یا فایبرگلاسی پیچیده شده و با یک پوشش پلاستیکی و یا لعابی پوشیده شده است. یکی از ویژگی های مهم این مقاومت ها تحمل دماهای بالا تا 450 درجه سانتی گراد است. این مقاومت ها در ولتاژهای پایین دو سیم فلزی قلع اندود شده از آن ها خارج شده است ( شکل 1).اما در توان های بالا انتهای این مقاومت ها از جنس سرامیک است و دو پایه ضخیم از سطح استوانه ای آن خارج شده است که در اصطلاح به آن ها Cement یا مقاومت سیمانی گفته می شود(شکل 2).در مدل های دیگر این مقاومت ها در یک پوشش آلومینیومی قرار داده شده است که به عنوان یک هیت سینک عمل کرده و دمای مقاومت را پایین می آورد( شکل 4و3).در برخی از نمونه های این نوع مقاومت ها به ضریب گرمایی به 0.14ppm/C و تلورانس به 0.005 می رسد که بسیار مناسب می باشد. از معایب آن ها می توان به عدم امکان استفاده در فرکانس های بالا اشاره کرد به دلیل خاصیت سلفی آن هاست.

شکل ( 24 )

-8مقاومت شبکه ای ( Grid Resistors )

مقاومت های شبکه ای در صنعت و در جریان های بالا که تا 500 آمپر هم می رسد استفاده می شوند .اندازه این مقاومت ها بزرگتر از حد معمول می باشد و ممکن است به اندازه یک یخچال نیز برسد. در این مقاومت ها برای خنک کاری از هوا و روغن استفاده می گردد.

-9مقاومت ولومی ( Volume Resistor)

این مقاومت ها در دسته مقاومت های متغیر قرار می گیرند که سه پایه می باشند و مقاومت بین پایه اول و سوم همیشه ثابت و حداکثر مقدار نامی آن مقاومت می باشد ولی مقاومت پایه دوم

بسته به اینکه ولوم را در چه جهتی می چرخانید مقاومتش با یکی از پایه ها با چرخاندن ولوم از مقدار حداکثر تا صفر اهم کاهش پیدا می کند و دیگر پایه برعکس و با تغییر جهت چرخاندن این رابطه برعکس می شود ،از این مدل مقاومت های متغییر برای جاهایی استفاده می کنیم که نیاز دائم به تغییر مقاومت را داریم و باید در دسترس کاربر باشد، مانند کم و زیاد کردن صدا یا شدت نور ،تغییر مدت زمان یک عمل خاص و یا … .

-10مقاومت پتانسیومتر ( Potentiometer Resistor)

این مقاومت ها نیز مانند مقاومت های ولومی در دسته مقاومت های متغیر قرار می گیرند که سه پایه می باشند و مقاومت بین پایه اول و سوم همیشه ثابت و حداکثر مقدار نامی آن مقاومت می باشد ولی مقاومت پایه دوم بسته به اینکه ولوم را در چه جهتی می چرخانید مقاومتش با یکی از پایه ها با چرخاندن ولوم از مقدار حداکثر تا صفر اهم کاهش پیدا می کند و با دیگر پایه برعکس و با تغییر جهت چرخاندن این رابطه برعکس می شود ،از این مدل مقاومت های متغییر برای جاهایی استفاده می کنیم که نیاز دائم به تغییر مقاومت را نداریم و بعد از تنظیم مقدار مقاومت تا مدت ها و شاید هم برای همیشه دیگر نیاز به تغییر آن نداریم بجز در مواقع خاص و یا زمانی که تغییر مقاومت ناخواسته موجب آسیب به دستگاه و یا محیط اطراف شود ،به همین دلایل از این مقاومت ها استفاده می کنیم و آن ها را در درون مدار و دور از دسترس قرار می دهیم از این مدل ها برای زمانی استفاده می شود که مقدار دقیق مقاومت مورد نیاز نباشد در غیر این صورت از مولتی ترن استفاده می نماییم.

-10مقاومت مولتی ترن (Multiturn Resistor )

این مقاومت ها نیز مانند مقاومت های ولومی و پتانسیومتر در دسته مقاومت های متغیر قرار می گیرند که سه پایه می باشند و مقاومت بین پایه اول و سوم همیشه ثابت و حداکثر مقدار نامی آن مقاومت می باشد ولی مقاومت پایه دوم بسته به اینکه ولوم را در چه جهتی می چرخانید مقاومتش با یکی از پایه ها با چرخاندن ولوم از مقدار حداکثر تا صفر اهم کاهش پیدا می کند و با دیگر پایه برعکس و با تغییر جهت چرخاندن این رابطه برعکس می شود ،از این مدل مقاومت های متغییر برای جاهایی استفاده می کنیم که نیاز دائم به تغییر مقاومت را نداریم و بعد از تنظیم مقدار مقاومت تا مدت ها و شاید هم برای همیشه دیگر نیاز به تغییر آن نداریم بجز در مواقع خاص و یا زمانی که تغییر مقاومت ناخواسته موجب آسیب به دستگاه و یا محیط اطراف شود ،به همین دلایل از این مقاومت ها استفاده می کنیم و آن ها را در درون مدار و دور از دسترس قرار می دهیم از این مدل ها برای زمانی استفاده می شود که مقدار دقیق مقاومت مورد نیاز باشد ،به دلیل اینکه با هر بار چرخش مقدار کمی از مقاومت تغییر می کند برای رسیدن به تغییرات زیاد باید تعداد دور بیشتری بچرخانیم که نام مولتی ترن نیز برگرفته از همین موضوع می باشد. بدیهی است که دقت تنظیم مقاومت در این مدل بالا می باشد که دلیل آن وجود یک چرخ دنده است که سرعت حرکت را روی سطح مقاومتی کاهش می دهد که در تصویر قابل مشاهده می باشد .

