مقاومت الكتريكی

در این مقاله قصد داریم تا با مفهوم مقاومت‌ الکتریکی، واحد اندازه‌گیری و انواع آن آشنا شویم.

مقاومت الکتریکی (Resistor) چیست؟

مقاومت الکتریکی یکی از اساسی‌ترین قطعات الکترونیک است که هدف آن جلوگیری از عبور یا به عبارتی دیگر محدود کردن جریان و اعمال کاهش ولتاژ است. این قطعه شامل دو سیم هادی است که در انتها یا دو طرف یک هادی الکتریکی نسبتاً ضعیف متصل شده‌اند.

در شکل 1 دو نماد متداول که در مدارات الکتریکی برای نمایش مقاومت الکتریکی استفاده می شود، نشان داده شده است.

شکل 1: نمادهای مقاومت الکتریکی

واحد اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی

مقدار مقاومت بر حسب واحد اهم اندازه‌گیری می‌شود که به طور جهانی با نماد امگا یونانی، Ω نشان داده می‌شود. حروف K یا M بیانگر این است که مقدار نشان داده شده برای مقاومت به ترتیب هزاران اهم یا میلیون‌ها اهم است. این حروف جایگزین نقطه اعشار می‌شوند. بنابراین یک مقاومت 4.7K ممکن است به صورت 4K7 و یک مقاومت 3.3M ممکن است به صورت 3M3 نشان داده شود.

اهداف استفاده از مقاومت الکتریکی در مدارات

مقاومت‌های الکتریکی با اهداف مختلفی در مدارات مورد استفاده قرار می‌گیرند که در زیر به چند مورد از پر کاربردترین آنها اشاره شده است:

1. محدود کردن نرخ شارژ خازن
2. تأمین ولتاژ کنترل مناسب برای نیمه هادی‌ها مانند ترانزیستورهای دوقطبی
3. محافظت از LED ها یا سایر نیمه هادی‌ها در برابر جریان بیش از حد
4. تنظیم یا محدود کردن پاسخ فرکانسی در مدار صوتی (در ارتباط با سایر اجزا)
5. بالا کشیدن یا پایین کشیدن ولتاژ در پایه ورودی یک تراشه منطقی دیجیتال
6. کنترل ولتاژ در نقطه ای از مدار

نکته : در مورد شماره 6، ممکن است دو مقاومت به صورت سری قرار داده شوند تا با همدیگر یک تقسیم کننده ولتاژ ایجاد کنند.

شکل ظاهری مقاومت‌ها

چند نمونه مقاومت با مقادیر مختلف در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که در شکل 2 مشخص است، مقاومت‌ با رنگ‌های بدنه مختلفی وجود دارند. هر رنگ بیانگر ویژگی است که در زیر به آنها اشاره شده است.

شکل 2: نمونه ای از انواع مختلف مقاومت

بدنه بژ رنگ یک مقاومت معمولاً نشان دهنده درصد خطا 5٪ است در حالی که بدنه آبی رنگ اغلب نشان دهنده درصد خطا 1٪ یا 2٪ است.
مقاومت‌های بدنه آبی و مقاومت قهوه‌ای تیره حاوی عناصر فیلم اکسید فلزی هستند، در حالی که مقاومت‌های بدنه بژ و مقاومت سبز حاوی لایه کربنی هستند.

ابعاد مختلف مقاومت و توان آن

در شکل 3 مقدار توان برحسب ابعاد آن نشان داده شده است:

شکل 3: ابعاد مقاومت و توان آن

تشخيص توان مقاومت از شکل ظاهری آن

مقادیر اتلاف توان و دقت (تلرانس) مقاومتها در زیر نشان داده شده است:

انواع مقاومت

مقاومت های محوری (Axial resistors): دارای دو سرب هستند که از انتهای مخالف یک بدنه معمولاً استوانه ای خارج می شوند.
مقاومت شعاعی (Radial resistors): مقاومت های شعاعی دارای سرب های موازی هستند که از یک طرف بدنه بیرون می آیند و رایج نیستند.
مقاومت های دقیق (Precision resistors): مقاومت‌های دقیق معمولاً به‌صورتی تعریف می‌شوند که درصد خطای آنها بیشتر از مثبت یا منفی 1٪ نباشد.
مقاومت های همه منظوره (General-purpose resistors): مقاومت های همه منظوره پایداری و دقت کمتری دارند.
مقاومت های قدرت (Power resistors): مقاومت‌های قدرت معمولاً دارای اتلاف 1 یا 2 وات یا بیشتر هستند، به ویژه در منابع تغذیه یا تقویت‌کننده‌های قدرت. از نظر فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است نیاز به هیت سینک یا خنک کننده فن داشته باشند.
مقاومت های سیم پیچ (Wire-wound resistors): از مقاومت های سیم پیچی در جایی استفاده می شود که قطعه باید حرارت قابل توجهی را تحمل کند. یک مقاومت سیمی اغلب از یک لوله یا هسته عایق مسطح یا استوانه ای تشکیل شده است که چندین دور سیم مقاومتی به دور آن پیچیده شده است. سیم معمولاً یک آلیاژ نیکل کروم است که به عنوان نیکروم شناخته می شود (گاهی اوقات به عنوان نیکل کروم نوشته می شود) و در یک پوشش محافظ فرو می رود.
مقاومت های فیلم ضخیم (Thick film resistors): مقاومت های فیلم ضخیم گاهی اوقات به صورت تخت و مربعی ساخته می شوند.
مقاومت های سطحی (Surface-mount resistors): مقاومت‌های سطحی معمولاً از یک لایه جوهر مقاومتی تشکیل شده‌اند که روی یک قرص از ترکیب سرامیکی اکسید آلومینیوم چاپ می‌شود، اغلب تقریباً 6 میلی‌متر طول دارد که به عنوان فاکتور فرم 2512 شناخته می‌شود. هر مقاومت سطحی دارای دو انتهای نیکل اندود شده با لحیم کاری است که با اتصال مقاومت به برد مدار ذوب می شود. سطح بالایی معمولاً با اپوکسی سیاه پوشانده می شود تا از عنصر مقاومتی محافظت کند.

