مقاومت چیست + بررسی تخصصی انواع مقاومت

مقاومت یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین قطعات الکتریکی است. کارکرد اصلی این قطعه، محدودکردن جریان الکتریسیته در مدار می‌باشد. در حقیقت، مقاومت، مانعی در راه الکتریسیته است. در این مقاله از سایت سیسوگ قصد داریم به بررسی کامل این قطعه و معرفی انواع مختلف آن بپردازیم. پس تا پایان این مطلب همراه ما باشید.

مقاومت چیست؟

مقاومت (Resistor) قطعه‌ای است که از عبور جریان جلوگیری می‌کند و تقریباً در تمام مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود. کار اصلی مقاومت در مدار الکتریکی یا الکترونیکی، تنظیم جریان الکترون‌ها (جریان الکتریکی) با استفاده از ماده رسانایی است که از آن ساخته شده است.

مقاومت‌ها بیشتر به‌عنوان مقسم ولتاژ، کاهش‌دهنده ولتاژ یا محدودکننده جریان در مدار عمل می‌کنند و به‌عنوان قطعات «پسیو» (Passive) شناخته می‌شوند؛ زیرا فاقد منبع تغذیه هستند و عمدتاً سیگنال جریان یا ولتاژی که از آن‌ها عبور می‌کند را کاهش می‌دهند یا تضعیف می‌کنند. این کاهش منجر به اتلاف انرژی الکتریکی به‌صورت گرما می‌شود. واحد اندازه‌گیری مقاومت در دستگاه SI برحسب اهم است و با حرف آُمگا (Ω) نشان داده می‌شود.

نماد مداری مقاومت

عمدتاً دو نماد مداری مختلف برای مقاومت وجود دارد. یکی از آن‌ها که قدیمی‌ترین نماد مورداستفاده برای مقاومت است. این نماد خاص از یک خط زیگزاگ تشکیل شده است که نشان‌دهنده سیم مورداستفاده در مقاومت‌هاست. نماد دیگر که در آن به‌جای خط ناهموار از مستطیل کوچکی استفاده شده است، اغلب نماد مداری بین‌المللی مقاومت نامیده می‌شود.

شاید برای شما مفید باشد: آموزش الکترونیک از مقدماتی تا پیشرفته کاملا رایگان

نحوه اندازه‌گیری مقاومت

اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی یکی از مهم‌ترین فرآیندها در آزمایش‌های الکترونیکی و مهندسی برق است. مقاومت نشان‌دهنده میزان مخالفت یک ماده در برابر عبور جریان الکتریکی است و با واحد اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود. برای اندازه‌گیری مقاومت، معمولاً از دستگاهی به نام مولتی‌متر یا اهم‌متر استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها قابلیت اندازه‌گیری مقاومت، ولتاژ و جریان را دارند.

قبل از اندازه‌گیری مقاومت، باید مدار یا قطعه مورد نظر را از منبع تغذیه جدا کرد تا تداخل جریان‌های خارجی باعث خطا نشود. سپس دو سر پروب‌های مولتی‌متر به دو سر مقاومت متصل می‌شوند. مولتی‌متر با اعمال یک ولتاژ کوچک و اندازه‌گیری جریان عبوری، مقدار مقاومت را محاسبه کرده و روی نمایشگر نشان می‌دهد.

در برخی موارد، به‌ویژه در اندازه‌گیری مقاومت‌های بسیار بزرگ یا کوچک، نیاز به تکنیک‌های پیشرفته‌تری مانند استفاده از پل وتستون یا مولتی‌مترهای دقیق دیجیتال وجود دارد. برای مقاومت‌های پایین، خطاهایی مانند مقاومت سیم‌ها یا اتصالات باید در نظر گرفته شود، در حالی که برای مقاومت‌های بالا باید از ابزارهایی با حساسیت بالا استفاده کرد تا تأثیر نویز کاهش یابد.

به‌طور کلی، انتخاب روش مناسب اندازه‌گیری مقاومت به دقت مورد نیاز و محدوده مقدار مقاومت بستگی دارد. رعایت نکات ایمنی، اطمینان از اتصال صحیح و کالیبراسیون دوره‌ای ابزارها برای به دست آوردن نتایج دقیق بسیار ضروری است.

انواع مقاومت‌ها

مقاومت‌ها بسته به کاربرد، ویژگی و ساختارشان انواع مختلفی دارند و باتوجه‌به دقت، ویژگی‌های منحصربه‌فرد و حوزه کاربردی‌شان در اشکال مختلفی تولید می‌شوند.

