مقاومت یا رزیستور چیست؟ انواع + نحوه خواندن و اندازه گیری مقاومت

در این مطلب می خوانید
- 1 مقاومت الکتریکی چیست؟
- 2 مقاومت یا رزیستور چیست؟
- 3 انواع مقاومت
- 4 نحوه خواندن مقدار مقاومت
- 5 نحوه اندازهگیری مقاومت
- 6 کاربردهای مقاومت در مدار
- 7 نحوه اتصال مقاومت در مدار
- 8 نکات مهم در انتخاب و خرید مقاومت
- 9 نقش مقاومت در تنظیم جریان و ولتاژ
- 10 تفاوت بین خازن و مقاومت چیست؟
- 11 نحوه شناسایی مقاومت از روی ظاهر
- 12 چگونه از مقاومتها برای تقسیم ولتاژ در مدار استفاده میشود؟
- 13 نقش مقاومت در افزایش طول عمر و کارایی مدارهای الکتریکی
- 14 جمعبندی
احتمالاً بارها اسم مقاومت یا رزیستور را در بحثهای مربوط به الکترونیک شنیدهاید، اما شاید دقیقاً ندانید مقاومت چیست و چه وظیفهای دارد؟ مقاومت یکی از کوچکترین و در عین حال مهمترین قطعات در مدارهای الکتریکی است؛ این قطعه ساده، جریان برق را کنترل میکند، جلوی آسیب به اجزای حساس را میگیرد و تقریباً در همه وسایل برقی، از موبایل گرفته تا یخچال و تلویزیون نقش حیاتی دارد. بدون مقاومت، بسیاری از سیستمهای الکترونیکی نمیتوانند به درستی کار کنند. پس با ما در این مقاله همراه شوید تا پاسخ کاملی به پرسش مقاومت الکتریکی چیست؟ ارائه دهیم.
مقاومت الکتریکی چیست؟
مقاومت الکتریکی یک کمیت فیزیکی است که نشان میدهد یک ماده تا چه اندازه در برابر عبور جریان الکتریکی مقاومت میکند. در واقع زمانی که جریان الکتریکی از یک رسانا عبور میکند، الکترونها در مسیر حرکت خود با اتمهای ماده برخورد میکنند و این برخوردها باعث کاهش سرعت جریان و ایجاد مقاومت میشوند. هرچه این برخوردها بیشتر باشد، مقاومت بیشتر خواهد بود. واحد اندازهگیری مقاومت الکتریکی، اهم (Ω) است. بر اساس قانون اهم، رابطه بین مقاومت (R)، ولتاژ (V) و جریان (I) به صورت V = IR بیان میشود. این قانون به ما کمک میکند تا بدانیم با افزایش مقاومت، جریان کاهش مییابد. در زبان تخصصی، «مقاومت الکتریکی» به کمیتی اشاره دارد که اندازهگیری میشود، در حالی که «رزیستور» یا مقاومت فیزیکی، قطعهای است که در مدار برای اعمال این مقاومت استفاده میشود.
مقاومت یا رزیستور چیست؟
رزیستور یا همان مقاومت، قطعهای فیزیکی است که با هدف ایجاد مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی، در مدار قرار میگیرد. این قطعه معمولاً دارای دو پایه است و با رنگهای مشخص روی بدنهاش، مقدار مقاومت آن مشخص میشود. وظیفه اصلی رزیستور در مدار، محدود کردن جریان برق، تقسیم ولتاژ بین اجزا و محافظت از قطعات حساس در برابر اضافهجریان یا نوسانات ولتاژ است. بدون حضور رزیستور، بسیاری از مدارها با جریان بیش از حد آسیب میدیدند یا عملکرد درستی نداشتند.
