مقاومت چیست و چگونه کار می کند؟

در این مقاله قصد داریم در خصوص مقاومت ها (Resistors)، تاریخچه آنها، کاربردشان، نحوه تست و اندازه گیری آنها و همچنین نحوه استفاده از این قطعات صحبت کنیم.

 

تاریخچه مقاومت ها

اولین رزیستورها در دهه ۱۹۰۰ میلادی توسط فیزیک‌دان‌هایی مانند ادوارد آرنولد و هرمان هایزنگر اختراع شدند. آن‌ها با استفاده از مواد مختلفی مانند فلزات و کریستال‌ها، رزیستورهای اولیه‌ای را ساختند که به عنوان مقاومت‌های الکتریکی مورد استفاده قرار گرفتند.در دهه ۱۹۳۰، رزیستورهای سری ۲۰۰ و ۲۰۰۰ سری محبوب شدند که در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف استفاده می‌شدند. با پیشرفت‌های فناوری، مقاومت های سری ۵۰۰ و ۵۰۰۰ نیز به طور مداوم توسعه یافتند و محبوبیت بیشتری یافتند.در دهه ۱۹۶۰، رزیستورهای سری ۱۰۰۰ و ۱۰۰۰۰ به عنوان رزیستورهای جدیدی معرفی شدند که دستگاه‌های الکترونیکی مدرن را تحت تأثیر قرار دادند. این مقاومت ها با دستگاه‌های جدیدتر و پیشرفته‌تر مانند کامپیوترها و تلفن‌ها همراه بودند.در دهه‌های اخیر، مقاومت های سری ۱۰۰۰۰۰ و بالاتر از آن، با استفاده از فناوری‌های نوین مانند نانوتکنولوژی و مواد نوین، توسعه یافته‌اند و دستگاه‌های الکترونیکی مدرن را به سمت پیشرفت‌های بیشتر هدایت کرده‌اند.

 

مقاومت چیست؟

یکی از اساسی ترین و مهم ترین اجزای مدار های الکتریکی که در اکثر وسایل استفاده  مقاومت ها هستند که به دو صورت سری و موازی بسته می شوند. وظیفه اصلی مقاومت ها محدود کردن جریانی است که از آنها عبور می کند و باعث کنترل ولتاژ در مدارها می شوند. واحد اندازه گیری آن اهم است که به افتخار دانشمند بزرگ فعال در این حوزه نامگذاری شده است.

ساختار مقاومت ها به صورت یک ماده بخصوص بین دو پایه فلزی است که توسط لایه ای محافظ پوشیده می شود. ماده مقاومتی می‌تواند از مواد مختلفی مانند کربن، فلز یا فیلم‌های نازک ساخته شود. مقاومت‌های کربنی معمولاً از پودر کربن هستند و از جمله ساده‌ترین و ارزان‌ترین انواع مقاومت‌ها به شمار می‌روند. همچنین مقاومت های فلزی از جمله مقاومت های پایدارتر و دقیق تری اند که برای موارد صنعتی بیشتر استفاده می گردند.

 

تعریف ریاضی مقاومت

می خواهیم یک تعریف ریاضی دقیق از کلمه مقاومت داشته باشیم:

فرض کنید ما یک ولتاژ در دو سر مقاومت قرار دهیم و آن را بر جریان عبوری از مقاومت تقسیم کنیم نتیجه ای که از این تقسیم بدست می آوریم همان چیزی است که به آن اندازه مقاومت می گوییم. به این رابطه، رابطه اهم می گویند. هر چند که این رابطه واقعا یک قانون فیزیکی نیست ولی یک تعریف دلخواه است که آن را باکلمه (رزیستنس) به معنی اندازه مقاومت ساخته ایم.

