مقاومت

200px-Resistor

مقاومت

در تشریح قانون اهم با مقاومت و مفهوم آن آشنا شدیم. در توضیح مقاومت در ابتدا مقدمه ای از مفهوم آن بیان میکنیم و بعد به سراغ تعیین مقدار مقاومت با استفاده از کد رنگ میرویم و در ادامه به نحوه ساخت و اندازه گیری مقاومت های متغییر خواهیم پرداخت و در نهایت مقاومت های سری و موازی را توضیح میدهیم

واحد اندازه گیری مقاومت “اهم” میباشد. در توضیح مقاومت باید بگوییم که در حقیقت عامل بازدارنده جریان الکتریکی در مدار مقاومت است. یعنی در ساده ترین حالت وقتی میخواهید جریان را کنترل کنید و نگذارید توی مدار جریان زیادی به راه بیفتد ( که عامل سوختن مدار است) از مقاومت استفاده میکنیم.

مقاومت در اشکال گوناگون در وسایل الکتریکی و الکترونیکی کاربرد بسیاری دارد. یکی از انواع مقاومت مقاومت سرامیکی یا چینی است. که روی آن را با قشری از زغال پوشانده اند. مقدار چنین مقاومتی بستگی به مقاومت قشر زغالی دارد. که در حدود 0.001 تا 10 میکرون ضخامت دارد.

دو طرف این مقاومت به سیم های قلع اندود مربوط شده و لایه ای از لاک روی مقاومت را پوشانیده است. معمولا مقدار مقاومت را با نوارهای رنگی که روی آن ترسیم شده است نشان میدهند.

تعیین مقدار مقاومت با استفاده از کد رنگ:

اندازه مقاومت بر حسب اهم بوده و به وسیله چهار نوار رنگی بر روی بدنه اش مشخص میگردد که به صورت یک عدد دو رقمی و تعدادی صفر که در سمت راست آن قرار میگیرد است. همچنین در این کد بندی میزان خطا هم با یک نوار دیگر مشخص میشود.
مجموعه این علائم دارای فاصله های یکسان از دو طرف نیستند بلکه به طور آشکار به یک طرف نزدیک‌تر هستند. برای تعیین مقدار باید جوری مقاومت را در جلوی چشم قرار بدهید که مجموعه نوارهای آن مجموعه نوارهای رنگی طرف چپ قرار بگیرد

برای خواندن مقاومت با کمک جدول زیر عمل میکنیم

0

سیاه

1

قهوه‌ای

2

قرمز

3

نارنجی

4

زرد

5

سبز

6

آبی

7

بنفش

8

خاکستری

9

سفید

ابتدا با خواندن دو نوار اول عدد دو رقمی را مشخص میکنیم و بعد با کمک نوار سوم تعداد صفر های جلوی آن را تعیین میکنیم. و اینجوری به عدد مقاومت میرسیم.
تذکر 1: اگر نوار سوم سیاه باشد به این معنی است که مقدار مقاومت همان عدد دو رقمی است و صفر اضافی ندارد.

تذکر 2: در مقاومت های کمتر از ده اهم ( یعنی یک رقمی ها ) نوار سوم طلایی است. در این جور مقاومت ها عدد دو رقمی حاصل از نوار های اول و دوم را باید در “0.1” ضرب کنیم تا عدد مقاومت در بیاید. یعنی به طور خلاصه یک ممیز بگذاریم بین دوتا نوار!

تذکر 3: اگر نوار سوم نقره ای بود یعنی مقاومت زیر 1 است، یعنی کلا مقدارش برابر کسری از اهم است و به یک اهم هم نمیرسد. در این جور مقاومت ها عدد دو رقمی حاصل از نوار های اول و دوم را باید در “0.01” ضرب کنیم. یعنی یک ممیز بگذاریم روی عدد و بعد بخوانیم!

اندازه گیری مقاومت های متغیر

علاوه بر مقاومت های ثابت، مقاومت های متغیر هم وجود دارد که کاربرد زیادی هم دارند برای مثال هم پیچ کنترل صدای رادیو و پیچ تنظیم نور چراغ خواب مقاومتهای متغیر هستند. رئوستا و پتانسیومتر دو نوع از این مقاومتها به حساب می آیند.

رئوستا به شکل شماتیک زیر در مدار ها دیده میشود

مقاومت این المان مداری میتواند بین صفر اهم تا مقدار معینی که در روی بدنه اش مشخص شده است تغییر کند. آن فلش که روی شکل دیده میشود هم موید همین مسئله است که: “قابل تغییر میباشیم!”