انواع مقاومت ها در حال حاضر به شرح زیر هستند:

1. مقاومت خطی

1.1. مقاومت ثابت

1.1.1. مقاومت ترکیب کربنی

2.1.1. مقاومت سیم پیچی شده

3.1.1. مقاومت فیلم نازک

1.3.1.1. مقاومت فیلم کربنی

2.3.1.1. مقاومت فیلم فلزی

4.1.1. مقاومت فیلم ضخیم

5.1.1. مقاومت فیوزی

6.1.1. مقاومت فیلم سرمتی

7.1.1. مقاومت اکسید فلزی

1.2. مقاومت متغیر

1.2.1. پتانسیومتر

1.2.2. رئوستا

1.2.3. تریمر

2. مقاومت غیر خطی

1.2. ترمیستور

2.2. وریستور

3.2. مقاومت وابسته به نور

4.2. مقاومت نصب سطحی

به‌طورکلی، مقاومت‌ها را به دودسته تقسیم می‌کنند:

1. مقاومت‌های خطی
2. مقاومت‌های غیرخطی

مقاومت‌های غیرخطی و خطی با هم متفاوت‌اند. که در ادامه به بررسی هر یک می پردازیم.

1. مقاومت خطی

مقاومت خطی به مقاومت‌هایی گفته می‌شود که مقادیر آن‌ها به‌صورت تابعی از دما و ولتاژ اعمال‌شده تغییر می‌کند. به‌عبارت‌دیگر، مقاومت‌های خطی مقاومت‌هایی هستند که مقدار جریان آن‌ها دقیقاً متناسب با ولتاژ اعمال‌شده است.

• مقاومت‌های ثابت
• مقاومت‌های متغیر

مقاومت‌های ثابت و متغیر انواع مختلفی دارند و هر کدام دارای ویژگی‌ها، مزایا و معایب منحصربه‌فردی هستند.

1.1. انواع مقاومت ثابت و انواع آن

مقاومت‌های ثابت مقدار مقاومت ثابتی دارند، درحالی‌که مقاومت‌های متغیر (پتانسیومترها) دارای تعداد نامحدودی از مقادیر مقاومت هستند. مقاومت‌های ثابت از انواع مختلفی از مواد مقاوم ساخته می‌شوند. آن‌ها پایداری کم و درنتیجه ضریب دمایی بسیار بالایی دارند. مقاومت‌های ثابت در مقایسه با دیگر مقاومت‌ها نویز کمی تولید می‌کنند.

• مقاومت ترکیب کربنی (کربنی)
• مقاومت سیم‌پیچی شده (سیمی)
• مقاومت فیلم نازک
• مقاومت فیلم ضخیم

1.1.1. مقاومت ترکیب کربنی (Carbon Composition)

این نوع مقاومت‌ها یکی از قدیمی‌ترین‌های بازار هستند که به طور گسترده مورداستفاده قرار می‌گرفتند. مقاومت‌های کربنی معمولاً از ترکیب پودر کربن و سرامیک ساخته می‌شوند. اگرچه این مقاومت‌ها هنوز هم در بازار موجود هستند، اما معمولاً گران‌تر بوده و کمتر مورداستفاده قرار می‌گیرند، زیرا سایر مقاومت‌های ثابت مشخصات کارآمدتری مانند تلرانس، وابستگی به ولتاژ و آستانه تنش دارند.

1.1.2. مقاومت سیم‌پیچی شده (Wire Wound)

این نوع مقاومت‌ها از یک سیم فلزی عایق پیچ‌خورده به‌دور هسته نارسانایی که از سرامیک، پلاستیک یا شیشه ساخته شده است، تشکیل شده‌اند. سیم‌های فلزی اغلب از آلیاژهای بسیار مقاومی همچون نیکروم یا منگنین ساخته می‌شوند.

قدمت این مقاومت‌ها مانند مقاومت‌های کربنی به حوالی قرن حاضر برمی‌گردد، اما هنوز هم اغلب مورداستفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها می‌توانند توان بالا را تحمل کنند، در دماهای بالا پایدار بمانند و پایداری طولانی‌مدت را فراهم سازند. بااین‌حال، گران‌تر هستند و نمی‌توان در تجهیزات با فرکانس بالا از آن‌ها استفاده کرد.

1.1.3. مقاومت فیلم نازک (Thin Film)

مقاومت‌های فیلم نازک برای استفاده در دستگاه‌هایی مناسب‌اند که نیازمند پایداری و دقت بالا و نویز کم هستند، مانند تجهیزات پزشکی و صوتی و ابزارهای آزمایش و اندازه‌گیری. در ادامه، دو نوع مقاومت فیلم نازک را معرفی می‌کنیم.

