میدونی کاربرد مقاومت چیه؟

یکی از مهم ترین قطعات هر پروژه و برد الکترونیکی، مقاومت است. مقاومت های الکتریکی جهت کاهش جریان و در مواردی ولتاژ، در مدارها استفاده می‌شود. مقاومت های الکتریکی انواع مختلفی مانند DIP، SMD و آجری دارند که هر کدام وابسته به نوع در موارد مختلفی کاربرد دارند.

مقاومت الکتریکی، کاربرد و تعریف

  مقاومت الکتریکی یک قطعه فوق العاده کاربردی در مدارات مختلف الکترونیکی است. این قطعه می تواند جریان الکتریکی را محدود کرده و یا ولتاژ را کاهش دهد. این قطعه در فرم های مختلف نظیر DIP و یا SMD ساخته می شود. از مقاومت الکتریکی می توان به عنوان یک مصرف کننده جهت اتلاف توان منبع تغذیه و به صورت سری با LED جهت کنترل جریان و یا تقسیم مقاومتی جهت کاهش ولتاژ استفاده کرد.

واحد اندازه گیری مقاومت الکتریکی

 هر مقاومت الکتریکی یک اندازه مشخص دارد. در حقیقت هر مقاومت الکتریکی با توجه به اندازه خود می تواند مقدار مشخصی از جریان الکتریکی را محدود سازد. اندازه یک مقاومت الکتریکی به افتخار دانشمند آلمانی، زیگموند اهم، با یکای اهم اندازه گیری می شود. به عنوان مثال یک مقاومت 50 اهم، مقامت دیگری 100 اهم و یک مقاومت اندازه 10 هزار اهمی یا 10 کیلو اهمی دارد. اندازه یک مقاومت در محدود سازی جریان و یا کاهش ولتاژ در مدار تقسیم مقاومتی، موثر است. اندازه یک مقاومت با نماد امگا(Ω) نشان داده می شود. مقاومت های الکتریکی دارای اندازه هایی در بازه کیلو و مگا بوده که کیلو اهم یک بازه شناخته شده برای نمایش مقاومت است.

نماد و شمای مقاومت در مدارها

  تمامی قطعات الکترونیکی و الکتریکی جهت شناسایی در مدارها، دارای یک نماد یا سیمبل مشخص هستند. تصویر زیر نماد مقاومت در مدارها را نمایش می دهد.

همچنین یک مقاومت های الکتریکی در مدار، با عبارت R مشخص می شود. به عنوان مثال عبارت R 47K، بیانگر وجود یک مقاومت با اندازه 47 کیلو اهمی است. عبارت K نشان دهنده واحد کیلو است.

روابط ریاضی حاکم بر مقاومت های الکتریکی

 جهت کار با مقاومت الکتریکی، روابط ریاضی مختلفی وجود دارد. یک مقاومت الکتریکی، رابطه ریاضی بین جریان و ولتاژ را طبق قانون اهم به شکل زیر بیان می کند.

R=V/I

مطابق رابطه فوق، مقدار مقاومت الکتریکی از تقسیم ولتاژ بر جریان بدست می آید. البته این رابطه را می توان به شکل زیر هم نوشت.

V= I * R

از طرف دیگر، یک رابطه ریاضی بسیار مهم تحت عنوان تقسیم مقاومتی وجود دارد. به کمک یک مدار تقسیم مقاومتی می توان ولتاژ را کاهش داد. مدار یک تقسیم مقاومتی به شکل زیر دیده می شود.

در مدار تقسیم مقاومتی، ولتاز خروجی مطابق رابطه زیر بدست می آید.

VOUT=VIN*R2/(R1+R2)

در کنار این، هر مقاومت دارای توان مخصوص به خود است. در حقیقت توان یک مقاومت بیان می کند که این مقاومت چه مقدار جریان و ولتاژی را می تواند تحمل کند. توان مقاومت ها معمولا به صورت 1/2W و 1/4Wاست. طبق رابطه توان، داریم.