پتانسیومتر اما کمی پیچیده تر عمل میکند. اول شکل شماتیک آن را ببینید

این المان مداری سه تا سر دارد، مقاومت بین سر های a و b همیشه مقداری ثابت است. اما با حرکت کردن قسمت متحرک میتوانیم مقاومت های بین دو نقطه a و c و همچنین بین دو نقطه b و c را تغییر بدهیم. البته همانطور که میبینید جمع این دو مقاومت اخیر باید همان مقاومت ثابت اولیه بشود.

سوال: چطور میتوانیم با کمک یک پتانسیومتر یک رئوستا را شبیه سازی کنیم؟

مقاومت های سری و موازی:

این بخش از درس خیلی مورد توجه طراحان کنکور هم هست! چون یکی از سرگرمی های مهندسان الکترونیک این است که بنشینند شبکه های خفن از مقاومت ها تشکیل بدهند و بعد مقاومت معادل آن را با هزار بدبختی مصاحبه کنند!

ما دو نوع ساده از به هم بستن مقاومت ها که کاربرد زیادی را دارند در اینجا میگوییم و دوستان علاقه‌مند را به کتابهای مدار ارجاع میدهیم ( که البته اگر الکترونیکی نیستید، این کتابها خیلی دردی هم دوا نمیکنند!)

1-سری بستن مقاومت ها

در این حالت که در شکل هم پیدا است. مقدار مقاتومت معادل برابر جمع مقاومتهای تک تک است. یعنی

Re = R1 + R2 + R3

خوب ناگفته پیدا است هر مقاومتی که دنبال این سری بسته بشود باعث میشود مقاومت معادل بیشتر بشود. فرض کنید شما یک مقاومت 100 کیلو اهمی میخواهید اما یادتان رفته از بازار بخرید، بهترین کار این است که مثلا ده تا مقاومت یک کیلو اهمی را با هم سری کنید و یک مقاومت معادل ده کیلیو اهمی بسازید. ( البته مقاومت معادلش یک کمی از نظر ابعاد ده برابر یک مقاومت 100 کیلوی معمولی در می آید!)

2- موازی بستن مقاومت ها

در این سیستم به هم بستن مقاومتها همانطور که مبینید جریان بین راه های مختلف پخشن میشود و همین باعث میشود که مقاومت معادل کمتر از آن چیزی که به نظر بیاید باشد.

در حقیقت فرمول این مقاومت به شکل زیر است

در این سیستم اضافه کردن یک مقاومت معمولا باعث کمتر شدن مقاومت کل میشود ( در حقیقت راه فرار جدیدی برای الکترون ها پیدا میشود و جریان سریعتر میشود و در نتیجه مقاومت کاهش پیدا میکند. باور ندارید؟ مخرج مشترک گیری

رساناي الكتريكي (هادي)

به هر ماده اي كه بتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد رساناي الكتريكي يا هادي الكتريك (هدايت كننده جريان الكتريكي ) گويند مانند فلزات و به هر ماده كه نتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد نارسانا يا غيرهادي گويند مانند پلاستيك ، چرم ، كاغذ وغيره

 مقاومت چيست

 مقاومت  جسم هادي دو سري است كه در برابر عبور جريان مقاومت مي‌كند و ولتاژ دو سر آن متناسب با جريان عبوري از آن مي‌باشد

هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان ميدهد اين مقاومت باعث ميشود كه جريان عبوري از هادي محدود شود با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان جريان كل مدار را كنترل كرد .

مقدار مقاومت

مقدار مقاومت هادیها بستگي به جنس هادي و طول آن وسطح مقطع آن  دارد كه آن را بر حسب اهم مي سنجند L/A ρ  R= که  ρ  نشان دهنده جنس هادی و L  طول و A  سطح مقطع می باشد.

    نمایش مقاومت

    در الكترونيك مقاومت را با حرف R (ابتداي كلمه Resistor) نمايش مي‌دهند. مقدار ولتاژ دو سر يك مقاومت تنها به مقدار جريان عبوري بستگي دارد. قانون اهم بيانگر اين وابستگي مي‌باشد:

V/R=I    واحد اندازه گيري مقاومت اهم Ω مي‌باشدوهمچنین واحدهای بزرکتری مثل کیلواهم ومگا اهم نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

 تعریف اهم

  يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند (طبق قانون اهم)

 کاربردهای مقاومت سیمی

يكي از كارهايي كه مقاومت انجام می دهد  اين است  كه مقداري از جريان را تبديل به

گرما می کند در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده ميكنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه به آن المنت هم می گویند.

در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام می دهد می گوییم دستگاه انرژي الكتريكي را مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما را لازم نداشته باشيم می گوییم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي رو تلف كرده مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد مي شود .

