مقاومت الکتریکی
مقاومتها از موادی ساخته شدهاند که میتوانند در برابر عبور جریان الکتریسیته مقاومت کنند و عبور جریان الکتریسیته را محدود کنند. مقاومتهای مختلفی وجود دارد که متناسب با ساختاری که دارند کاربردهای متفاوتی دارند اما بطور کلی مقاومت در برابر عبور جریان الکتریسیته مقاومت میکند و جریان و ولتاژ را کاهش میدهد.
واحد اندازهگیری مقدار مقاومت الکتریکی (اهم) است که آن را با علامت (Ω\OmegaΩ) نشان میدهند و مقاومت الکتریکی را با حرف (ΩRΩ) که از کلمه Resistor گرفته شده است نشان میدهند.
انواع مقاومت
مقاومتهای الکتریکی انواع مختلفی دارند. اما به طور کلی به ۲ دسته تقسیم میشوند:
- مقاومت ثابت
- مقاومت متغیر
هر کدام از این مقاومتها انواع مختلفی دارند و به دستههای مختلفی تقسیم میشوند.
مقاومتهای ثابت
مقاومت فیبر کربنی:
معمولاً افراد مقاومت را با این نوع میشناسند زیرا رایجترین مقاومت مورد استفاده در مدارهای الکترونیکی میباشد. این نوع مقاومتها دارای نوارهای رنگی روی خود میباشند که با خواندن آنها میتوان میزان مقاومت را فهمید.
معمولاً توان این مقاومتها Ω1/8Ω وات، Ω1/4Ω وات و Ω1/2Ω وات (و تلرانس ۵%) میباشد و حداکثر مقدار ۱۰۰ مگا اهم را فراهم میکنند.
مقاومتهای متغیر
مقاومتهای متغیر دو نوع دارند. یکی از آنها پتانسیومترو دیگری رئوستا میباشد. پتانسیومتر برای تنظیم ولتاژ ولی رئوستا برای کنترل جریان استفاده میشود. (رئوستا همان پتانسیومتر میباشد که یک طرف آن آزاد است.)
تعریف مقاومت الکتریکی همراه با مثال:
برای عملکرد مقاومت میتوان آبی را مثال زد که از یک لوله عبور میکند. جریان آب همانند جریان الکتریکی درون مدار الکتریکی میباشد، اختلاف فشار نیز موجب حرکت آب میگردد و اگر بخواهیم آنها را با هم مقایسه کنیم میبینیم که اختلاف ولتاژ نیز موجب حرکت جریان الکتریکی میشود.
اگر ما بر سر راه آب یک مقاومت قرار دهیم جریان آب نیز کاهش خواهد یافت، مقاومت در واقع همین کار را انجام میدهد. مقاومتی که قطعه از خود نشان میدهد موجب کاهش جریان الکتریکی نیز میگردد.
اگر این آزمایش را انجام دهید میبینید که فشار آب شکسته میشود و فشار از سمتی که آب وارد لوله میشود بیشتر از سمتی است که آب از آن خارج میشود.
مقاومت نیز همین اثر مشابه را از خود به جای میگذارد و موجب افت ولتاژ میگردد، رابطه بین جریان الکتریکی، مقاومت و ولتاژ توسط قانون اهم شرح داده میشود.
کاربرد مقاومت در مدارات الکترونیک:
میدانیم که هر قطعه الکترونیک برای راهاندازی نیاز به ولتاژ مشخصی دارد. به عنوان مثال فرض کنید مداری متشکل از الایدی (LED)، آرمیچر و ترانزیستور دارید و الایدی برای راهاندازی به ۳ ولت و آرمیچر به ۶ ولت و ترانزیستور به ۵ ولت نیاز دارد، و اگر به هر قطعه بیشتر یا کمتر از ولتاژ کاری آن ولتاژ دهیم عملکرد آن قطعه دچار اختلال میشود.
با این شرایط از چه منبع انرژی با چه ولتاژی میتوانیم استفاده کنیم؟
آیا از چندین باتری با ولتاژهای مختلف برای هر قطعه استفاده نماییم؟
امکان استفاده از چندین باتری یا منبع انرژی در یک مدار وجود ندارد بنابراین باید از یک منبع انرژی (باتری) استفاده نماییم و برای کاهش و کنترل ولتاژ و جریان ورودی به هر قطعه، از مقاومت الکتریکی در مسیر قطعه با ساختار مناسب استفاده نماییم.
نحوه تشخیص و محاسبه مقدار اهم مقاومت:
معمولاً مقاومتها بر اساس مقدار نامی یا «مقدار مطلوب» (Preferred Value)، ساخته میشوند. اگر ابعاد فیزیکی مقاومت به اندازه کافی بزرگ باشد، مقدار، تلرانس و درجهبندی توانی آن، به عدد یا حروف روی بدنه چاپ میشود.
اما اگر ابعاد فیزیکی مقاومت کوچک باشد (مثل مقاومت فیلمی یا مقاومت ترکیب کربنی با توان ۰.۲۵ وات)، این مشخصات به طریق دیگری غیر از چاپ مشخص میشود. برای غلبه بر این مشکل، در مقاومتهای کوچک از نوارهای رنگی استفاده میشود. به عبارت دیگر، مقدار مقاومت و تلرانس آن را با یک کد رنگی مشخص میکنند.