P=VI

P=RI^2

فرض کنید یک مقاومت یک کیلو اهمی با توان 1/4 وات در اختیار دارید. مطابقه روابط فوق(رابطه دوم) می توانید به سادگی میزان جریان قابل تحمل توسط مقاومت را بدست آورید. در کنار این با در اختیار داشتن توان و جریان مقاومت، می توانید از طریق رابطه اول ولتاژ قابل تحمل توسط مقاومت را نیز، محاسبه کنید.

آرایش مقاومت ها در حالت سری و موازی

 مقاومت های الکتریکی می توانند به یکدیگر در دو حالت سری و موازی متصل شوند. در حالت سری جریان گذرنده از مقاومت ها ثابت و در حالت موازی، این ولتاژ مقاومت هاست که با یکدیگر برابر خواهد بود. در حالت سری، مقاومت ها به شکل زیر به یکدیگر متصل می شوند.

در حالیتکه مقاومت‌ها سری هستند، مقاومت معادل (جمع اندازه کل مقاومت ها) به رابطه زیر بدست می آید.

.....+RT=R1+R2+R3+R4+R5

در کنار این، زمانیکه مقاومت ها در حالت موازی قرار می گیرند، دارای ساختاری به شکل زیر خواهند بود.

مطابق آرایش فوق، مقاومت معادل با رابطه زیر محاسبه می شود.

انواع مقاومت های الکتریکی

 پرمصرف ترین مقاومت در بین الکترونیکی ها مقاومت DIP است. نوع DIP مقاومت هایی با ابعاد بزرگتری نسبت به SMD و کوچکتر از اجری است. شکل زیر نمایی از یک مقاومت DIP را نمایش می دهد. مقاومت DIP با چهار رنگ اصلی شناسایی می‌شود که بر اساس کد رنگ مقدار مقاومت خوانده شده و در پروژه ها استفاده می‌شود.

به عنوان مثال برای اجرای پروژه آردوینو، زمانیکه از یک ال ای دی LED استفاده می‌کنیم، برای محافظت از ال ای دی در برابر عبور جریان بیش از حد از مقاومت DIP استفاده می‌کنیم. این مقدار مقاومت بسته به نوع ال ای دی مورد استفاده متفاوت خواهد بود. برای ال ای دی شفاف و مات با ولتاژ 2 تا 3.5 ولت از مقاومت 330 اهم و 220 اهم به صورت معمول استفاده می‌کنیم. 

مقاومت SMD دارای اندازه و ابعاد بسیار کوچکی است. این در حالیست که اندازه این مقاومت ها با مقامت های DIP از لحاظ اهم برابر هستند. روش خواندن مقاومت های SMD متفاوت است. در این حالت عدد سه رقمی روی قطعه مشاهده میشود یا اینکه یک حرف و دو عدد روی آن نوشته شده است. این موارد هم طبق جدول مقاومت SMD قابلیت خواندن را دارد. 

از این مقاومت ها در بردهای ECU خودرو، بردهای آردوینو، ماژول های سیم کارت استفاده می شود. مثلا در تصویر زیر بر روی برد آردوینو UNO می توانید مقاومت های SMD را مشاهده کنید.

در ماژول های رله نیز از مقاومت های SMD استفاده می شود. ماژول های رله ماژول هایی جهت راه اندازی آسان و سریع رله بدون نیاز به مدار واسط هستند. این ماژول ها به سادگی و بدون نیاز به هیچ قطعه اضافی به میکروکنترلرهای مختلف متصل می شوند. در تصویر زیر، سه مقاومت جهت کنترل جریان LED ها و ترانزیستور، استفاده شده است.

نوع دیگری از مقاومت، مقاومت آجری wire wound resistor است. شاید ظاهر مقاومت خیلی با مدل های دیگر همخوانی نداشته باشد. برای ساخت این مقاومت سیمی از جنس آلیاژ را بر یک سطح استوانه ای سرامیکی پیجیده و در ابعاد مختلف تولید می‌کنند. سوال اصلی این است که چه زمانی نیاز به استفاده از مقاومت آجری داریم. مقاومت آجری برای توان های بیشتر از 2 وات استفاده می‌شود. اگر در یک مدار بخواهیم جریان عبوری از حد مجاز عبور نکند و توان های بالا را پشتیبانی کند، از مقاومت آجری استفاده می‌کنیم زیرا همانند فیوز Fuse قطع می‌شود. در ساخت تلویویزن برای کاهش ولتاژ استفاده می‌شود. همچنین در ساخت تجهیزات پزشکی، سیستم های تلفنی هم در وسایل استفاده می‌شود. دقت داشته باشید از این مقاومت در فرکانس های پایین استفاده می‌شود. 

