مقاومت چیست؟ بررسی رفتار آن در مدار

مقاومت چیست (توضیح به زبان ساده)

یکی از تجهیزاتی که برای شناخت قطعات الکترونیکی روی برد نیاز است بدانید، مقاومت است.

به نظرتان مقاومت چیست؟ به زبان ساده یکی از پرکاربردترین المان‌های مدارها در دنیای الکترونیک، مقاومت است، به طوری که کمتر دستگاه الکترونیکی را می‌توان یافت که در آن مقاومتی نداشته باشد.

مقاومت‌ها از متریال‌هایی ساخته می‌شوند که امکان محدودسازی جریان را دارند و انرژی تولیدی را به حرارت تبدیل می‌کنند. مقاومت‌ جریان و میزان ولتاژ را تا مقدار معینی کاهش می‌دهد.

امروزه انواع مقاومت وجود دارد، معمولا این قطعات از نظر جنس و وظایف نسبت به سایر مقاومت‌ها متفاوت هستند، البته مقاومت‌های هم‌جنس هم از نظر اندازه و میزان عددی با هم فرق می‌کنند.

کمیت عددی مقاومت اهم است، اهم در واقع میزان عددی مقاومت را نشان می‌دهد که ارتباط مستقیمی با ولتاژ و جریان دارد. هر چه مقدار اهم زیاد باشد، مقاومت عددی نیز بالاتر می‌رود.

مقاومت‌های موجود در مدار از توان مشخصی برخوردار هستند، زمانی که بیشتر از توان این مقاومت‌ها به آن‌ها فشار وارد شود، مقاومت‌ها می‌سوزند و سیاه می‌گردند. در واقع مقاومت‌ها از مدارهای الکتریکی محافظت می‌کنند و مانع از گذشتن ولتاژ و جریان اضافه می‌شود. در صورتی که مقاومت‌ها نباشند، ولتاژ و جریان اضافی به مدار وارد می‌شود و عملکرد آن را دچار اختلال می‌نماید.

اگر علاقمند به یادگیری الکترونیک دارید، می‌توانید در دوره آموزش الکترونیک جزیره سخت افزار شرکت کنید، بعد از این دوره شما یک متخصص الکترونیک خواهید شد.

واحد اندازه گیری مقاومت چیست؟

یکی از خواص ماده میزان مقاومت آن در مقابل عبور جریان است که از آن به نام مقاومت الکتریکی یاد می‌شود. معمولا جهت اندازه‌گیری میزان مقاومت در یک جزء از اهم‌متر یا مولتی‌متر استفاده می‌شود.

در واقع برای بدست آوردن کمیت عددی مقاومت میزان ولتاژ را بر شدت جریان الکتریکی تقسیم می‌کنند که مقدار واحد مقاومت الکتریکی حاصل می‌شود که واحد آن ولت بر آمپر است، جهت تقدیر از خدمات جرج سیمون اهم در این راه، نام اهم برای سنجش میزان مقاومت نمورد استفاده قرار گرفته است، در واقع یک واحد اهم با میزان یک ولت بر آمپر برابر می‌باشد.

در صورتی که میزان ولتاژ و شدت جریان وجود نداشته باشد از مولتی متر جهت اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود.

انواع مقاومت و بررسی آن‌ها

می‌توان مقاومت‌ها را با توجه به کاربرد و نوع ماده‌ای که بوسیله آن ساخته شده‌اند، تقسیم‌بندی کرد؛ اما به طور کلی مقاومت‌ها به 3 گروه تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح آنها می‌پردازیم:

مقاومت ها به 2 دسته ثابت و متغیر تقسیم می شوند:

مقاومت ثابت

مقاومت ثابت جزء پراستفاده‌ترین مقاومت‌ها در مدارهای الکتریکی است، معمولا مقدار این مقاومت از قبل تعیین شده و ثابت است و دیگر تغییر نمی‌کند. مقاومت‌های ثابت خود انواع مختلفی دارند که می‌توان برخی از انواع این مقاومت‌ها را این طور بیان کرد؛ انواع مقاومت‌های ثابت به 3 دسته معمولی، اجری، SMD تقسیم می‌شوند:

مقاومت های ثابت معمولی

این مقاومت‌ها به دو دسته 4 حلقه رنگی و 5 حلقه رنگی تقسیم می شوند. که نحوه محاسبه میزان مقاومت آن ها در تصویر قابل مشاهده است.

