مقاومت،رزیستور
سه شنبه - 30 مرداد 1398 - 16:8
مقاومت یا رزیستور
تعداد خبر ثبت شده : 113
1 0
تعداد بازدید : 170

مقاومت یا رزیستور نام یکی از قطعات الکترونیکی دوپایه و کنش‌پذیر (مصرف‌کنندهٔ انرژی) است که به عنوان یکی از اجزای منفرد مدارهای الکترونیکی مقاومت الکتریکی مورد نیاز را ایجاد و اعمال می‌کند. در این مدارها از مقاومت برای کم کردن جریان، تنظیم سطح سیگنال‌ها، تقسیم ولتاژ، یا موارد بسیار دیگری استفاده می‌شود. هنگامی که جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور می‌کند اختلاف ولتاژی بر اساس قانون اهم بین پایه‌های آن ایجاد می‌شود. شدت جریانی که از یک مقاومت عبور می‌کند رابطهٔ مستقیمی با ولتا‍‍‍‍ژ دو سر آن مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم این‌گونه نمایش داده می‌شود:

{\displaystyle I={\frac {V}{R}}}

در این معادله؛

  • R:مقدار مقاومت الکتریکی قطعهٔ مقاوم در یکای اهم.
  • V:اختلاف پتانسیل دو سر قطعهٔ مقاوم در یکای ولت.
  • I:جریان الکتریکی عبوری از همان شی در یکای آمپر است.

نسبت{\displaystyle {\frac {V}{I}}} نسبتی است که بین ولتاژ دو سر مقاومت؛ (V)، و شدت جریان عبوری از آن؛ (I) پیوسته وجود دارد، و مقدار مقاومت نامیده می‌شود و این نسبت در مقاومت‌های معمولی؛ که با اندازه‌های مقدار مقاومتشان مشخص شده‌اند، می‌تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود.

مقاومت‌ها؛ که اجزای بسیار متداولی را در شبکه‌های الکتریکی و مدارهای الکترونیکی تشکیل می‌دهند، در تجهیزات الکترونیکی با حضوری که در همه‌جا دارند بسیار کاربردی هستند. مقاومت‌های کاربردی متداول می‌توانند از ترکیبات و در اندازه و قیافه‌های متفاوت و همچنین به صورت سیم مقاومتی؛ (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت حرارتی بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شوند. مقاومت‌ها در داخل تراشه‌ها هم به‌کار رفته‌اند؛ به ویژه در دستگاه‌های آنالوگ، که مقاومت‌ها می‌توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی یک‌پارچه شوند.

کارکرد الکتریکی یک قطعهٔ مقاومت‌کننده با مقدار مقاومتی که در یک مدار ایجاد می‌کند مشخص می‌شود: مقاومت‌های عادی و تجاری تا بیش از نه مرتبه بزرگی ساخته می‌شوند. (مقاومت‌های بسیار پایین نزدیک صفر، و بسیار بالا نزدیک به بینهایت مصرف تجاری ندارند). در یک طراحی الکترونیکی مقدار اسمی یک مقاومت، مقداری است که با توجه به تلرانس ساخت و تولید مقاومت‌ها در نظر گرفته شده‌است، که مطابق با کاربرد ویژهٔ مورد نیاز آن انتخاب می‌شود. ضریب دمایی میزان مقاومت هم ممکن است در برخی از برنامه‌های کاربردی دقیق در نظر گرفته شود. مقاومت‌های کاربردی همچنین از دیدگاه میزان ماکزیمم توان آن مشخص می‌شوند تا از استفادهٔ بیش از حد توان پیش‌بینی‌شده که سبب گرم شدن مقاومت و اتلاف انرژی و نهایتاً می‌تواند باعث از کار افتادن (سوختن) آن شود جلوگیری شود:

که این یک نگرانی عمده در طراحی و برنامه‌های کاربردی الکترونیکی است. مقاومت‌های با میزان توان بالا از لحاظ فیزیکی بزرگتر هستند و ممکن است به گرماخور نیاز پیدا کنند. در مدارهای با ولتاژ بالا، لازم است که دقت و بررسی بیشتری به حداکثر ولتاژی که می‌توان مقاوت را در آن به کار گرفت در نظر گرفته شود.

