مقاومت الکتریکی چیست ؟

مقاومت (Resistor) قطعه‌ای است که یک مقاومت (Resistance) الکتریکی مشخص و معمولاً ثابت دارد. مقاومت الکتریکی جریان الکترون‌های یک مدار را محدود می‌کند. مقاومت‌ها قطعاتی پسیو هستند؛ به این معنی که فقط توان مصرف می‌کنند و نمی‌توانند آن را تولید کنند. این قطعات معمولاً به قسمت‌های اکتیو مدار مانند آپ‌امپ‌ها، میکروکنترلرها و سایر مدارهای مجتمع نیز اضافه می‌شوند. از مهم‌ترین نقش‌های مقاومت‌ها در مدار می‌توان به محدود کردن جریان، تقسیم ولتاژ و خطوط ورودی/خروجی Pull-up اشاره کرد.

مقاومت الکتریکی به زبان ساده به Resistor هم مشهور است و در واقع یک قطعه الکترونیکی است که یک مقاومت یا به اصطلاح Resistance الکتریکی مشخص، معین و ثابت دارد که توانایی محدود کردن جریان الکترون هایی که در یک مدار قرار دارد، را دارند. این نوع مقاومت ها قطعاتی پسیو هستند، پسیو به این معنا که فقط توانایی مصرف توان را دارند اما در تولید کردن آن ناتوان هستند.مقاومت الکتریکی به طور معمول به قسمت های اکتیو مدار مانند میکروکنترلرها، آپ امپ ها و یا سایر مدارهای مجتمع اضافه می شوند و همان طوری که در بالا به هم به این موضوع اشاره کردیم یکی از وظایف و نقش های این قطعات محدود کردن جریان، تقسیم ولتاژ و خطوط ورودی خروجی Pull-up است.

ساختار مقاومت های الکتریکی:

مقاومت های کربنی ( ترکیبی ) :

مقاومت های کربنی در اکثر مدارات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند که علت این امر قیمت پایین ، زمخت بودن و کوچک بودن این نوع مقاومت ها می باشد . البته این نوع مقاومت ها دو ضعف عمده دارند ، یکی این که در اثر عبور جریان از این نوع مقاومت ها حرارت نسبتا زیادی درون این مقاومت ها ایجاد می گردد و به همین دلیل در مدارات با جریان زیاد نمی توانند مورد استفاده قرار گیرند و دیگر این که معمولا تلرانس های بالایی دارند .

نمونه هایی از این نوع مقاومت در شکل (2) نشان داده شده است . برای ساخت این نوع مقاومت ها معمولا پودر کربن را با مواد عایق مخلوط می کنند که نسبت مخلوط کردن این مواد مقدار اهمی مقاومت را تعیین می کند . سپس مخلوط حاصل را در یک استوانه کائوچویی قرار می دهند و دو سیم نیز برای اتصال مقاومت به مدار به دو سر مقاومت وصل می کنند همانند شکل 3.

مقاومت های کربنی (ترکیبی)

این نوع مقاومت الکتریکی به دلیل برخوردار بودن از قیمت پایین، زمخت بودن و همچنین سایز کوچکی که دارد در اکثر مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. دو نوع ضعف عمده می توان برای مقاومت های کربنی یا به اصطلاح ترکیبی بیان کرد.

ضعف اول اینکه در اثر عبور جریان، حرارت بسیار زیادی در درون این مقاومت ها ایجاد می شود و همین مورد دلیلی شده تا از مقاومت های کربنی در مدارهایی با جریان زیاد، استفاده نشود

ضعف دومی که می توان برای مقاومت های الکتریکی بیان کرد این است که این نوع مقاومت ها معمولاً از یک تلرانس بالا برخوردار هستند

نحوه ساخت مقاومت الکتریکی از نوع کربنی به این شکل است که به طور معمول پودر کربن را با موادی که عایق هستند، مخلوط می کنند که البته نسبت مخلوط کردن این مواد، مقدار اهم یک مقاومت را مشخص می کند. بعد از این کار مخلوط به دست آمده را در یک استوانه کائوچویی قرار می دهند و از آن طرف دو سیم برای اتصال مقاومت به مدار به هر دو سر مقاومت متصل می کنند.