مقاومت آجری

مقاومت‌های کوچکی هستند که از بالا روی برد سوار شده و از همان بالا روی برد هویه می‌شوند. رنگ آن مشکی براق است و معمولا روی آن عدد نوشته است. که نحوه محاسبه میزان اهم این نوع مقاومت ها در تصویر زیر مشخص شده است.

مقاومت آجری نوعی مقاومت سیمی است که در داخل کاور سرامیکی این مقاومت را می‌گذارند و زیر این کاورها را با استفاده از سیمان خاصی پر می‌کنند. معمولا انواع مقاومت آجری در بازار با مقادیر مختلف از یک تا ده‌ها وات وجود دارد، نکته حائز اهمیت در مورد این‌ مقاومت‌ها این است که در حین کار داغ می‌شوند، به همین دلیل باید آن را در محل مناسبی نصب کرد.

مقاومت SMD

مقاومت های کوچکی هستند که از بالا روی برد سوار شده و از همان بالا روی برد هویه می شوند. رنگ آن مشکی براق است و معمولا روی آن عدد نوشته است. که نحوه محاسبه میزان اهم این نوع مقاومت ها در تصویر زیر مشخص شده است.

سایر انواع مقاومت ثابت نیز عبارتند از:

• مقاومت فیلم کربن: نمونه مقاومت پراستفاده و ارزان، مقاومت فیلم کربن است. این مقاومت‌ها با پیچش لایه باریکی از کربن ناخالص دور هسته سرامیکی تولید می‌شود، دو طرف مقاومت با اتصالی ثابت به دو طرف رسانا کلاهی شکل دارای وصل می‌شوند. این پایه‌ها در واقع پایه‌های قطعه هستند و جهت لحیم بر روی برد به کار می‌روند.
• مقاومت فیلم فلزی: این مقاومت‌های ساختاری مشابه مقاومت فیلم کربن دارند، اما به جایی فیلم کربن از نیکل کروم یا نیکروم در تولیدشان استفاده می‌شود. معمولا این مقاومت‌ها از دقت بالایی برخوردار هستند و نویز کمی دارند، به همین دلیل در مدت زمان طولانی‌تری دقت بالای خود را حفظ می‌کنند.
• مقاومت سیمی: این نوع مقاومت الکترونیکی با ‌سیم‌های فلزی مقاومت‌دار تولید می‌گردند. معمولا مقدار این مقاومت‌ها به طول سیم پیچیده شده دور آنها وابسته است، به همین دلیل می‌توان دقیق‌ترین مقاومت‌های را با این روش تولید کرد. معمولا با پیچیدن سیم‌های ضخیم می‌توان به تولید مقاومت‌های وات بالا پرداخت، هر چند امکان استفاده از آنها در مدارهای فرکانس بالا وجود ندارد، چرا که خاصیت سلفی می‌گیرند و عملکرد مدار را مختل می‌نماید.
• مقاومت آرایه‌ای: این نمونه مقاومت‌ها در پکیجی قرار دارند تا میزان فضای استفاده از آنها کم شود. در بسیاری از مقاومت‌های آرایه‌ای پایه اول مشترک بوده و الباقی پایه‌ها هر کدام یک نوع مقاومت هستند. البته ساختار برخی از مقاومت‌های آرایه‌ای 4s به گونه‌ای است که فاقد پایه مشترک می‌باشند.

مقاومت متغیر

مقاومت های متغیر نیز چند نوع دارد:

مقاومت متغیر مکانیکی

مقاومت های مکانیکی شامل چند دسته از جمله ولوم (volume) و پتانسیومتر و مقاومت متغیر خطی و … تقسیم می‌شوند.

مقاومت متغیر مکانیکی ولوم

دقیقاً همان پیچ رادیو است. زمانی که می‌خواهیم صدای رادیو را کم کنیم یا ایستگاه رادیو را عوض کنیم با چرخاندن آن پیچ در واقع مقدار مقاومت را تغییر می دهیم.

مقاومت متغیر نوعی از مقاومت می‌باشد که می‌توان به طور دستی یا با ابزارهای فیزیکی به تغییر میزان عددی مقاومت آن‌ها پرداخت. معمولا مقاومت متغیر از دو مقاومت ثابت و یک مقاومت متحرک ساخته شده است.