تاریخچه مقاومت به کشف قانون اهم توسط جورج سیمون اهم (Georg Ohm) بازمیگردد. او در اوایل قرن نوزدهم کشف کرد که بین ولتاژ، جریان و مقاومت، رابطهای مشخص وجود دارد که امروز آن را به عنوان قانون اهم میشناسیم. در ابتدا مقاومتها بهصورت ساده و با دقت پایین ساخته میشدند. اما با پیشرفت فناوری، مقاومتهای جدیدتری با دقت بالا، ابعاد کوچکتر و کاربردهای متنوعتر تولید شدند؛ مانند مقاومتهای فیلم کربنی، فلزی، SMD و چیپهایی که امروزه در دستگاههای الکترونیکی پیشرفته به کار میروند.
مشخصات فنی مقاومت
هر رزیستور مشخصاتی دارد که تعیینکننده عملکرد آن در مدار است. این مشخصات باید هنگام انتخاب مقاومت متناسب با نیاز مدار در نظر گرفته شود:
- مقدار مقاومت (اهم): نشاندهنده میزان مقاومتی است که رزیستور در برابر عبور جریان ایجاد میکند و با واحد Ω مشخص میشود.
- توان قابل تحمل (وات): بیشترین مقدار انرژی الکتریکی است که رزیستور میتواند بدون آسیب تحمل کند.
- تلرانس (درصد دقت): بیانگر دقت ساخت مقاومت است. برای مثال، ±5% یعنی مقدار واقعی مقاومت میتواند تا ۵ درصد بیشتر یا کمتر از مقدار نامی باشد.
- پایداری حرارتی: توانایی مقاومت در حفظ عملکرد و مقدار اهمی خود در برابر تغییرات دمایی محیط یا جریانهای بالا.
انواع مقاومت
مقاومتها انواع مختلفی دارند که هرکدام بسته به کاربرد، طراحی مدار و شرایط محیطی، مورد استفاده قرار میگیرند. این تنوع به سه گروه اصلی تقسیم میشود که در ادامه آن را برررسی می کنیم:
۱. مقاومتهای ثابت
مقاومتهای ثابت قطعاتی هستند که مقدار اهمی آنها از پیش تعیین شده و در شرایط معمول، تغییر نمیکند. این نوع مقاومتها رایجترین نوع هستند و در بیشتر مدارها به کار میروند. انواع مقاومت ثابت عبارتند از:
-
مقاومت کربنی
مقاومتهای کربنی از ترکیب پودر کربن و چسبهای عایق ساخته میشوند و به شکل استوانهای در مدارها قرار میگیرند. این نوع مقاومتها ارزانقیمتاند و برای مصارف عمومی با دقت متوسط مناسب هستند، اما دقت پایین، تلرانس بالا و نویز زیاد از محدودیتهای آنهاست.
-
مقاومت فلزی
در این نوع، عنصر مقاومتی از فلزاتی مانند نیکل یا کروم ساخته شده است. مقاومتهای فلزی دقت بسیار بالایی دارند و پایداری حرارتی آنها نیز بسیار خوب است. به همین دلیل در مدارهای دقیق و صنعتی کاربرد گستردهای دارند.
-
مقاومت فیلمی
این مقاومتها از لایه نازکی از کربن، فلز یا اکسید فلز تشکیل شدهاند که روی یک بستر عایق قرار دارد. بسته به جنس فیلم، به انواع کربنی، فلزی یا اکسیدی تقسیم میشوند. دقت بالا، عملکرد پایدار و قابلیت استفاده در مدارهای حساس از مزایای این نوع مقاومتها است.
-
مقاومت سرامیکی
مقاومت سرامیکی از مواد سرامیکی به عنوان عنصر مقاومتی بهره میبرند و در برابر حرارت، رطوبت و شوکهای محیطی بسیار مقاوماند. این نوع مقاومتها بیشتر در کاربردهای صنعتی و پرتوان استفاده میشوند.
-
مقاومت سیمی
این مقاومتها از پیچیدن سیمی از جنس آلیاژهای مقاومتی مانند نیکروم روی یک پایه سرامیکی ساخته میشوند. قدرت تحمل بالا در برابر جریان و دمای زیاد، آنها را به گزینهای مناسب برای کاربردهای پرتوان و گرمایشی تبدیل کرده است.