شكل ظاهري مقاومتها

مقاومت ممكن است چندين حلقه سيم مسي نازك كه به دور هسته اي پيچيده شده است باشد ، و يا از مواد نيمه رسانا مانند كربن ساخته شده باشد. مواد نيمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بيشتري در برابر عبور جريان از خود نشان ميدهند. مقاومتها به اشكال و اندازه هاي مختلفي ساخته ميشوند كه رايجترين آنها ، مقاومتهاي رنگي هستند كه از آنها در جريانهاي پايين استفاده ميشود و در جريانهاي بالا معمولا از مقاومتهاي سراميكي يا آجري استفاده ميشود كه نسبت به مقاومتهاي رنگي حجم بيشتري دارند .

سمبل مداري مقاومت به اين شكلها است

 قرائت مقدار مقاومت

هما نطور که در شکل زیر مشاهده می کنید در مقاومتهای کر بنی با چهار رنگ مشخص شده است که عدد که رنگ اول ودوم نمایانگر عدد ورنگ سوم مشخص کننده تعداد صفر جلوی عدد ورنگ چهارم

بیانگر درصد خطا می باشد به عنوان مثال اگر مقاومتی از رنگهای قرمز –بنفش –سبز تشکیل شده باشد مقدار آن2700000 اهم یا 2.7مگا اهم است

درصد خطاي يك مقاومت :

رنگ چهارم درصد خطاي مقاومت ( تولرانس ) را نشان مي دهد . و در مثال بالا رنگ چهارم طلائي است و لذا خطاي مقاومت فوق مثبت و منفي 5 درصد است . يعني مقدار اين مقاومت 5 درصد

بيشتر يا 5 درصد كمتر از 270 كيلو اسهم است . در زير ميزان خطا براي رنگ هاي قهوه اي ، قرمز ، طلائي و نقره اي نشانداده شده است .

قهوه اي  ±1%

قرمز  ±2%

طلائي  ±5%

نقره اي  ±10%

مختصر نويسي مقدار مقاومتها :

در نقشه ها معمولاً بمنظور تند نويسي و مختصر نويسي ممكن است از عبارات مخففي نظير R  استفاده شود . در زير مثالهائي براي اطلاع علاقمندان آورده شده است .

560R means 560

2K7  means 2.7 k = 2700

39K  means 39 k

1M0  means 1.0 M = 1000 k

  ولتاژ

     ولتاژ يك نيروي ذخيره شده است كه باعث به حركت در آوردن الكترونها ميشود وآن را باVنمایش میدهند وواحد آن ولت است

  جریان

    حركت الكترونها در يك هادي (سيم) را جريان الكتريكي گويندو آن را باI نمایش می دهند وواحد آن آمپر است

  قانون اهم

    رابطه بين اين سه كميت مقاومت ، جريان ، ولتاژ آقای اهم کشف کرده بدین صورت

    مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم  I=V/R

   که  اين معادله را به اين صورت ها هم می توان نوشت
جريان / ولتاژ = مقاومت  R=V/I

   جريان × مقاومت = ولتاژ

 V=R/I 
در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) رو افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر ميشود

   مثال


   فرض ميكنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش رو به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم ميخواهيم ببينينم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكند
I=10/5 = 2 A

پس جريان دو آمپر از مقاومت عبور ميكند حالا اگر به جاي مقاومت 5 اهمي مقاومت 4 اهمي قرار بديم جرياني كه مقاومت از منبع تغذيه دريافت ميكند 2.5   آمپر ميشود

     پس نتيجه ميگيريم كه هر مقاومت يا هر مصرف كننده فقط به اندازه مورد نياز خود از منبع تغذيه، جريان ميكشد.

   توجه داشته باشيد وقتي يك منبع به مقاومتي جريان ميدهد اين جريان از خود منبع تغذيه هم عبور ميكند

   توان

  از حاصلضرب جريان و ولتاژ بدست مي آيد واحد آن وات (W) است يعني توان يك منبع 12 ولتي 2 آمپر  24=12*2  وات است كه نشان دهنده قدرت آن ميباشد

   براي هر عنصري كه در يك مدار الكتريكي وجود دارد ميتوان توان را محاسبه كرد بطور كلي دو نوع توان در يك مدار وجود دارد   1- توان توليدي كه توسط منبع تغذيه توليد ميشود    2- توان مصرفي كه

   توسط مصرف كننده ها مصرف ميشود ، در يك مدار هميشه توان توليدي با توان مصرفي برابر است (در صورت صرفنظر كردن از تلفات سيمهاي رابط)

   توانی كه يك مقاومت مصرف ميكند به جريان عبوری از آن بستگی دارد كه طبق رابطه زير محاسبه ميشود

P=R*I^2

  بطور كلی سه فرمول برای توان ميتوان نوشت

P=V^2/R 

P= V*I 

 

P=R*I^2 

  انواع مقاومت

  الف)ثابت

        1)مخلوط کربن(لایه کربن)

          2)لایه ای(لایه فلز- لایه اکسید فلز)