-11رئوستا (Rheostat)

رئوستا نیز مانند ولوم و پتانسیومتر و مولتی ترن یک مقاومت متغیر می باشد با این تفاوت که بجای سه پایه دوپایه دارد که یک پایه به ابتدای مسیر مقاومتی متصل بوده و پایه دیگر به قسمت متحرک متصل بوده که روی مسیر مقاومتی می لغزد که در نتیجه مقدار مقاومت بین دو پایه کم و زیاد می شود

-12مقاومت وابسته به حرارت (Temperature Dependent Resistor) یا ترمیستور (Thermistor)

همانطور که از نام آن پیداست این قطعه با تغییرات دما مقدار مقاومت آن تغییر می نماید که دو نوع تقسیم می شوند ntc و ptc .

-12-1 PTC((Positive Temperature Coefficient

همانطور که از نام این قطعه پیداست positive به معنای مثبت است و با تغییرات دما رابطه مثبت و مستقیم دارد یعنی با بالا رفتن دما مقدار مقاومت آن بالا می رود و برعکس ،استاندارد مقاومت عددی این قطعه الکترونیکی در دمای 25 درجه تعیین می گردد و دمایی را که پس از آن مقاومت عددی به دو برابر مقاومت خود در دمای 25 درجه می رسد را دمای سوئیچ می نامند.

Littelfuse Leaded Thermistors DO-34 Standard image

-12-1 NTC((Negative Temperature Coefficient

از نام این قطعه هم پیداست که مثل PTC کار میکنه ولی برعکسش ،یعنی با تغییرات دما رابطه عکس دارد به این صورت که با افزایش دما مقدار مقاومت آن کاهش پیدا کرده و برعکس.

-13مقاومت وابسته به نور یا فتورزیستور(Light Dependent Resistor )/LDR

این قطعات مقاومتشان با تغییر نور محیط تغییر پیدا می کند بدین صورت که با کاهش شدت نور مقاومت آن ها افزایش پیدا کرده و برعکس.

-14مقاومت آجری

مقاومت های آجری از گروه مقاومت های ثابت هستند که برای استفاده در توان های کاربرد دارند ، مقاومت این مدل ها از دو وات به بالا می باشد ،اگر این مقاومت ها را شکسته و نگاهی به درون آن

ها بیندازید ،خواهید دید که داخل آن ها یک مقاومت از جنس مقاومت های کربنی یا سیمی پیچ
کوچک قرار دارد ،این مقاومت کوچک توان پایینی دارد و تنها برای افزایش توان آن را در داخل یک پوشش سرامیکی سفید رنگ که کاملا با آن مقاومت تماس دارد قرار می دهند، در نتیجه این کار سطح بیرونی مقاومت افزایش پیدا کرده که باعث می شود گرمای بیشتری با محیط مبادله شود و دمای مقاومت پایین نگه داشته شود و بتواند با توان بالاتری کار کند که هرچه توان کاری آنها بالاتر رود اندازه آن ها نیز بزرگتر می شود.

-15مقاومت SMD

کلمه SMD مختص مقاومت ها نمی باشد و برای تمامی قطعات کاربرد دارد . در پکیج های smd مقاومت ها بسیار ریز شده اند ولی این کوچک شدن باعث نشده است که محدوده مقاومتی آن ها کاهش پیدا کند و خواهید توانست از مقاومت صفر تا چند مگا اهم را در میان آن ها بیابید فقط تنها تفاوت توان آن ها است که نسبت به اندازه پکیج آن ها کاهش پیدا کرده است و نمی توانید از آن ها انتظار توان بالایی داشته باشید که معمولا زیر یک یک وات هستند و در پکیج هایی با اندازه های استاندارد عرضه شده اند که هرچه اندازه پکیج کوچکتر شود توان آنها نیز کاهش پیدا می کند. جنس این مقاومت ها از سرامیک ، روتینیوم دی اکسید ،نیکل ، آلومینیوم ،نقره و غیره است که در دسته مقاومت های فیلمی قرار می گیرند. در جدول زیر مشخصات کامل پکیج های SMD را مشاهده می نمایید که در دو واحد Metric و Imperial می باشد ،که معمولا از واحد های Imperial که بر اساس اینچ می باشند استفاده می نماییم.

-16مقاومت آرایه ای( Array Resistor )

مقاومت های آرایه ای از دو نمونه SMD و DIP می باشند که در مدل SMDتفاوتی با مقاومت های عادی ندارند فقط تعداد بیشتری مقاومت بهم چسبیده اند که معمولا تعداد آنها 4 تایی می باشد، در مدل های DIP مقاومت ها به صورت عادی به هم متصل نشده اند ،اتصال آن ها اینگونه است که یکی از پین ها به یک سر تمام مقاومت ها متصل است و سر دیگر هر مقاومت آزاد می باشد ، تعداد آن ها معمولا 4 تایی 5 پینه که پین اضافه همان پین مشترک می باشد و همچنین 8 تایی 9 پینه و 9 تایی 10 پینه. پین مشترک با یک نقطه روی این مقاومت ها مشخص می شود.در مدل هایی با نام 4S مطابق شکل هر دو پایه مجاور دو سر یک مقاومت را تشکیل می دهند و یک مقاومت مجزا به حساب می آیند.