مقاومت و انواع آن

مقاومت

همان طور که قبلاً گفتیم، هرماده در برابر عبور جریان مقداری مقاومت از خود نشان می دهد. برخی هادیها مثل نقره، مس و آلومینیوم مقاومت کمی در برابر عبور جریان دارند. عایقهایی مثل شیشه، چوب و کاغذ در برابر عبور جریان مقاومت بالایی دارند. اندازه و نوع سیم ها در یک مدار الکتریکی، در یک مدار به گونه ای انتخاب می شود که مقاومت الکتریکی تا حد امکان کوچک باشد. این امر سبب می شود که جریان به راحتی درون هادی جاری شود. در یک مدار الکتریکی هر قدر قطر سطح مقطع سیم بزرگتر باشد، مقاومت الکتریکی در برابر عبور جریان کمتر است.

دما نیز بر مقاومت یک هادی الکتریکی تأثیر می گذارد. در بیشتر هادیها (مس، آلومینیوم و غیره) مقاومت با دما افزایش می یابد. کربن در این زمینه استثناست زیرا مقاومت آن با افزایش دما، کاهش می یابد. آلیاژهای فلزی (منگنز و کنستانتان) مقاومتی دارند که در اثر تغییر دما، تغییر نمی کند.

مقاومت نسبی چند هادی با طول و سطح مقطع یکسان درشکل نشان داده شده است. نقره به صورت استاندارد با ۱ نشان داده شده و بقیه فلزات به ترتیب بر اساس مقاومت افزایش یابنده مرتب شده اند.

مقاومت یک مدار الکتریکی با نماد R نمایش داده می شود. بخشهایی از مدار که با مقدار معینی مقاومت تولید می شوند، مقاومت نامیده می شود. مقاومت (R) بر حسب اهم اندازه گیری می شود. یک اهم مقاومت مداری است که وقتی یک ولت اختلاف پتانسیل به آن اعمال می شود یک آمپر جریان (یک کولن در ثانیه) از آن عبور کند.

هدایت

در الکتریسیته، عبارت معکوس مقاومت، هدایت (G) نام دارد. هدایت میزان قابلیت یک ماده برای عبور الکترون است. واحد اندازه گیری هدایت، موهو (Mho) یا عکس ohm است. نماد مورد استفاده برای نمایش هدایت، حرف یونانی امگا (Ʊ) است. هدایت، معکوس مقاومت است و با زیمنس (s) سنجیده می شود. مقدار معکوس یک عبارت با تقسیم یک بر آن عبارت به دست می آید.

R=1/G

G=1/R

اگر مقدار مقاومت ماده ای معلوم باشد، با تقسیم یک بر مقدار مقاومت، مقدار هدایت آن به دست خواهد آمد. به همین صورت اگر هدایت معلوم باشد با تقسیم یک بر آن، می توان میزان مقاومت را تعیین کرد.

مقاومتها

مقاومت، ویژگی کلیه قطعات الکتریکی است. گاهی، تأثیر مقاومت مخرب و گاه تأثیر آن دلخواه است. مقاومتها عناصری هستند که برای ایجاد مقاومت خاصی در برابر عبور جریان ساخته می شود. مقاومت (فیزیکی) پر کاربردترین عنصر در یک مدار الکتریکی است. مقاومتها با مقادیر ثابت یا متغیر در دسترس می باشند. اندازه و شکل مقاومتها برای سهولت استفاده از آنها در مدارها، فضاها و کاربردهای خاص متفاوت است. همان طور که در شکل نشان داده شده است، مقاومتها به صورت یک سری خطوط دندانه دندانه نمایش داده می شود.

تلرانس یک مقاومت مقداری است که مقاومت می تواند به آن اندازه تغییر کند ولی قابل قبول باشد. وقتی مقدار بسیار دقیق برای مقاومت مورد نیاز نیست، نگه داشتن مقاومت در یک مقدار خاص برای سازنده بسیار پر هزینه است. لذا هر چه تلرانس بیشتر باشد، ساخت مقاومت ارزانتر است. مقاومتها با تلرانس های ±۲۰%، ±۱۰%، ±۵%، ±۲% و ±۱% موجود هستند. مقاومتهای بسیار دقیق با تلرانس های کوچکتر عرضه می شوند. در بسیاری از مدارهای الکترونیکی، مقاومتهای ۱۰% نتیجه بخش هستند.

جهت یکسان سازی، تولید کنندگان قطعات الکترونیکی تعدادی مقاومت استاندارد را پیشنهاد می کنند. شکل زیر تعدادی از مقادیر مقاومتی را برای مقاومتها با تلرانس ۵%±، ۱۰%± و ۲۰%± نشان می دهد. پس از بدست آوردن مقدار مقاومت از روی جدول، عدد مقاومت در مقدار مرتبط با رنگ محدوده ضرب کننده آن ضرب می شود.