• پتانسیومتر: این مقاومت متغیر از سه پایه برخوردار می‌باشد و یک عنصر دواری دارد که درون محفظه‌ای قرار گرفته است. در واقع دو پایه ثابت و یک پایه متحرک بین دو پایه ثابت پتانسیومتر را تشکیل می‌دهند. معمولا از مقاومت پتانسیومتر برای تقسیم ولتاژ استفاده فراوانی می‌کنند، مثلا در وسایل صوتی جهت بالا و پایین کردن صدا این نوع مقاومت به کار گرفته می‌شود. مانند مقاومت ولوم است ولی معمولاً در خروجی مدارات از آن استفاده می‌کنند و روی آن جای پیچ گوشتی دارد.
• رئوستا: مقاومت رئوستا بسیار مشابه مقاومت پتانسیومتر است، اما بر خلاف این مقاومت دارای دو قطب انتهای ثابت نیست و از یک قطب ثابت و یک قطب متحرک برخوردار می‌باشد. می‌توان با استفاده از مقاومت رئوستا به تنظیم جریان الکتریکی پرداخت.

مقاومت وابسته

نمونه‌ای از مقاومت‌ها نیز وجود دارند که تغییرات محیطی بر روی آن‌ها اثر می‌گذارد و با تغییر نور و دما، دچار تغییر می‌گردند، این مقاومت‌ها به مقاومت‌های وابسته شهرت دارند.

برخی از مقاومت‌های وابسته به دما PTC و NTC هستند، مقاومت‌های وابسته به نور LDR، مقاومت وابسته به ولتاژ و میدان مغناطیسی نیز از نمونه مقاومت‌های وابسته به شمار می‌آیند.

اصطلاحاً به این مقاومت فتوسل نیز می‌گویند و شامل دو مدل هستند:

• NTC: با بالا رفتن حرارت مقدار مقاومت کمتر می‌شود.
• PTC:با بالا رفتن حرارت مقدار مقاومت بیشتر می‌شود.

مقاومت سری و موازی چیست؟

مقاومت‌ها از عناصر پایه دنیای الکترونیک محسوب می‌شوند و جهت تبدیل ولتاژ به جریان یا جریان به ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقاومت‌های در مدارها به صورت سری یا موازی به کار گرفته می‌شوند.

مقاومت‌های سری از جمله مقاومت‌های هستند که به صورت پی در پی یا زنجیری به یکدیگر وصل شده‌اند. معمولا جریان عبوری از مقاومت‌های سری به طور پیوسته می‌گذرد و یک مسیر ثابتی دارند.

اما مقاومت موازی از اتصال پایانه‌های چند مقاومت به یکدیگر ایجاد می‌شود، در این مقاومت‌ها جریان می‌تواند از مسیرهای متفاوتی عبور کند، به همین دلیل مدار شبکه مقاومت می‌تواند جهت تقسیم جریان نیز استفاده شود. معمولا میزان جریان در هر کدام از شاخه‌های موازی مقدار ثابتی نیست، از آنجایی که مسیرهای گوناگونی برای عبور جریان وجود دارد.

نکته شایان ذکر آن است که میزان افت ولتاژ در همه مقاومت‌های موازی عدد ثابتی است، بنابراین در یک مدار تمامی مقاومت‌های موازی از ولتاژ مشترکی برخوردار هستند.

مقاومت صفر یا فیوزی چیست؟

مقاومتی است که روی آن 0 نوشته شده و به عنوان مقاومت فیوزی یا جامپر استفاده می شود.

مقاومت هایی که مشابه IC هستند در این نوع مقاومت ها هر پایه با پایه روبروی آن یک مقاومت هستند و زمانی که روی آن عددی به عنوان میزان اهم نوشته در واقع میزان اهم تک تک این مقاومت ها است.

کار مقاومت در مدار چیست؟

می‌دانید کار مقاومت در مدار چیست؟ می‌توان گفت کار مقاومت در مدار به قدری حائز اهمیت می‌باشد که نقش حیاتیش در هر برد مداری به اثبات رسیده است.

در حقیقت مقاومت برای کنترل جریان برق و میزان ولتاژ هر مدار الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که جریان برق از سیمی می‌گذرد، تمامی الکترون‌ها در مسیر مشخصی حرکت می‌کنند، همانند جریان آب که در مسیر لوله پیش می‌رود، اگر قطر لوله کم باشد، میزان جریان آب عبوری نیز کم است، از آنجایی که فضا برای گذر مولکول‌های آب محدود می‌باشد.