1.1.3.1. مقاومت فیلم کربنی (Carbon Film)

.

این نوع مقاومت‌ها، مقاومت‌هایی با یک میله عایق هستند و با استفاده از یک ماده سرامیکی بسیار باکیفیت به نام زیرلایه ساخته می‌شوند. یک‌لایه نسبتاً نازک از کربن مقاوم نیز در اطراف میله استفاده می‌شود. مقاومت‌های فیلم کربنی به دلیل نویز بسیار کم و محدوده عملکرد گسترده، عمدتاً در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند. علاوه‌براین، نسبت به مقاومت‌های کربن – جامد پایدارترند.

1.1.3.2. مقاومت فیلم فلزی (Metal Film)

مقاومت‌های فیلم فلزی از نظر ساختار مشابه مقاومت‌های فیلم کربنی هستند، اما در این نوع مقاومت‌ها به‌جای کربن از فلزات استفاده می‌شود. گاهی اوقات، مقاومت‌های فیلم فلزی می‌توانند ترکیب اکسید فلزی، نیکل – کروم یا فلزات و شیشه داشته باشند. ترکیب فلز و شیشه لعاب فلزی نامیده می‌شود و به‌عنوان یک‌لایه مقاومتی عمل می‌کند. این نوع مقاومت‌ها ارزان، کوچک و مطمئن هستند و در مواردی که نیازمند پایداری با نویز کم هستیم به طور گسترده‌ای به کار می‌روند.

1.1.4 مقاومت فیلم ضخیم (Thick Film)

مقاومت‌های فیلم ضخیم مشابه مقاومت‌های فیلم نازک ساخته می‌شوند، با این تفاوت که به‌جای فیلم نازک یا لایه‌ای از مواد مقاوم، یک فیلم ضخیم در اطراف ماده مقاومتی وجود دارد. این مقاومت‌های ثابت اغلب در لوازم الکترونیکی مصرفی به کار می‌روند. در مقاومت‌های فیلم ضخیم همان‌طور که از نامشان پیداست از لایه‌های ضخیمی از اکسیدهای فلزی یا اکسیدهای سرمتی استفاده می‌شود. این مقاومت‌ها مقرون‌به‌صرفه‌ترین و دردسترس‌ترین مقاومت‌ها هستند و معمولاً در آن دسته از تجهیزات الکتریکی که از باتری یا منبع تغذیه AC استفاده می‌کنند، یافت می‌شوند. مقاومت‌های فیلم ضخیم انواع مختلفی دارند که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.

1.1.5 مقاومت فیوزی (Fusible)

مقاومت‌های فیوزی در صورت افزایش نرخ توان مدار بیش از مقدار معینی، ممکن است ذوب شوند. در چنین حالتی، این مقاومت‌ها معمولاً کل مدار را می‌شکنند یا باز می‌کنند. مقاومت‌های فیوزی عمدتاً در تلویزیون‌ها، تقویت‌کننده‌ها و بسیاری دیگر از مدارهای الکترونیکی گران‌قیمت استفاده می‌شوند و معمولاً دارای مقدار اهمی کمتر از ۱۰ اهم هستند.

این مقاومت‌ها دو عملکرد مجزا دارند: ۱-در برابر جریان الکتریکی مقاومت کرده و در صورت اضافه‌بار، به‌عنوان فیوز برای قطع جریان عمل می‌کنند. ۲-جریان را کنترل کرده و هنگام افزایش ناگهانی برق به‌عنوان محافظ عمل می‌کنند.

1.1.6. مقاومت فیلم سرمتی (Cermet Film)

مقاومت‌های فیلم سرمتی با پیچاندن یک‌لایه کربن یا آلیاژ فلزی در اطراف مواد عایق سرامیکی ساخته می‌شوند. قسمت داخلی از مواد سرامیکی تشکیل می‌شود، درحالی‌که قسمت بیرونی در فلز سرامیکی به نام سرمت قرار می‌گیرد. این مقاومت‌ها معمولاً به شکل مستطیل و مربع تولید می‌شوند. پین‌ها در زیر مقاومت نصب شده و به برد مدارچاپی که در داخل مقاومت قرار داده شده است، متصل می‌شوند. مقاومت‌های فیلم سرمتی بیشتر به دلیل عملکرد پایدارشان در دماهای بالا شناخته می‌شوند؛ زیرا مقادیر آن‌ها معمولاً با دما تغییر نمی‌کند.