مقاومتها بر اساس ماده سازنده خود به سه دسته اصلی تقسیم می شوند. مقاومتهای ترکیب کربنی قالب ریزی شده، مقاومتهای سیم پیچی شده و مقاومتهای فیلمی.

تا این اواخر، مقاومتهای ترکیبی کربنی قالب ریزی شده، پر کاربردترین مقاومتها در مدارهای الکترونیکی بودند. این نوع مقاومت در مقادیر استاندارد ساخته می شود. مقاومتهای سیم پیچی شده از جنس آلیاژ نیکل کروم به شکل سرامیکی ساخته می شوند. سرها به هم وصل می شوند و مقاومت حاصله توسط یک روکش نهایی، عایق می شود. مقاومتهای سیم پیچی شده در مدارهای جریان بالا که در آنها دقت بالا مورد نیاز است قرار می گیرند. محدوده مقاومت از کسری از یک اهم تا چند هزار اهم متغیر است.

مقاومتهای فیلمی بسیار معروف هستند، زیرا به کوچکی مقاومتهای ترکیب کربنی می باشند و دقت آنها به اندازۀ دقت مقاومتهای سیم پیچی شده است. یک لایه نازک کربن یا آلیاژ فلز روی یک هسته سرامیکی استوانه ای می نشیند و با روکش شیشه یا اپوکسی عایق می شود. مقدار مقاومت با ایجاد یک برش حلزونی درون لایه نازک، تنظیم می گردد که در واقع طول مقاومت را تغییر می دهد. هر قدر فاصله گامهای برش حلزونی به هم نزدیکتر باشد مقاومت بیشتر است. مقاومتهای فیلم کربنی از ۱۰ اهم تا ۲.۵ مگااهم با تلرانس ۱%± موجود می باشند. مقاومتهای فیلم فلزی از نظر ظاهری شبیه مقاومتهای فیلم کربنی هستند ولی ارزانترند. محدوده این مقاومتها از ۱۰ اهم تا ۱.۵ مگا اهم با تلرانس ۱%± می باشد گر چه تلرانس هایی با مقدار ۱%± نیز موجود می باشد. نوع دیگر مقاومتهای فیلمی، مقاومت اکسید قلع است. این نوع مقاومت شامل لایه نازکی از اکسید قلع روی یک بستر سرامیکی است.

مقاومتهای نصب شونده سطحی برای استفاده در مدارهای کوچک مناسبند. یک لایه نازک کربن یا آلیاژ فلز روی یک پایه یا بستر سرامیکی قرار می گیرد. اتصال عنصر مقاومتی به صفحه مدار چاپی از طریق سرهای فلزی صورت می گیرد که طول اتصال را صفر می کند. در عمل، این سرها مستقیماً با استفاده از روال لحیم کاری خودکار به مسیرهای هادی صفحه مدار چاپی وصل می شوند. کاهش تعداد سرهای بلند برای لحیم کردن به صفحه مدار چاپی، مزایای زیادی دارد. یکی از این مزایا، وزن کمتر، اندازه کوچکتر صفحه مدار چاپی و استفاده از روالهای مونتاژ خودکار است. مقاومتهای نصب شونده سطحی در انواع لایه نازک و لایه ضخیم موجود می باشند. محدودۀ مقاومت آنها از صفر اهم تا ده مگااهم با تلرانس ۵%± تا ۱/۰%± با قابلیت تأمین توان ۱۶/۱ وات تا ۱ وات می باشد.

مقاومتهای متغیر به مقاومت اجازه تغییر می دهند. این مقاومتها دارای عنصر مقاومتی از نوع ترکیب کربنی یا سیمی هستندکه به دو پایانه متصل شده است. پایانه سوم به یک سر متحرک وصل شده است که به یک میله متصل است. با چرخش محور، بازوی محرک در طول عنصر مقاومتی می لغزد. با دوران محور، مقاومت بین پایانه مرکزی و یک پایانه خارجی افزایش می یابد و در این حال مقاومت بین پایانه مرکزی و پایانه خارجی دیگر کاهش پیدا می کند.

مقاومت مقاومتهای متغیر می تواند به صورت خطی (کم شونده خطی) یا لگاریتمی (کم شونده صوتی) تغییر کند.

یک مقاومت متغیر که برای کنترل ولتاژ استفاده می شود، پتانسیومتر یا pot نامیده می شود. مقاومت متغیری که برای کنترل جریان به کار می رود رئوستا نام دارد.