معرفی انواع مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی چیست؟ برای بسیاری از مهندسان، انتخاب مقاومت الکتریکی مناسب بسته به کاربردشان با محاسبه مقدار صحیح و سپس جستجوی مقرون به صرفه ترین راه کاری بسیار ساده است. پس چرا انواع مختلفی از مقاومت ها وجوددارد؟ هدف از این مقاله ارائه اطلاعاتی در مورد دنیای مقاومت ها و پارامترهای کلیدی آنهاست.

آموزشگاه پایتخت فناوری در دوره آموزش تعمیرات برد، به بررسی انواع مقاومت ها و اهمیت آن ها در مبحث برد می پردازد. برای کسب اطلاعات از جزئیات دوره ها می توانید با شماره 02166577378 تماس بگیرید.

در این مطلب ابتدا با اصول اولیه آشنا می شویم، نحوه کار مقاومت ها و کد رنگ مقاومت را بیان می کنیم، پیش از اینکه مروری سریع بر انواع اصلی مقاومت الکتریکی داشته باشیم، ویژگی های کلیدی آن ها را بررسی می کنیم و سپس در نهایت به مشخصات دقیق تری که یک مهندس در طول روند طراحی محصول با آنها برخورد خواهد کرد، نگاهی می اندازیم.

مقاومت الکترونیکی چیست؟

مقاومت یک جزء الکتریکی است که جریان الکتریکی را در مدار محدود می کند. قیاسی که اغلب برای توضیح عملکرد آن استفاده می شود این است که جریان را به عنوان آبی که در یک شیلنگ جریان دارد در نظر بگیریم. یک مقاومت را می توان به عنوان یک انقباض در لوله در نظر گرفت که جریان آب را محدود می کند.

اکثر مردم با قانون اهم آشنا هستند: V=IR. V ولتاژ دو طرف مقاومت، I جریانی است که در مقاومت جریان دارد و R مقاومت است. این معادله ای است که جریان، ولتاژ و مقاومت را با هم ارتباط می دهد و اساس کار با مقاومت ها (و سایر اجزای غیرفعال) است.

در سطح میکروسکوپی، مقاومت ها از مواد مختلفی ساخته می شوند که رسانا هستند، اما نه بطور کامل، بنابراین ساختار اتمی مواد انتخاب شده مانع از توانایی الکترون ها برای جریان می شود.

با تغییر خصوصیات هادی مانند رسانایی ماده، مساحت سطح و طول مواد مورد استفاده، می توان مقاومت را با دقت مطلوب کنترل کرد. مقاومت بر حسب اهم اندازه گیری می شود و نماد واحد آن Ω است.

دوره پیشنهادی: آموزش طراحی برد

انواع مقاومت الکتریکی

• مقاومت الکتریکی خطی
• مقاومت ثابت
• مقاومت فیلم کربن
• مقاومت فیلم فلزی
• مقاومت الکتریکی سیمی
• مقاومت الکتریکی اکسید فلزی
• مقاومت نوار فلزی
• مقاومت متغیر
• مقاومتهای الکتریکی شبکه ای
• مقاومت غیر خطی
• ترمیستور
• وریستور (VDR)
• مقاومت وابسته به نور (فوتوسل)
• مقاومت های SMD (فناوری نصب سطحی)

مقاومت الکتریکی خطی

مقاومت هایی که مقادیر آنها با ولتاژ و دمای اعمال شده تغییر می کند، مقاومت های خطی نامیده می شوند. به عبارت دیگر مقاومتی که مقدار جریان آن با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم دارد به مقاومت خطی معروف است.

مقاومت الکتریکی ثابت

این نوع، نوع غالب پیکربندی مقاومت است و همانطور که از نام آن پیداست، مقدار مقاومت ثابتی دارد. خرید مقاومتی با هر مقدار اهمی که نیاز دارید امکان پذیر است، با این حال در اکثر موارد، می توان مدار را برای تغییر مقدار مورد نیاز، “تنظیم” کرد. به همین دلیل، همه تولیدکنندگان خانواده هایی از مقاومت ها را با تعداد معینی مقاومت عرضه می کنند.

دوره پیشنهادی: آموزش رباتیک

برای مثال، یک خانواده معمولی خانواده E24 است. این دارای 24 مقدار بین 100Ω و 1000 Ω یا بین 10KΩ و 100KΩ است. مقادیر در محدوده طوری انتخاب می شوند که وقتی تلورانس ها را برای هر مقدار در نظر می گیرید، اکثر مقادیر ممکن را پوشش دهید.