همان طور که می دانیم قوانین فیزیکی به ما می گویند که جهان اطراف ما چگونه کار می کند، قانون اهم هم دقیقا می خواهد بگوید که جهان اطراف چگونه کار می کند. اگر مثلا مقدار مقاومت یک ماده همیشه ثابت باشد، وقتی جریان از یک ماده عبور می کند آن ماده داغ می شود و همین طور با تغییر دما هم اندازه مقاومت تغییر می کند. در بیشتر مقاومت ها این اثر نسبتا کوچک است ولی در مورد بعضی مقاومت ها هم این اثر می تواند خیلی بزرگ باشد اگر این اثر بزرگ باشد ما می توانیم از مقاومت به عنوان یک سنسور دما سنج استفاده کنیم.

 

مقاومت ها چگونه کار می کنند؟

مقاومت‌های الکتریکی یا رزیستورها، المان‌هایی هستند که جریان الکتریکی را در مدار کنترل و محدود می‌کنند. عملکرد آن‌ها بر اساس اصل فیزیکی قانون اهم است که بیان می‌کند ولتاژ (V) برابر است با جریان (I) ضربدر مقاومت (R)، یعنی V = I*R.

وقتی یک جریان الکتریکی از طریق یک مقاومت عبور می‌کند، الکترون‌ها با مقاومت موجود در ماده مواجه می‌شوند و به دلیل این برخوردها، انرژی خود را به شکل گرما از دست می‌دهند. مقاومت‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی کاربردهای گسترده‌ای دارند، از تنظیم جریان گرفته تا تقسیم ولتاژ و محافظت از اجزای حساس در برابر جریان‌های بیش از حد.

 

 

انواع مقاومت ها

مقاومت ها را می‌توان به دسته های مختلفی تقسیم کرد:

مقاومت های ثابت

• مقاومت های کربنی
• مقاومت های فیلم کربنی
• مقاومت های فیلم فلزی
• مقاومت های فیلم ضخیم
• مقاومت های سیم پیچی
• مقاومت های اکسید فلزی

 

مقاومت های متغیر

• پتانسیومترها
• تریمرها
• رئوستات ها
• ولوم
• مولتی ترن

 

مقاومت های ویژه

• ترمیستورها
• فتورزیستورها
• فاریستورها
• پیزورزیستورها
• مقاومت های غیر خطی

 

مقاومت های ثابت:

دارای مقدار ثابت و غیرقابل تغییری اند که همانطور که مشاهده کردید از دسته های فلزی، فیلمی و کربنی اند.

 

مقاومت های متغیر:

این نوع مقاومت‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که مقدار مقاومت آنها قابل تنظیم باشد. پتانسیومترها و رئوستاها از این دسته هستند که در کاربردهایی مانند تنظیم ولتاژ و جریان به کار می‌روند. رئوستا یک مقاومت مدور است.

 

مقاومت های ویژه:

مقاومت های حرارتی یا ترمیستورها: این نوع مقاومت‌ها دارای مقدار مقاومتی هستند که با تغییر دما تغییر می‌کند. این ها خود دو دسته اند دسته‌ای که با زیاد شدن دما، مقاومت هم به طور مستقیم افزایش پیدا میکند و دسته دیگر که با کاهش دما مقاومت افزایش پیدا میکند یعنی رابطه معکوس با دما دارد.

 

مقاومت های نوری:

این نوع مقاومت‌ها حساس به نور هستند و مقدار مقاومت آنها با تغییر شدت نور تغییر می‌کند. این مقاومت‌ها در سنسورها و مدارهای حساس به نور کاربرد دارند.

مقاومت های غیر خطی:

مقاومت هایی هستند که مقدار آنها بصورت خطی با تغییر ولتاژ و جریان تغییری نمی کند از جمله این مقاومت ها میتوان به دیودها اشاره کرد.

 

مقاومت فیلم فلزی:

این مقاومت بسیار زیاد به مقاومت های فیبر کربنی شباهت دارد ولی دارای دقت بالاتری می باشد.