در اجرای اکثر پروژه های hands on از ولوم متغیر برای تغییر شدت نور، تغییر سرعت موتور و یا تغییر ولتاژ استفاده می‌شود. این نوع مقاومت ظرفیتی متغییر بین رنج اهم و کیلو اهم و مگا اهم دارد. اما چرا به آن مقاومت متغیر می‌گوییم؟ مقاومت متغیر دارای ارتباط سه سیمه است. از یک سمت به ولتاژ منبع تغذیه (5 یا 12 ولت) و یک سمت به زمین (GND) متصل می‌شود. سیم مرکز در این قطعه، همان مقاومت متغیر است که با تغییر وضعیت شافت آن مقدار مقاومت در لحظه تغییر می‌کند. مواد اولیه ساخته شده در ساخت این نوع ولوم‌ها، کربن است. از این مقاومت برای کنترل شدت نور، سرعت موتور، فرکانس و ولتاژ استفاده می‌شود. به عنوان مثال بسیاری از کلیدهای چراغ جدید به صورت مقاومت متغیر است. با چرخاندن شافت، شدت نور کم و زیاد می‌شود. در ساخت ربات با موتور و درایور موتور برای کنترل سرعت نیاز به ولوم داریم تا با تغییرات آنالوگی بتوانیم سرعت حرکت موتورها را کنترل کنیم. مقاومت های متغیر در سه نوع خطی، لگاریتم و لگاریتم معکوس شناسایی می‌شوند. برای تغییر مقاومت این مدل کافیست با چرخش شافت ولوم به یک طرف، میزان اهم را در خروجی تغییر دهید.

این مقاومت ها دارای استفاده بسیار بالایی در دیمرها و آمپلی فایرها دارند. دیمرها ابزاری جهت کنترل توان، به عنوان مثال کنترل نور لامپ و آمپلی فایرها هم جهت تقویت و پخش صوت به کار می روند.

در دسته بندی مقاومت های متغیر، دو مقاومت دیگر به نام مولتی ترن و پتانسیومتر نیز قرار می گیرند. مولتی ترن ها غالبا دارای رنج بالای تغییراتی هستند. در کنار این، از این مقاومت متغیر می توان انتظار دقت بالایی را داشت. توسط مولتی ترن با پیچاندن ولوم آن تغییر می‌کند و این تغییر به صورت خطی است. عدد نوشته شده بر روی مولتی ترن 3 رقمی است. 

ماژول میکروفن را که شدت صدای محیط را دریافت می‌کند، در نظر بگیرید. یک مولتی ترن بر روی ماژول قرار گرفته شده است. یک پیچ فلزی بر روی مولتی ترن قرار گرفته شده که با چرخاندن پیچ مقدار مقاومت تغییر خواهد کرد. برای تنظیم شدت صدای دریافتی از محیط توسط همین مولتی ترن میتوان حساسیت ماژول و مقاومت دریافتی را تغییر داد. 

مولتی ترن ها را می توان در ماژول های کاهنده ولتاژ مشاهده کرد. آنجاکه این ماژول ها نظیر LM2596، قابلیت کنترل ولتاژ خروجی و تنظیم آن بر مقدار مورد نظر کاربر را، دارند.

در کنار مولتی ترن، مقاومت های متغیر با نام پتانسیومتر نیز وجود دارد. این قطعه همانند دو مقاومت متغیر بالا، قابلیت تغییر را دارد. این مقاومت متغیر دارای ظاهری متفاوت نسبت به مولتی ترن داشته و در شکل به صورت تصویر زیر است.