تعداد مقادیر در یک خانواده به دقت و تلورانس مورد نیاز بستگی دارد، بنابراین خانواده E192 مقادیر بسیار بیشتری با تلورانس های تا 0.1% را برای انتخاب دارد، البته این می تواند هزینه مقاومت ها را افزایش دهد. اگر مایل هستید جزئیات بیشتری در مورد برد الکترونیکی بدانید، مقاله شناخت قطعات الکترونیکی روی برد را بخوانید.

مقاومت فیلم کربن

مقاومت های فیلم کربنی به دلیل ویژگی هایی از قبیل تحمل و نویز ضعیف تر، تا حد زیادی با انواع فلزی برای کاربردهای عمومی جایگزین شده اند. با این حال، آنها هنوز هم در برخی از برنامه های تخصصی استفاده می شوند.

مقاومت با تشکیل یک لایه کربنی بر روی یک بستر سرامیکی ساخته می شود. این امر مزیت های متعددی دارد. اولا، فیلم تا حد زیادی غیر القایی است، دوما، سرامیک یک عایق عالی برای گرما و الکتریسیته است، و سوما، طرح دارای سطح مقطع بزرگی است.

بنابراین، اندوکتانس پایین، آنها را برای کاربردهای فرکانس بالا مفید واقع می کند و سطح مقطع بزرگتر آنها به ولتاژهای عملیاتی بالاتر و بقای بهتر در برابر ناپایداری نسبت به بسیاری از انواع دیگر کمک می کند. در نتیجه، اگرچه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند، اما هنوز هم معمولا در دسترس هستند.

مقاومت فیلم فلزی

مقاومت های فیلم فلزی با قرار دادن لایه ای از فلزات مانند روتنیوم بر روی یک بستر عایق ساخته می شوند. این نوع مقاومت در تعداد زیادی از انواع و بسته بندی ها موجود هستند و در مقایسه با مقاومت های فیلم کربنی، ساخت آنها برای تولید انبوه ساده تر و از نظر فیزیکی کوچکتر است.

مقاومت های فیلم فلزی به دلیل نویز کمتر، تحمل های سخت تر و عموماً ضرایب دمایی بهتر، تا حد زیادی جایگزین مقاومت های فیلم کربنی در اکثر کاربردهای استاندارد شده اند.

اگرچه اغلب به عنوان یک مقاومت “استاندارد” تلقی می شوند، اما از یک پایه عملکرد پایین تر به نقطه ای رسیده اند که با دقت بسیار بالا (0.1٪) و TCR های پایین در محدوده PPM/C تک رقمی ارائه می شوند. شایان ذکر است که مقاومت های فیلم فلزی در هر دو نوع حفره دار و نصب روی سطح (مقاومت تراشه) ارائه می شوند.

مقاومت الکتریکی سیمی

مقاومت های سیمی دارای برخی ویژگی ها هستند که در کاربردهای تخصصی جذاب به نظر می رسند، مانند ابزار دقیق با دقت بالا که در آن تلرانس بسیار بهتر از 0.01٪ و ضرایب دمای بسیار پایین (TCR) مورد نیاز است.

این نوع مقاومت اغلب برای کاربردهای با توان بالا استفاده می شوند (نمونه هایی با حداکثر توان 100 وات موجود است). با این حال، شایان ذکر است که از آنجایی که آنها از سیم پیچیده شده به دور یک هسته عایق، که طبق تعریف یک سلف است، تشکیل شده اند، این مقاومت ها برای کاربردهای فرکانس بالا توصیه نمی شوند و عموماً به شکل نصب سطحی در دسترس نیستند.

مقاومت الکتریکی اکسید فلزی

این نوع مقاومت الکتریکی مشابه مقاومت های فیلم فلزی هستند، به جز اینکه عنصر مقاومتی یک اکسید (اغلب قلع) است. عملکرد آنها به طور ماهرانه ای با فیلم فلزی متفاوت است زیرا معمولا برای کاربردهای ولتاژ و توان بالاتر نسبت به قطعات فیلم فلزی بهتر هستند.

با این حال، آنها معمولا در محدوده های کوچکتر ارائه می شوند و ممکن است تحمل و TCR های کاهش یافته را ارائه دهند. باز هم، این مورد در هر دو نوع نصب سطحی و سوراخی (حفره ای) ارائه می شوند.

مقاومت نوار فلزی

مقاومت های تخصصی هستند که عموماً برای کاربردهای اندازه گیری جریان در منابع تغذیه استفاده می شوند. آنها اغلب با مقادیر اهمی بسیار پایین مشخص می شوند، بنابراین با ضرایب دمای نسبتا پایین و اتلاف توان متوسط ارائه می شوند تا حداقل بر عملکرد کلی مدار تأثیر بگذارند.