مقاومت های سیمی ( WIRE WOUND RESISTOR ) :

از پیچاندن سیم های مقاومت دار طویل به دور یک هسته ، مقاومت سیمی یا سیم پیچی شده ساخته می شود . معمولا یک روپوش سرامیکی یا پلاستیکی بر روی سیم های پیچیده شده بر روی هسته می کشند تا سیم ها آسیب نبینند . ساختمان داخلی مقاومت های سیمی در شکل های (4) و (5) نمایش داده شده است . همچنین نمونه ای از یک مقاومت سیمی در شکل (6) نمایش داده شده است .

این نوع مقاومت ها در دو نوع قدرتی و دقیق ساخته می شوند .

نوع قدرتی در محدوده توان های 2 وات تا 250 وات ساخته می شود و می تواند جریان های زیاد را از خود عبور دهد .

نوع دقیق نیز در محدوده توان های 0.25 وات تا 2 وات ساخته می شود و دارای تلرانس پایینی می باشد اما نمی تواند جریان های زیاد را از خود عبور دهد .

معمولا اندازه فیزیکی مقاومت های سیمی که در جریان های زیاد مورد استفاده قرار می گیرند بزرگتر از اندازه فیزیکی مقاومت های سیمی است که برای کارهای دقیق و جریان پایین به کار می روند .

مقاومت های سیمی قدرتی معمولا به شکل یک محفظه سیمان مانند که دارای سطح مقطع مربع یا مستطیل شکل است ساخته می شوند و به مقاومت های آجری معروفند .

شکل خاص محفظه مقاومت های آجری این امکان را فراهم می آورد که برای خنک کردن آنها بتوان آنها را بر روی ورقه فلزی خنک کننده (Heat sink) قرار داد . در شکل (7) نمونه ای از این نوع مقاومت نشان داده شده است .

یکی از ویژگی های خوب مقاومت سیمی این است که به هنگام سوختن شعله ور نشده و همچنین پس از سوختن ، کاملا قطع می شود . به همین دلیل ، در بسیاری از مدارها به عنوان مقاومت فیوزی (Fusible Resistor) استفاده می شود و به آن مقاومت حفاظتی (Safety Resistor) نیز می گویند . زیرا این مقاومت ها در حالت عادی به صورت یک مقاومت معمولی عمل می کنند و چنان چه جریان عبوری از آن از حد معینی بیشتر شود مانند یک فیوز قطع می شوند . در شکل (8) نمونه ای از این نوع مقاومت نشان داده شده است .

مقاومت سیمی به سبب دارا بودن سیم پیچ ، دارای خاصیت اندوکتانس ( خودالقایی ) بوده که این نوعی عیب برای آن محسوب می شود زیرا در فرکانس های بالا ، مقاومت سیمی نسبت به مقدار نامی خود ، مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد . البته در این گونه موارد توانسته اند با روش پیچیدن سیم به صورت دولایی یا بی فیلار (Bifilar) تا حد زیادی این مشکل را برطرف نمایند . در این روش سیم های رفت و برگشت در کنار هم قرار گرفته و عبور جریان های مساوی و مخالف هم تا حد زیادی خاصیت خودالقایی را کاهش می دهد . در شکل (9) پیچیدن سیم به روش بی فیلار بر روی استوانه عایق نشان دا ده شده است .

مقاومت های سیمی (WIRE WOUND RESISTOR)

مقاومت الکتریکی از نوع سیمی یا سیم پیچی همان طوری که از نام آن هم پیداست، از پیچاندن سیم های مقاومت دار طولانی به دور یک هسته، ساخته می شود که به طور معمول یک روپوش سرامیکی یا پلاستیکی بر روی سیم های پیچیده شده بر روی هسته می کشند تا به سیم هایی که در آن قرار دارد آسیبی وارد نشود. مطالعه مقاله اتصال سر به سر سیم می توان مفید باشد.مقاومت های سیمی در دو نوع دقیق و قدرتی تولید و ساخته می شود. در نوع دقیق، محدوده توان های 0.25 وات تا 2 وات ساخته می شود و از تلرانس پایین برخوردار است، اما این توانایی را ندارد که جریان های زیادی را از خودش عبور دهد. در مقابل نوع قدرتی، در محدوده توان های 2 وات تا 250 وات ساخته می شود و توانایی عبور دادن جریان های زیاد را از خودش دارد.