مقاومت آرایه ای (Resistor Array)

مقاومت آرایه ای بعنوان یک شبکه مقاومت یا نردبان مقاومت شناخته می شود و از یک تراشه حاوی چندین مقاومت با ارزش برابر تشکیل شده است. در شکل 4 انواع مختلف مقاومت آرایه‌ای در بسته بندی های SIP و DIP نشان داده شده است:

شکل 4: مقاومت آرایه‌ای در بسته بندی های SIP و DIP

بسته بندی‌های SIP مقاومت آرایه‌ای

single-inline package (or SIP):

- یک آرایه مقاومت در یک بسته تک خطی (یا SIP) ممکن است سه پیکربندی داخلی ممکن داشته باشد: ایزوله، گذرگاه مشترک، و دو پایانه.
- این پیکربندی‌ها به ترتیب در بالا، مرکز و پایین در شکل 5 نشان داده شده اند.
- نوع ایزوله معمولاً در SIP با 6، 8 یا 10 پین موجود است.
- پیکربندی های باس مشترک و دو پایانه معمولاً دارای 8، 9، 10 یا 11 پین هستند.

شکل 5:چندین مقاومت را می توان در یک بسته تک خطی (SIP) در قالب‌های مختلف جاسازی کرد.

بسته بندی‌های DIP مقاومت آرایه‌ای

dual-inline package (DIP):

بسته دو خطی(DIP) در شکل 6 نشان داده شده است.
در بالای تصویر ، مقاومت های ایزوله معمولاً در DIP با 4، 7، 8، 9 یا 10 پین در دسترس هستند.
در مرکز تصویر، پیکربندی باس مشترک در DIP با 8، 14، 16، 18 یا 20 پین در دسترس است.
در پایین تصویر، پیکربندی دو پایانه معمولاً دارای 8، 14، 16، 18 یا 20 پین است.

شکل 6: چندین مقاومت را می توان در یک بسته دوگانه(DIP) در قالب های مختلف جاسازی کرد.

مقادیر مقاومت‌ها

مقادیر مقاومت ها معمولا در حد اهم، کیلو اهم و مگا اهم می باشد و در موارد خاص مقادیر مقاومت کمتر 1 اهم (در حد چند میلی اهم) استفاده می شود.

شکل 7 مقادیر معادل مقاومت‌ها در رنج اهم، کیلو اهم و مگا اهم می باشد.

شکل 7: مقادیر معادل مقاومت‌ها در رنج اهم، کیلو اهم و مگا اهم

درصد خطای مقاومت‌ها

درصد خطا یا دقت یک مقاومت ممکن است از مثبت یا منفی 0.001٪ تا مثبت یا منفی 20٪ متغیر باشد، اما معمولاً مثبت یا منفی 1٪، 2٪، 5٪ یا 10٪ است.

کدگذاری مقادیر مقاومت‌ها

مقاومت های محوری از طریق سوراخ به طور سنتی به همراه سه نوار رنگی برای بیان مقدار مقاومت چاپ می شوند، هر یک از دو نوار اول یک رقم از 0 تا 9 را نشان می دهد، در حالی که نوار سوم ضریب اعشاری (تعداد صفرها) را نشان می دهد.
نوار چهارم نقره یا طلا به ترتیب درصد خطا 10٪ یا 5٪ را نشان می دهد.
اکنون بسیاری از مقاومت‌ها دارای پنج نوار رنگی هستند که امکان نمایش مقادیر میانی یا کسری را فراهم می‌کنند.
در این طرح، سه نوار اول دارای مقادیر عددی هستند (با استفاده از همان سیستم رنگی قبلی) در حالی که باند چهارم ضریب است.
باند پنجم، در انتهای مخالف مقاومت، درصد خطای آن را نشان می دهد.

در شکل 8 مقدار عددی هر رنگ در بالای شکل نشان داده شده است.

درصد خطا یا دقت یک مقاومت که به صورت درصد مثبت یا منفی بیان می‌شود، با استفاده از نوارهای نقره‌ای، طلایی و رنگ‌های مختلف در پایین شکل نشان داده شده است.