1.1.7. مقاومت اکسید فلزی (Metal Oxide)

مقاومت‌های اکسید فلزی با اکسیدکردن یک فیلم ضخیم یا لایه کلرید قلع روی یک میله شیشه‌ای گرم‌شده (زیرلایه) ساخته می‌شوند. این نوع مقاومت‌ها با محدوده‌های مختلف مقاومت تولید شده و برای دماهای بالا مناسب هستند. به همین دلیل است که می‌توان از مقاومت‌های اکسید فلزی در ولتاژهای بالا، نادیده‌گرفتن یا کاهش نویز استفاده کرد.

 1.2. مقاومت‌های متغیر و انواع آن

مقاومت‌های متغیر مقدار مقاومت را تنظیم می‌کنند. هنگامی که به‌عنوان مقسم ولتاژ متغیر استفاده شوند، به آن‌ها «پتانسیومتر» (Potentiometer) و زمانی که به‌عنوان مقاومت متغیر برای تنظیم جریان در مدار استفاده می‌شوند، به آن‌ها «رئوستا» (Rheostat) گفته می‌شود. اکثر مقاومت‌های متغیر با استفاده از صفحه مدرج، دستگیره، پیچ یا به‌صورت دستی توسط حرکات مکانیکی مناسب (معمولاً خطی و چرخشی) کنترل می‌شوند.

• پتانسیومتر
• رئوستا
• تریمر

1.2.1. پتانسیومتر

پتانسیومترها اغلب توسط یک صفحه مدرج یا دکمه تنظیم می‌شوند. آن‌ها از سه پایانه تشکیل شده و مقدار مقاومتشان توسط یک کنتاکت متحرک که با شفت کنترل در ارتباط است، کنترل می‌شود. ولتاژ دو سر مقاومت را می‌توان با چرخش شفت کنترل، افزایش یا کاهش داد. آن‌ها اغلب در تجهیزات صوتی – تصویری و مبدل‌ها یافت می‌شوند.

1.2.2. رئوستا

در این نوع مقاومت‌های متغیر که به مقاومت‌های انشعاب‌دار یا مقاومت‌های متغیر سیم‌پیچی شده نیز معروف هستند، از یک کنتاکت کشویی برای تنظیم ولتاژ استفاده می‌شود. هسته این مقاومت همانند مقاومت‌های سیمی ساخته شده است. این مقاومت‌ها مانند پتانسیومترها برای تنظیم ولتاژ در تجهیزات صوتی – تویری و مبدل‌ها به کار می‌روند.

1.2.3. تریمر (Trimmer)

اتصال یک پیچ اضافی به یک پتانسیومتر یا مقاومت‌های متغیر که منجر به عملکرد و کارایی بهتر شود، نوعی مقاومت تریمر محسوب می‌شود. مزیت اصلی این مقاومت‌ها این است که مقدار مقاومتشان را می‌توان با تغییر (چرخش) موقعیت پیچ تنظیم کرد. تریمرها به‌طورکلی از مواد فیلم کربنی، ترکیب کربنی، سرمتی، سیمی و غیره تشکیل شده‌اند.

2. مقاومت غیرخطی و انواع آن

مقاومت‌های غیرخطی برخلاف مقاومت‌های خطی که از قانون اهم پیروی می‌کنند، مقدار مقاومتشان در پاسخ به دما، نور یا ولتاژ متقاوت است. همچنین ازآنجا که مقاومت‌های غیرخطی ممکن است برای کنترل ولتاژ جریان استفاده شوند، نوعی از مقاومت‌های متغیر محسوب می‌شوند. گاهی اوقات به مقاومت‌های غیرخطی، «وریستور» (Varistor) نیز گفته می‌شود. اگر جریان عبوری از مقاومت با تغییر دمای جسم تغییر کند، این نوع مقاومت «ترمیستور» (Thermistor) نامیده می‌شود. مقاومت‌های غیرخطی از موادی مانند سیلیکون کاربید و روی اکسید ساخته می‌شوند.

• ترمیستور
• وریستور
• وابسته به نور (نوری)
• نصب سطحی

2.1. ترمیستور

ترمیستورها جهت تشخیص تغییرات جزئی دما به کار می‌روند و در لوازم الکترونیکی مصرفی، وسایل نقلیه، دماسنج‌ها و باتری‌های قابل‌شارژ مورداستفاده قرار می‌گیرند. هنگامی که دما تغییر می‌کند، هرچه قدر هم که کم باشد، مقدار مقاومت به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. ترمیستورها دو پایانه دارند که به‌شدت به دما حساس‌اند. به‌عبارت‌دیگر، آن‌ها نوعی مقاومت متغیر هستند که تغییرات دما را تشخیص می‌دهند. ترمیستورها از فلزات کبالت، نیکل، استرانسیم و منگنز اکسید تشکیل می‌شوند. مقاومت ترموکوپل با دمای آن رابطه معکوس دارد، یعنی با کاهش دما مقاومت افزایش می‌یابد و بالعکس.