در مورد جریان برق هم این موضوع صدق می‌کند، زمانی که جریان از سیم‌های باریک یک مقاومت عبور می‌کند، الکترون‌ها با سختی زیاد این مسیر را می‌پیمایند. بنابراین اگر ضخامت سیم مقاومت کم باشد یا طول سیم زیاد باشد، میزان الکترون‌های کمتری از سیم عبور می‌کنند و جریان برق با افت مواجه می‌شود.

همانطور که گفتیم، مقاومت قطعه ای است که در برابر عبور بیش از اندازه جریان مقاومت می‌کند و در دو سر خود یک اختلاف ولتاژ ایجاد می کند. یعنی مقداری از ولتاژ را مصرف می کند.

چرا از تقسیم ولتاژ مقاومتی استفاده می‌کنیم؟

زمانی که می‌خواهیم قطعه‌ای مانند LED که ولتاژ حدود 3.3 ولت را تحمل می‌کند را در مدار که با ولتاژ 12 ولت است استفاده کنیم نیاز داریم تا از تقسیم ولتاژ مقاومتی بهره بگیریم تا بتوانیم ولتاژ مناسب این قطعه را ایجاد کنیم.

چون در غیر این صورت قطعه می‌سوزد.

تقسیم ولتاژ مقاومتی چیست؟

زمانی که ولتاژ به نسبت بالایی دارید (مثلاً 12 ولت) ولی می‌خواهید در قسمتی از مدار از ولتاژ پایین‌تری استفاده کنید (برای مثال 3.3 ولت) به سراغ تقسیم ولتاژ مقاومتی می‌رویم.

برای درک بهتر این موضوع را با یک مثال توضیح می‌دهیم.

شما تصور کنید یک آی سی داریم که دو خروجی 3.3 ولت و 5 ولت برای سوئیچ کردن پایه گیت دو ماسفت دارد.

برای آنکه این آی سی فعال شود نیاز است تا پایه EN یا ON ( که مشخص می کند آی سی چه زمانی روشن شود) در این آی سی ولتاژ کافی را داشته باشد. می بینیم فت هایی که در خروجی آی سی قرار گرفته اند ولتاژ 3.3 و 5 ولت را ندارند. این یعنی آی سی روشن نشده است. در این شرایط به سراغ پایه EN یا ON می رویم.

می‌بینیم در مسیر ورودی این پایه مقاومت الکتریکی هایی قرار گرفته اند، که یکی از این مقاومت‌ها به گراند و مقاومت دیگر به 12 ولت متصل است. به این مقاومت الکتریکی ها تقسیم ولتاژ مقاومتی می گویند.

چطور اندازه مقاومت الکتریکی در تقسیم ولتاژ مقاومتی را تشخیص دهیم؟

برای تشخیص این مقاومت از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

Vout=Vin*R2/ (R1+R2)

و یا با استفاده از ماشین حساب آنلاین Voltage Divider Calculator می‌توانید میزان مقاومت را پیدا کنید.

چرا به جای مدار DC TO DC از تقسیم ولتاژ مقاومتی استفاده نمی‌کنند؟

مقاومت‌ها توان تحمل جریان زیاد را ندارند. به این دلیل نمیتوان از آنها به جای مدار DC TO DC استفاده کرد.

عوامل تاثیرگذاری در مقاومت مدار

مقاومت قطعه غیرفعالی است که امروزه در وسایل برقی به کار گرفته می‌شود تا بتوان توسط آن میزان ولتاژ و جریان برق را کنترل کند. می‌توان گفت در مقاومت مدار عوامل مختلفی تاثیرگذار می‌باشند که مهم‌ترین این عوامل به قرار زیر هستند:

1. طول رسانا
2. سطح مقطع رسانا
3. جنس رسانا
4. دما
5. مقاومت ویژه رسانا

جمع بندی

مقاومت‌ها از جمله قطعات بسیار مهمی هستند که در مدارهای الکترونیک مدرن به کار گرفته می‌شوند؛ چرا که مقاومت نقش موثری در محدود کردن جریان‌ها دارند.

این قطعه همچنین میزان ولتاژها را کنترل می‌کنند، در نتیجه موجب پیکربندی مناسب مدارها می‌گردند‌. مخاطبان از طریق آشنایی با انواع مقاومت‌ها، نوع و شکل آن‌ها می‌توانند بهترین استفاده را از مقاومت در پروژه‌های خود بنمایند.

از این رو در این مقاله سعی کردیم اطلاعات جامعی از انواع مقاومت‌ها در اختیار مخاطبان قرار دهیم تا با آگاهی بیشتر به استفاده از این قطعات بپردازند.