اندازه فیزیکی مقاومت نیز نشاندهنده قابلیت تحمل توان یا درجهبندی توان آن است. باندهای نواری رنگی، منجر به یک سیستم تشخیص مقدار مقاومت میشود که «کد رنگی مقاومت (Resistor Color Code)» نام دارد.
محاسبه مقاومت از روی رنگ
جدول کدهای رنگی
برای نوشتن مقدار اهم مقاومتها روی مقاومتهای کربنی کدهای رنگی قرار داده شده است. هر رنگ معنای مشخص خود را دارد. با بررسی و خواندن این رنگها میتوانید مقدار عدد اهم و (تلرانس) مقاومت را پیدا کنید.
روش کد خوانی مقدار مقاومت
مقدار مقاومت الکتریکی همیشه از چپ به راست خوانده میشود. برای محاسبه مقدار مقاومت، نوار رنگی با پهنای بیشتر باید در سمت راست قرار بگیرد. این نوار نمایانگر تلرانس یا دقت مقاومت است.
با تطبیق رنگ اول از سمت چپ و شماره آن در ستون ارقام، اولین رقم مقدار مقاومت مشخص میشود. به همین ترتیب با تطبیق دومین رنگ از سمت چپ با شماره آن در ستون ارقام، دومین رقم مقدار مقاومت نیز مشخص میشود. سپس عدد رنگ دوم در کنار عدد رنگ اول و در سمت راست آن قرار میگیرد. به این ترتیب مقدار مقاومت از سمت چپ به سمت راست نوشته میشود.
کد رنگی مقاومت، سیستمی مناسب برای محاسبه مقدار آن است. اما برای رسیدن به مقدار صحیحِ مقاومت، لازم است طریقه کارکرد آن را نیز بدانیم. نوار رنگی سمت چپ، مهمترین نوار رنگی و نزدیکترین نوار به پایه مقاومت است. این نوار، اولین عدد مقاومت را مشخص میکند. مقدار مقاومت از چپ به راست به صورت زیر نوشته میشود:
مثال ۱:
نوارهای رنگی یک مقاومت، از چپ به راست، به ترتیب، آبی، خاکستری، قهوهای و طلایی است. مقدار مقاومت را بیابید.
پاسخ:
واضح است که این مقاومت چهار باند نواری دارد. با توجه به جدول بالا، اولین رقم مقدار مقاومت برای رنگ آبی ۶ و دومین رقم ۸ است. رقم سوم، ضریب و رقم آخر، تلرانس مقاومت را نشان میدهد. این اعداد را کنار هم میگذاریم و مقدار مقاومت به اهم را میخوانیم. در صورت نیاز، مقدار مقاومت به کیلواهم و مگااهم تبدیل میشود. بنابراین مقدار این مقاومت Ω68 \times 10Ω اهم با تلرانس ۵ درصد است. این تلرانس توسط کارخانه تعیین میشود. به این معنی که مقدار مقاومت، در پنج درصد محدوده مقدار نامی آن تغییر میکند. به عبارت دیگر، مقدار مقاومت ممکن است تا ۳۴ اهم نسبت به ۶۸۰ اهم خطا داشته باشد.
ΩΩ 680 \times 5\Ω = 34 \Omega \rightarrow R = 680 \pm 34 \Omega ΩΩ
مثال ۲
مقاومتی به رنگهای آبی، خاکستری، قرمز و طلایی داریم. مقدار این مقاومت را محاسبه کنید.
پاسخ:
با توجه به جدول بالا مقدار مقاومت ۶۸۰۰ اهم معادل ۶.۸ کیلواهم با تلرانس ۵ درصد است.
همانطور که اشاره کردیم، نوارهای رنگی چهارم و پنجم برای محاسبه تلرانس مقاومت به کار میروند. تلرانس یک مقاومت، مقدار خطای مقاومت از مقدار نامی یا مطلوب آن است. این خطاها در فرآیند ساختِ مقاومت روی میدهد. تلرانس مقاومتهای فیلمی از یک تا ده درصد متغیر است. مقاومتهای کربنی نیز ممکن است تلرانسی معادل ۲۰ درصد داشته باشند که عدد بزرگی است و دقت کمِ این نوع مقاومتها را نشان میدهد.
مقاومت با تلرانس کمتر از ۲ درصد را مقاومتِ دقیق مینامیم. اغلبِ مقاومتهایی که پنج نوار رنگی دارند، در دستهبندی مقاومتهای دقیق قرار میگیرند. تلرانس این مقاومتها حدوداً ۱ تا ۲ درصد است. این در حالی است که اغلب مقاومتهای چهار نواره، تلرانسی در حدود ۵٪، ۱۰٪ و ۲۰٪ درصد دارند. اگر یک مقاومت، نوار رنگی چهارم را نداشته باشد، تلرانس آن را به صورت قراردادی برابر ۲۰٪ در نظر میگیریم. مقاومتهای با تلرانس کمتر، معمولاً قیمت بالاتری دارند.