همان گونه که از نام آن پیداست، در واقع یک نوار فلزی بریده شده با لیزر هستند. یکی دیگر از ویژگی های کلیدی برای این دستگاه ها مقاومت حرارتی کم است زیرا آنها به طور بالقوه دارای جریان های بالایی هستند که ممکن است منجر به نیاز به دفع گرمای تولید شده در عملیات شود.

مقاومت الکتریکی متغیر

همانطور که از نام آن مشخص است، مقاومت هایی که مقادیر آنها را می توان از طریق صفحه، دستگیره و پیچ یا به صورت دستی با روش مناسب تغییر داد. در این نوع مقاومت ها بازوی کشویی وجود دارد که به شفت متصل شده و با چرخاندن بازو مقدار مقاومت قابل تغییر است. آنها در گیرنده رادیویی برای کنترل صدا و مقاومت در برابر کنترل صدا استفاده می شوند. در ادامه انواع دیگری از مقاومت های متغیر آورده شده است:

• پتانسیومترها
• رئوستات ها
• تریمر ها

مقاومتهای الکتریکی شبکه ای

به عنوان مثال، در برنامه های pull up گذرگاه داده، معمولاً چندین مقاومت با یک مقدار مورد نیاز است. برای این کاربردها، امکان خرید بسته های مقاومتی به صورت بسته های تک خطی (SIL) یا دوگانه داخلی (DIL) وجود دارد. آنها می توانند به عنوان چندین مقاومت غیر متصل یا بصورت یک پین از هر مقاومت متصل به یک اتصال واحد در بسته ارائه شوند.

اگر چه این راه حل می تواند بر اساس هر مقاومت گران تر باشد، هزینه های پایه البته کمتر است زیرا تنها یک درج لازم است و در نتیجه تعادل ممکن است. این توجه منجر به در دسترس بودن مقاومت های دوگانه در یک بسته برای کاربردهای تقسیم پتانسیل شده است.

مقاومت غیر خطی

می دانیم که مقاومت های غیرخطی آن دسته از مقاومت هایی هستند که جریان عبوری از آن طبق قانون اهم تغییر نمی کند، اما با تغییر دما یا ولتاژ اعمالی تغییر می کند.

مقاومت الکتریکی ترمیستور

واژه ترمیستور به معنای مقاومت حرارتی است. مقدار مقاومت آن با تغییر دما تغییر می کند. اکثر ترمیستورها دارای ضریب دمایی منفی هستند که به این معنی است که با افزایش دما، مقاومت آن کاهش می یابد. این مقاومت ها معمولا از مواد نیمه هادی ساخته می شوند و مقاومت تا چند مگا اهم را می توان از ترمیستورها بدست آورد.

آنها برای تشخیص تغییرات دمایی کوچک هنگامی که تغییر دما وجود دارد، استفاده می شوند، هر چند تغییر دما کوچک باشد، تغییر زیادی در مقدار مقاومت ایجاد می شود.

مقاومت الکتریکی وریستور ( VDR )

آنها به دلیل داشتن منحنی خصوصیات غیرخطی V-I محبوب هستند. یعنی مقاومت آن یکنواخت نیست و از قانون اهم تبعیت نمی کند. آنها از موادی مانند کاربید سیلیکون، اکسید روی ساخته شده اند. سه نوع وریستور وجود دارد:

• وریستور نوع دیسک کاربید سیلیکون
• وریستور نوع میله کاربید سیلیکون
• وریستور نوع اکسید روی

مقاومت وابسته به نور (فوتوسل)

مقاومت وابسته به نور (یا LDR) بسته به شدت نوری که روی آن می تابد، مقاومت آن تغییر می کند. این نوع مقاومت از سولفید کادمیوم ساخته شده است که حاوی تعداد کمی الکترون در صورت عدم روشنایی است. هنگامی که یک پرتو نور بر روی آن می تابد، الکترون ها خارج می شوند و در نتیجه رسانایی آن افزایش می یابد. از این رو، هنگامی که نور بر روی آن می افتد، مقاومت کم و در تاریکی مقاومت بالایی را ارائه می دهد.

مقاومت های SMD (فناوری نصب سطحی)

مقاومت SMD مخفف “Surface Mount device” (برگرفته از SMT = Surface Mount Technology) است. این تراشه های کوچک با کدهای سه یا چهار رقمی مشخص می شوند که برای نشان دادن مقادیر مقاومت آنها، کدهای مقاومت SMD نامیده می شوند.