مقاومت‌های کاربردی یک القاوری سری و یک ظرفیت خازنی موازی کوچک دارند. این خصوصیات می‌تواند در کاربردهای آن با فرکانس بالا نقش مهمی را ایفا کند. در یک تقویت‌کننده یا یک پیش تقویت‌کننده با نویز پایین، مشخصات نویز یک مقاومت ممکن است مسئله ساز باشد. القاوری ناخواسته، نویز بیش از حد، و ضریب دمایی، بسیار وابسته به فناوری استفاده شده در ساخت و تولید مقاومت هستند. در حالت عادی این عوامل برای خانوادهٔ خاصی از مقاومت‌های تولید شده جهت استفاده در یک فناوری خاص اختصاص می‌یابند. خانواده‌ای از مقاومت‌های مجزا هم طبق فاکتور فرمش؛ که اندازهٔ دستگاه و موقعیت رساناها (یا هر دو) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می‌گیرد، به وجود آمده‌است.

واحدها

اهم (نشان:اومگا) واحد دستگاه بین‌المللی یکاها میزان مقاومت الکتریکی است که به پاس خدمات جرج سیمون اهم این نام بر آن نهاده شد. یک اهم معادل یک ولت بر آمپر است. چون مقاومت‌ها، در محدوده مقادیر بسیار زیادی، تولید می‌شوند، واحدهای مشتق شده میلی اهم (1 mΩ = ۱۰−۳ Ω)، کیلواهم (1 kΩ = ۱۰۳ Ω)، و مگا اهم (1 MΩ = ۱۰۶ Ω) هم در حالت کلی برای اندازگیری میزان مقاومت، استفاده می‌شوند.

میزان تقابل مقاومت R را رسانایی الکتریکی نامیده و با G = 1/R نشان می‌دهیم. واحد اندازگیری آن زیمنس (یکا) (در واحددستگاه بین‌المللی یکاها) است ولی گاهی اوقات از واحد قبلی آن یعنیزیمنس (یکا) استفاده می‌شود. زیمنس در تقابل با یک اهم است.

اگرچه مفهوم ضریب هدایت اغلب در تحلیل مدار استفاده می‌شود، مقاومت‌های کاربردی همیشه در حیطه میزان مقاومت آن‌ها (اهم) نسبت به ضریب هدایت ارزیابی می‌شوند.

تأثیر جنس طول و مساحت سطح مقطع

مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست بلکه جنس و شکل ماده بستگی دارد. مثلاً برای محاسبهٔ مقاومت یک سیم از رابطهٔ زیر استفاده می‌شود:

{\displaystyle R={\frac {\rho l}{A}}}

که در آن

  • R: مقاومت بر حسب اهم (Ω)
  • ρ: مقاومت مخصوص سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
  • l: درازای سیم بر حسب m
  • A: سطح مقطع سیم برحسب متر مربع (m^2)

اثر دما بر مقاومت

در رساناها، بالارفتن دما سبب افزایش مقاومت می‌شود ولی مقاومتِ نیم‌رساناها در دمای بالاتر کاهش می‌یابد.

در رابطهٔ زیر اثر دما بر مقاومت نشان داده شده‌است:

{\displaystyle \Delta \rho =\rho _{0}.\alpha .\Delta t\Rightarrow \rho =\rho _{0}.(1+\alpha .\Delta t)}

که در آن:

  • آلفا: ضریب دمایی مقاومت
  • ρ۰: مقاومت مخصوص قبلی سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)
  • ρ: مقاومت مخصوص جدید سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m)

و طبق دو فرمول بالا داریم:

{\displaystyle \Delta R=R_{0}.\alpha .\Delta T\Rightarrow R=R_{0}.(1+\alpha .\Delta T)}

به هم بستن مقاومت‌ها

  • در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی هرگاه چند مقاومت به صورت موازی یا سری با هم قرار گیرند مقدار کل مقاومت اعمال شده توسط آن چند مقاومت کاهش یا افزایش خواهد یافت.
  • مقدار مقاومتی که مقاومت‌های با هم موازی شده ایجاد می‌کنند برابر با وارون ضربیِ مجموع وارون ضربی‌های آن مقاومت‌هاست.
  • مقدار مقاومتی که مقاومت‌های با هم سری شده ایجاد می‌کنند برابر با مجموع مقدار مقاومت تک‌تک آن‌هاست.
  • در یک شبکهٔ مقاومت که مقاومت‌ها به صورت ترکیبی از سری و موازی قرارگرفته‌اند برای محاسبهٔ مقدار مقاومت شبکه می‌توان قسمت‌های کوچک‌تر موازی و سری را محاسبه و سپس نتیجه‌ها را با هم جمع کرد.