2.2. وریستور

این نوع مقاومت‌ها از مواد نیمه‌هادی مانند اکسیدفلز سرامیک و سیلیکون ساخته می‌شوند. مقدار مقاومت وریستورها با ولتاژ اعمال‌شده مدار تغییر می‌کند. آن‌ها می‌توانند در برابر ولتاژ DC بالا مقاومت کنند و اغلب به‌عنوان سرکوب‌گرهای ولتاژ گذرا در خطوط مخابراتی، دستگاه‌های ارتباط رادیویی و سیم‌های رابط استفاده می‌شوند. ویژگی‌های وریستورها سبب شده که از آن‌ها به‌عنوان دستگاه‌های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ و اغلب به‌عنوان محافظ نوسان برق استفاده شود.

2.3. مقاومت وابسته به نور (Light Dependent)

مقدار مقاومت این نوع مقاومت همان‌طور که از نامش پیداست، با قرارگرفتن در معرض نور تغییر می‌کند. این مقاومت‌ها در سنسورهای نور و تجهیزات اندازه‌گیری و همچنین در لوازم الکترونیکی مصرفی و تجهیزات عکاسی به کار می‌روند. مقاومت یک مقاومت وابسته به نور با شدت نوری که روی آن می‌افتد تغییر می‌کند. مقاومت نوری از کادمیوم سولفید که تعداد کمی الکترون نگه می‌دارد، ساخته می‌شود.

هنگام برخورد پرتو نور به مقاومت، الکترون‌ها رانده شده و رسانایی افزایش می‌یابد. درنتیجه، در مواجهه با نور مقاومت کم و در تاریکی مقاومت بالایی دارد. به عبارتی، با افزایش شدت نور، مقاومت کاهش می‌یابد. مقاومت‌های نوری اغلب برای تشخیص موقعیت‌های روشن یا تاریک، مثلاً، برای روشن‌کردن چراغ‌های خیابان مورداستفاده قرار می‌گیرند.

2.4. مقاومت نصب سطحی (Surface Mount)

مقاومت‌های نصب سطحی که به‌عنوان مقاومت‌های تراشه‌ای نیز شناخته می‌شوند، برخلاف دیگر مقاومت‌ها مستقیماً روی بردهای مدارچاپی نصب می‌شوند. این ویژگی باعث افزایش سرعت ساخت و صرفه‌جویی در فضای روی برد مدار می‌شود. مقاومت‌های نصب سطحی بیشتر در ساخت تجهیزات محاسباتی و همچنین سایر اشکال فناوری مورداستفاده می‌گیرند.

مزایای مقاومت‌ها

مقاومت‌ها به دلیل کوچک بودن به‌راحتی قابل‌حمل هستند، معمولاً ارزان بوده و به‌راحتی قابل تعویض‌اند. به هیچ – کدام از منابع ولتاژ خارجی وابسته نیستند، به همین دلیل، هیچ انرژی یا ولتاژ خارجی برای مقاومت‌های عملیاتی موردنیاز نیست.

خوب است بدانید مقاومت‌هایی که از کربن ساخته شده‌اند، در مقایسه با مقاومت‌های سیمی کوچک‌ترند.

معایب مقاومت‌ها

مقاومت‌ها به دلیل داشتن مقاومت بالا و مخالفت با حجم زیاد جریان الکتریکی، مقدار زیادی انرژی در قالب گرما هدر می‌دهند. مقاومت‌هایی که از کربن ساخته می‌شوند، تلرانس بالایی دارند. چنین مقاومت‌هایی ممکن است به‌راحتی گرم شوند.

رایج‌ترین کاربردهای مقاومت

رایج‌ترین کاربردهای مقاومت عبارت اند از:

• کنترل و پیکربندی محدوده برای جریان الکتریکی
• تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی
• کنترل متعادل در مدارها و قطعات الکتریکی
• کنترل ولتاژ یا افت
• به‌کارگیری در ولت‌متر به‌عنوان ضرب‌کننده
• برای آزمایش، پژوهش و کارهای عملی در آزمایشگاه‌ها
• به‌کارگیری در آمپرمترها به‌عنوان شنت
• افزودن به‌عنوان یک‌لایه اضافی حفاظت در برابر فیوزها

منابع:

linquip و javatpoint و tescaglobal