یکی از ویژگی های خوبی که می توان برای مقاومت الکتریکی سیمی بیان کرد این است که به هنگام سوختن هرگز شعله ور نمی شود و همچنین بعد از اینکه می سوزد به صورت کامل قطع می شود و به واسطه همین ویژگی که دارد در بسیاری از مدارها به عنوان یک مقاومت فیوزی مورد استفاده قرار می گیرد که به آن مقاومت حفاظتی یا Safety Resistor هم گفته می شود به خاطر اینکه در حالت عادی این مقاومت ها به صورت یک مقاومت معمولی عمل کرده و اگر جریان عبوری از آن بیش از اندازه باشد به مانند یک فیوز قطع می شود.

مقاومت های لایه ای :

این نوع مقاومت ها ، ترکیبی از مقاومت های سیمی و کربنی می باشند ، یعنی دقت مقاومت های سیمی را دارند ولی از نظر اندازه و قیمت به مقاومت های کربنی نزدیکند . مقاومت های لایه ای را معمولا با رسوب دادن نوار نازکی از ماده مقاومت بر روی یک لوله عایق از جنس سرامیک یا شیشه درست می کنند . برای اتصال مقاومت به مدار ، به دو انتهای لوله دو سیم رابط وصل می کنند و برای محافظت مقاومت نیز تمام آن را با ماده عایقی روکش می کنند . مراحل ساخت مقاومت لایه ای در شکل (10) نمایش داده شده است .

مقاومت الکتریکی لایه ای در واقع ترکیبی از مقاومت های کربنی و سیمی است. این یعنی این مقاومت، از دقت مقاومت های سیمی برخوردار است ولی از نظر اندازه و قیمت به مقاومت های کربنی نزدیک تر هستند. نحوه ساخت مقاومت الکتریکی لایه ای اینگونه است که به صورت معمول با رسوب دادن نوار نازکی از ماده مقاومت بر روی یک لوله عایق از جنس سرامیک یا شیشه ایجاد می شود. برای اینکه اتصال مقاومت به مدار ایجاد شود به دو انتهای لوله، دو رشته سیم رابط وصل می شود و از آن طرف برای محافظت کردن از مقاومت هم تمامی آنها را با یک ماده عایقی، روکش می کنند.

انواع مقاومت های الکتریکی:

مقاومت فلزی

مقاومت فیلم فلزی که در بازار اصطلاحاً با نام مقاومت فلزی شناخته می‌شود، برای محدود کردن مقدار جریان الکتریکی در مدار از فیلم (لایه‌های نازک) فلزی استفاده می‌کند. این لایه معمولا از جنس کربن، نیکل، کروم، آنتیموان، قلع و… می‌باشد.

مقاومت آجری

نوع دیگری از مقاومت‌ها که معمولاً رنگ سفیدی دارند به مقاومت آجری یا گچی معروف هستند و در ۲ نوع مقدار دقیق و قدرت ساخته می‌شوند، البته عمده استفاده از این مقاومت‌ها در مصارف قدرت می‌باشد که انواع آن از حداقل ۲ وات تا ۲۵۰ وات ساخته می‌شود هدف از این نوع مقاومت‌ها تولید جریان‌های بایاس بالا و البته دقیق است.

از نظر ظاهری این مقاومت‌ها از ۲ طرف سیمی و سطح مقطع مربع یا مستطیل سفید رنگ و مکعبی که درون یک محفظه سیمانی قرار دارد و از این رو که شبیه آجر ساختمانی است به آن مقاومت آجری می‌گویند. مقاومت‌های آجری از آنجا که توان بالایی را می‌توانند متحمل شوند پس ممکن است اتلاف گرمای قابل توجهی هم تولید کنند که محفظه سفالی داخل آن به خوبی از آسیب دیدن یا داغ شدن سایر قطعات مدار جلوگیری کند.

مقاومت کربنی

قاومت ترکیب کربن (مقاومت کربنی ) نوعی مقاومت ثابت است که جریان  الکتریکی را تا حد معینی کاهش یا محدود می کند. این مقاومت ها متداول ترین مقاومت در دهه 1960 و قبل از آن هستند. با این حال ، در حال حاضر ، روزها ، مقاومت های ترکیب کربن به دلیل هزینه بالا و پایداری کم به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد (درتولید ) . به مقاومتهای ترکیب کربن  مقاومت های کربنی گفته می شوند.