این نوع مقاومت ها با (تلرانس) های%0.5 ، %1 ، %2 دقت بیشتری نسبت به مقاومت های کربنی دارند و چون نویز کمتری ایجاد می کنند و دما را کمتر بالا می برند عمر طولانی تری دارند و کمتر خراب می شوند و نیاز به تعویض پیدا نمی کنند.

 

مقاومت سیمی:

مقاومت های سیمی دارای دو نوع هستند. یکی از آنها مقاومت قدرتی و دیگری دقتی می باشد.

مقاومت قدرتی دارای توان بالایی هستند و از 2 تا 300 وات توان دارند که می توانند جریان زیادی را از خود عبور دهند ولی مقاومت دقتی دارای توان زیر 2 وات هستند که جریان کمی را عبور می دهند.

 

مقاومت لایه ای:

این مقاومت ها ترکیبی از مقاومت های کربنی با سیمی می باشند. این ترکیب باعث می شود که مقاومت ها ارزان تر و دقیق تر باشند که ویژگی مهمی برای طراحان مدار های الکتریکی است.

 

مقاومت شبکه ای:

امروزه با پیشرفت تکنولوژی هر روز وسایل الکترونیک کوچک تر می شوند. پس طراحی مدار های کوچک تر با کارایی مناسب بسیار اهمیت دارد. مقاومت های شبکه ای برای این طراحی شده اند که مدار های الکترونیکی  کوچک تر شوند. این مقاومت دارای پایه های متفاوت است که مطابق با طراحی مدار شما مورد استفاده قرار می گیرد.

 

علل خرابی مقاومت‌ها

برای خراب شدن مقاومت ها چندین علت وجود دارد. در اکثر مواقع این مشکل بخاطر فشار بیش از حد جریانی یا دمایی به مقاومت و در نتیجه شکستن آن است. گاهی مقاومت به گونه‌ای که ما می‌بینیم نمی‌شکند و ساختار درونی‌اش قابلیتش را از دست می‌دهد. یکی دیگر از دلایل خرابی مقاومت ها هم عبور جریان شدیدتر از حد تحمل مقاومت مورد نظر است. در هر صورت در مواقعی که مقاومت مدار خراب و دچار مشکل میشود باید آن را جایگزین کنیم.

 

نحوه ی کارکرد مقاومت‌ها در مدار های الکتریکی

در کل برای استفاده از مقاومت‌ها باید بدانیم هر مقاومت وابسته به ساختارش است یعنی به جنس ماده استفاده شده در آن، طول مقاومت و سطح مقطع آن. با اینکه رابطه اساسی V=I*R را داریم، اما با تغییر جریان یا ولتاژ باتری تغییری در مقاومت ایجاد نمی‌شود. این نشان می‌دهد که برای هر مداری با توجه به مشخصاتش مقاومت خاص خودش را استفاده می‌کنیم و برای اندازه‌گیری آن از وسیله‌ای به نام اهم‌متر استفاده می‌شود. مقاومت‌های یک مدار ممکن است چند تا باشند اما با استفاده از قوانین و روابط خاص میان آن‌ها می‌توان برای هر مدار یک مقاومت معادل که مقاومت کل مدار است را محاسبه کنیم.

 

جدول کدهای رنگی

برای نوشتن مقدار اهم مقاومت ها روی مقاومت های کربنی کد های رنگی قرار داده شده است. هر رنگ معنای مشخص خود را دارد. با بررسی و خواندن این رنگ ها می توانید مقدار عدد اهم و (تلرانس) مقاومت را پیدا کنید.

رنگ	مقدار	تلرانس
مشکی	0
قهوه ایی	1	1%
قرمز	2	2%
نارنجی	3
زرد	4
سبز	5
آبی	6
بنفش	7
خاکستری	8
سفید	9
طلایی	0.1	5%
نقره ایی	0.01	10%
بدون رنگ		20%