مقاومت به صورت موازی

وقتی مقاومت‌ها را به صورت موازی قرار می‌دهیم رفتار می‌کنند متفاوت از سری به‌طور کلی اگر یک مقاومت دارید که مقدار مشخصی دارد و مقاومت‌های دیگر را به صورت موازی قرار دهیم مقاومت کل کمتر می‌شود. مقاومت‌ها در یک ساختاربندی موازی دارای اختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند و جریانی که از آن‌ها عبور می‌کند با هم جمع می‌شوند. رسانایی الکتریکی مقاومت‌ها برای تعیین میزان رسانایی شبکه با هم جمع می‌شوند؛ بنابراین مقاومت معادل (Req) موجود در شبکه، قابل محاسبه است:

تعدادی مقاومت که به صورت موازی بسته شده‌اند.

{\displaystyle {\frac {1}{R_{\text{eq}}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{R_{n}}}}

میزان مقاومت معادل موازی را می‌توان در معادلات، با دو خط عمودی "||" (مانندهندسه) به عنوان یک نماد ساده نمایش داد. بعضی اوقات در موردی که صفحه کلید فاقد نشانه خط عمودی است از دو خط مورب "//" به جای "||" استفاده می‌شود. در این مورد دو مقاومت موازی با فرمول زیر قابل محاسبه هستند:

{\displaystyle R_{\text{eq}}=R_{1}\|R_{2}={\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}

در حالت خاص میزان مقاومت N مقاومت متصل شده به‌طور موازی که از میزان مقاومت یکسان R هستند با R/N نمایش داده می‌شود.

مقاومت به صورت سری

در ساختاربندی به صورت سری، جریان عبوری از تمام مقاومت‌ها یکسان است ولی ولتاژ دو سر هر مقاومت به میزان مقاومت آن وابسته است. اختلاف پتانسیل (ولتاژ) هنگام عبور از شبکه برابر مجموع آن ولتاژهاست؛ بنابراین میزان مقاومت کلی می‌تواند از حاصل جمع آن مقاومت‌ها بدست آید:

تعدادی مقاومت که به صورت سری بسته شده‌اند.

{\displaystyle R_{\text{eq}}=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}}

در حالت خاص، میزان مقاومت N مقاومت اتصال یافته به‌طور سری، که هر کدام با میزان مقاومت R یکسان هستند با NR نمایش داده می‌شود.

ترکیب مقاومتهای سری و موازی

یک شبکه مقاومت که ترکیبی از اتصالات سری و موازی است می‌تواند به قسمت‌های کوچکتری که یا موازی یا سری هستند شکسته شود. برای مثال،

اتصال سری و موازی تعدادی مقاومت.

{\displaystyle R_{\text{eq}}=(R_{1}\|R_{2})+R_{3}={\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}+R_{3}}

به هر حال، بعضی از شبکه‌های مختلط مقاومت‌ها نمی‌توانند در این روش که برای تحلیل مدار پیچیده تری تر نیاز است مورد بررسی قرار گیرند. برای مثال مکعبی را بررسی کنید که هر ضلع آن با مقاومتی جایگزین شود. در این صورت میزان مقاومت قابل اندازگیری میان دو رأس مختلف چقدر است؟ در مورد ۱۲مقاومت معادل، می‌توان نشان داد که میزان مقاومت گوشه به گوشه، ۵/۶ میزان خود مقاومت است. در حالت کلی تر، تبدیل ستاره مثلث یا روش‌های ماتریسی می‌تواند برای حل چنین مسئله‌ای مورد استفاده قرار گیرند. 

کاربرد عملی از این روابط این است که درحالت کلی میزان غیر استاندارد اندازه مقاومت می‌تواند در حالت سری یا موازی با اتصال به تعدادی از مقادیر استاندارد، ترکیب شوند. این مورد همچنین برای بدست آوردن یک متغیر با میزان توان بالاتری از آنچه که خود مقاومت‌ها استفاده کرده‌اند به کار برده می‌شود. در مورد خاص، N مقاومت یکسان که همگی به‌طور سری یا به‌طور موازی به هم متصل اند، میزان توان خود مقاومت‌ها، با ضرب در N نتیجه می‌شوند.

 

تهیه شده در تیروز