          3)سیمی(لایه اکسید فلز)

   ب)قابل تنظیم

         1)ولوم

           2)پتانسیومتر

   ج)متغیر(وابسته)

       1)وابسته به حرارت ((PTC-NTC

        2)وابسته به نورLDR

        3)وابسته به ولتاژVDR

  مقاومتهای ثابت

  مقاومت کربنی:کربن با عبور جریان از خود مقاومت نشان می دهد بنابر این در ساخت این مقاومت از ترکیب پودر کربن (گرافیت)+صمغ+مواد مقاوم(که در اثر حرارت وفشار به شکل دلخواه در                   می آید)

  مقدار

 

مقاومت=گرافیت/دیگر مواد

  مزیتهای این نوع مقاومت ارزانی وکوچکی وامکان ساخت تا100مگااهم  وعیوب آن داشتن ضریب حرارتی بالا وتولید اغتشاش زیاد وثبات کم

  مقاومت لایه ای: ابتدا روی میلهای از سرامیک شیارهایی حلزونی ایجاد می کنند وبعد روی آن لایه نازکی از کربن یا فلز ویا اکسید فلز رسوب می دهند که نوع کربنی ضریب حرارت     ونویز  کمی دارد وارزان است ونوع فلزی آن قیمتش بالاست

  مقاومت سیمی:سیم مقامت داری از جنس آلیاژ(نیکل-مس-…)را بر روی استوانه ای سرامیکی می پیچند وآن را در یک محفظه سیمانی با مقطع مربع یا مستطیل قرار می دهند وبه مقاومت آجری معروفند وبرای توانهای بالای 2 وات استفاده می شودبه عنوان کاهش دهنده ولتاژدر تلویزیونهای لامپی استفاده می شدوگاهی به عنوان مقاومت فیوزی (محافظتی) استفاده می شود زیرا

اگرجریان زیادی از آن عبور دهیم سیم

داخلی آن مانند مقاومت می سوزد مزیت آن این است که به هنگام سوختن شعله ور نشده وکاملا قطع می گردد وعیب آن داشتن خاصیت خود القاییست که با   پیچیدن سیم به صورت دولایی(فیلار)وسیمهای رفت وبرگشت وایجاد جریانهای مساوی مخالف تا حد زیاد خاصیت خود القایی آن را کم می کنند

   نکته:مقاومتهای کربنی ولایه ای پس از سوختن مقدار مقاومتشان افزایش می یابد وما از این راه می فهمیم مقاومت معیوب است

 مقاومتهای قابل تنظیم

     ولوم:چون اولین با ر به عنوان تغییر دهنده حجم صدا استفاده شده ولوم نامیده شده وسه نوع است 1)چرخان (دوتایی-سه تایی) 2)کشویی   3)ولوم استریو(ولوم دوبل)در نوع چرخان دوتایی وسه

  تایی هم محور هستند و با تغییر یک دسته بطور هم زمان مقدار آن تغییر می کند در ولوم استریو دسته ولوم دارای دو استئانه هم محور است که بطور مستقل هر یک ولوم مربوط به خود را تغییر می

  دهند البته بعضی از ولومها علاوه بر ولوم کلیدهم هستند.

 پتانسیومتر:از کربن ساخته شده ومعمولا برای توانهای حدود 2وات استفاده می شود برای توانهای بالا از نوع سیمی استفاده می شود وبه وسیله پیچ گوشتی تغییر می کن

 مقاومتهای وابسته

ترمیستور یا مقاومت تابع حرارت:

  الف)NTC :در صورت بالا رفتن دما مقدار مقاومت کاهش می یابد وآنرا از جنس اکسیدهای مختلف فلزات مثل آهن ومنگنز می سازند وبرای جلوگیری از ازدیاد جریان در لحظه روشن شدن دستگاه

  استفاده می شود  NTC   که در رادیو استفاده می شودعدسی رنگی (قرمز یا سبز ویا سفید است) واگر بسوزد قطع می شود و   NTC   که در تلویزیون استفاده می شودلولهای شکل وبا فیلامان

  سری می شود

   تا جریان به تدریج وارد تلویزیون شود زیرا در ابتدا سرد است

  ب)PTC:در اثر بالا رفتن حرارت مقدار مقاومت آن افزایش می ابدمقداراهم آ« در حرات 25 درجه بیان می شود.

    مقاومت تابع نور:

  فتو رزیستور یا   LDR مقاومتهایی هستند که مقدرار مقاومتشان با نور تغییر می کند که از سولفیت کادمیم ساخته شده و با تابیدن نور اهم آن کم می شوددر نور معمولا کمتراز 10اهم ودر تاریکی

  بیشر از 100کیلو اهم در مدارات به عنوان نو سنج مورد استفاده قرا ر می گیرند.