علامت گذاری مقدار مقاومت الکتریکی

مقدار بیشتر مقاومت ها روی آنها مشخص شده است. آنها می توانند یک کد 3 یا 4 رقمی باشند که مقدار را با استفاده از یک سیستم مقدار و ضرب کننده نشان می دهند. به عنوان مثال، 102 نشان دهنده 10² یا 1kΩ است، نوع 4 رقمی می تواند 1002 باشد که یا 10KΩ است. برای مقادیر کم، ممکن است چیزی شبیه 4R7 را ببینید که 4.7Ω است. R به عنوان نقطه اعشار در این مثال استفاده می شود.

با توجه به اندازه کوچک مقاومت های سطحی، مشاهده این مقاومت ها بسیار دشوار است، به خصوص اکنون که مقاومت های SMD در تلرانس های محدودتر و با مقادیر بیشتر در دسترس هستند. به همین دلیل از سیستم EIA96 استفاده می شود. این کار شامل یک جدول جستجو است که در آن یک مقدار سه رقمی برای اشاره به یک مقدار و ضریب استفاده می شود، بنابراین مقدار را در حداقل تعداد ارقام مشخص می کند.

کد رنگ مقاومت الکتریکی

یک کد رنگ سالهاست که وجود دارد و هنوز هم در حال جریان است. این نمودار سیستم در حال استفاده را نشان می دهد. هر مقاومت دارای سه یا چهار باند است که مقدار را مشخص می کند، به علاوه یک نوار تلورانس. برای یک مقاومت 4 بانده، دو باند اول مقادیر عددی و باند سوم یک ضریب است.

به عنوان مثال، اگر موردی داشتیم که دو باند اول قرمز و نوار سوم نارنجی بود، آنگاه مقدار مقاومت 22KΩ بود. اگر باند چهارم نیز قرمز بود، مقاومت 2% تلرانس خواهد داشت. اگر حالت یک مقاومت 5 باندی را با سه رنگ اول قرمز و رنگ چهارم قهوه ای را در نظر بگیریم، مقدار 2.22KΩ خواهیم داشت.

وظیفه مقاومت الکتریکی در مدار

مقاومت ها در مدارها کاربردهای زیادی دارند. در زیر برخی از وظایف رایج تر مقاومت بیان شده است. اکثر کاربردها ها به چندین مقاومت در پیکربندی های سری یا موازی نیاز دارند. برخی از کاربردهای رایج مقاومت ها عبارتند از:

• تقسیم کننده های پتانسیل : دو یا چند مقاومت سری در نقطه اتصال خود ولتاژی متناسب با نسبت مقادیر خود می دهند. این قابلیت به طور گسترده در مدارهای تولید ولتاژ میانی استفاده می شود.
• مقاومت های بایاس : ترانزیستورها و بسیاری از دستگاه های دیگر باید ویژگی های عملکرد AC و DC و مقادیر بهره را برای عملکرد صحیح تنظیم کنند. این کار با چندین مقاومت انجام می شود و اغلب بایاس نامیده می شود.
• آپ امپ ( Op-Amp ) و فیدبک : اکثر مدارهای آپ امپی باید عملکرد بهره و بازخورد خود را توسط مقاومت های خارجی تراشه تقویت کننده تنظیم کنند. مقاومت ها ابزار اصلی برای انجام این کار هستند.
• محدود سازی جریان : از مقاومت ها می توان برای محدود کردن مقدار جریانی که در یک عنصر مدار می گذرد استفاده کرد. این یک عملکرد ایمنی مفید در بسیاری از مدارها است به عنوان مثال، محدود کردن جریانی که می تواند به یک LED برای مدیریت روشنایی آن جریان یابد.
• تطبیق امپدانس : برای به حداکثر رساندن انتقال توان در فرکانس های بالا، امپدانس پایانه های دریافت و ارسال یک مدار باید یکسان باشد. مقاومت ها می توانند حداقل بخشی از این نیاز را انجام دهند.
• اندازه گیری جریان : بسیاری از مدارها نیاز دارند که بدانند چه مقدار جریان در حال جاری شدن است، با این حال، اندازه گیری ولتاژ بسیار ساده تر است، بنابراین قرار دادن یک مقاومت در مدار برای “توسعه” ولتاژ – قانون اهم را به یاد داشته باشید – یک تکنیک رایج برای اندازه گیری جریان است.
• داده ها و آدرس pullup های ترمینال : این عملکرد به کاهش مشکلات نویز در باس های کامپیوتری با سرعت بالا کمک می کند. هنگامی که یک گذرگاه داده سه حالته می شود یا به سمت بالا هدایت می شود، اغلب لازم است که آن را به یک حالت شناخته شده بکشید یا مطمئن شوید که خروجی آن بسیار بالاتر از نقطه سوئیچ سایر عناصر منطقی در گذرگاه است، و یک کشش به بالا (pull-up) کمک می کند تا این کار را انجام دهید.