نوع دیگری از مقاومت ها، ولوم مولتی ترن ها هستند که بر خلاف دیگر ولوم ها می‌توانند بیش از یک بار دور بزند تا به نقطه ی انتهایی مقاومت برسد. بنابراین دقت بالاتری داشته و برای ساخت دستگاهایی مانند تعیین حجم و تون صدا و روشنایی بیشترین استفاده را دارد.

نحوه کدخوانی اندازه یک مقاومت الکتریکی

 جهت اندازه گیری اندازه یک مقاومت هم می توان از روی رنگ های آن و هم مولتی متر اقدام نمود. به کمک مولتی متر به سادگی و با قرار دادن رنج دستگاه در محدود اهم، می توان مقاومت را اندازه گیری نمود.

در جدول زیر روش شناسایی مقاومت از طریق رنگ بندی آن توضیح داده شده است. کافیست نوع مقاومت از لحاظ درصد آن را مشخص کرده و سپس طبق خطوط رنگ بندی شده روی آن، مقدار مقاومت را شناسایی کنید. 

در مقاومت های SMD، سه رقم درج می شود. دو رقم اول، اندازه مقاومت و رقم سوم تعداد صفرهای بعد از دو رقم دوم را نمایش می دهد. به عنوان مثال اگر بر ری مقاومت SMD عبارت 273 درج شده باشد، اندازه مقامت 27000 اهم یا 27 کیلو اهم خواهد بود. 

از چه مقاومتی کجا باید استفاده کرد؟

سوال خوبیست! اینکه از مقاومت درست در جای درست استفاده کنیم، راندمان کار را افزایش می دهد. در حالت عادی، سه دسته مقاومت DIP، SMD و آجری در اختیار داریم. در زمانیکه جریان های معمول، مثلا تا 5 آمپر را قصد محدود سازی دارید و البته محدودیت فضا هم ندارید، مقاومت های DIP انتخاب مناسبی خواهد بود.

در کنار این، زمانیکه جریان در مدار معمول بوده اما محدودیت فضا دارید، مقاومت های SMD به دلیل ابعاد بسیار کوچک، مناسب هستند. به عنوان مثال در تلفن های همراه، ردیاب های خودرو و... این مقاومت ها را می توان مشاهده نمود.

درست در زمانیکه قصد محدود سازی جریان های بالا را دارید، مقاومت های آجری بسیار کاربردی هستند. به عنوان مثال فرض کنید قصد تست جریان خروجی رگولاتور و یا توان باتری را دارید. این مقاومت ها به دلیل آستانه تحمل بالا در عبور جریان، کاربردی هستند. در صورتیکه نیاز دارید تا دور موتور یا قدرت وسیله برقی را کنترل کنید، ولوم ها می توانند انتخاب مناسبی باشند. ولوم ها با توجه به ساختار خود، حس کاربری خوبی را به کاربر منتقل می کنند.

چنانچه نیاز دارید تا یک پارامتر مانند ولتاژ توسط تکنسین ها کنترل شوند، مولتی ترن ها انتخاب مناسبی هستند. از این قطعه به وفور در ماژول های کنترل ولتاژ استفاده می شود. به عنوان مثال ماژول های ولتاژ LM2596 و یا XL6009 بر روی خود از مولتی ترن بهره می برند.

در نهایت از پتانسیومترها در کنترل حساسیت سنسورها، نظیر سنسور نور، فشار و... استفاده می شود. با توجه به ساختار پیچ گوشتی خور این قطعه، در کنترل حساسیت و سایر موارد مرتبط، پتانسیومتر بسیار کاربردی خواهد بود.

روش خرید انواع مقاومت

   لینک خرید انواع مقاومت های الکتریکی، کلیک کنید لینک خرید انواع مولتی متر، کلیک کنید  

آموزش های تخصصی در دیجی اسپارک

•  لینک آموزش مقاومت الکتریکی، تعریف و کاربرد-کلیک کنید
• لینک آموزش تقسیم مقاومتی، کلیک کنید.
• لینک آموزش کاربرد مقاومت در بردهای آردوینو Arduino و روش استفاده قطعات، کلیک کنید