-
مقاومت شنت
شنتها مقاومتهایی با مقدار اهم بسیار پایین هستند که معمولاً برای اندازهگیری جریان بهکار میروند. آنها در مسیر موازی با دستگاههای اندازهگیری (مثل آمپرمتر) قرار میگیرند تا بخشی از جریان را از خود عبور دهند و دقت اندازهگیری را افزایش دهند.
-
مقاومت SMD
این نوع مقاومتها برای نصب سطحی روی بردهای الکترونیکی (PCB) طراحی شدهاند. اندازه کوچک، قابلیت اتوماسیون در تولید، و مناسب بودن برای مدارهای مجتمع، آنها را گزینهای ایدهآل در دستگاههای مدرن مانند موبایل و لپتاپ کرده است.
-
مقاومتهای صنعتی
مقاومتهای صنعتی برای توانهای بالا طراحی شدهاند و در کاربردهایی مانند ترمز اینورتر، گرمایش صنعتی، کنترل موتور و منابع تغذیه استفاده میشوند. این مقاومتها معمولاً سیمی، سرامیکی یا فلزی هستند و توانایی تحمل شرایط سخت محیطی را دارند.
۲. مقاومتهای متغیر
مقاومتهای متغیر، بر خلاف نوع ثابت، قابلیت تنظیم مقدار اهمی دارند. این ویژگی باعث میشود که در کنترل ولتاژ، جریان و کالیبراسیون مدارها کاربرد داشته باشند. انواع مقاومت های متغیر شامل موارد زیر است:
-
پتانسیومتر
پتانسیومتر یک مقاومت متغیر سهپایه است که با چرخاندن محور مرکزی، مقدار مقاومت بین پایههای میانی و کناری تغییر میکند. از پتانسیومتر در تنظیم حجم صدا، نور یا کنترل سرعت در لوازم الکترونیکی استفاده میشود.
-
رئوستا
رئوستا نوعی مقاومت متغیر دوپایه است که بیشتر برای تنظیم جریان استفاده میشود. در واقع میتوان آن را پتانسیومتری با اتصال تنها دو پایه دانست. این قطعه در مدارهای گرمایشی، موتورهای الکتریکی و آزمایشگاهها کاربرد دارد.
-
جعبه مقاومت
جعبه مقاومت مجموعهای از مقاومتهای متغیر یا ثابت با مقادیر متفاوت است که از طریق کلید یا پیچ قابل انتخاب هستند. از این جعبهها در آزمایشگاههای برق و الکترونیک برای کالیبراسیون، آموزش و تست مدارها استفاده میشود.
۳. مقاومتهای ویژه و حساس
این نوع مقاومتها دارای ویژگیهای خاصی هستند که آنها را برای کاربردهای خاص یا شرایط محیطی خاص مناسب میکند. اغلب این مقاومتها به پارامترهایی مثل نور، دما یا فشار حساساند. از جمله:
-
مقاومت نوری (LDR)
LDR یا مقاومت وابسته به نور، با تغییر شدت نور، مقدار مقاومتش تغییر میکند. در روشنایی خودکار معابر، چراغهای حساس به نور و مدارهای حسگر کاربرد دارد.
-
مقاومت حرارتی (NTC/PTC)
NTC و PTC مقاومتهایی هستند که با افزایش دما، مقدار مقاومت آنها بهترتیب کاهش یا افزایش مییابد. از مقاومت های NTC و PTC در سیستمهای حفاظت حرارتی، شارژرها و سنسورهای دما استفاده میشود.
-
مقاومتهای حساس به فشار، حرکت، فرکانس بالا و پلییورتان
این مقاومتها برای کاربردهای خاص طراحی شدهاند. مثلاً مقاومتهای حساس به فشار در سنسورهای لمسی، حساس به حرکت در سیستمهای امنیتی، مقاوم به فرکانس بالا در مدارهای مخابراتی، و مقاومتهای پوشیده از پلییورتان در محیطهای مرطوب یا خشن بهکار میروند.
نحوه خواندن مقدار مقاومت
بسیاری از مقاومتهای الکتریکی، مخصوصاً نوع استوانهای، دارای نوارهای رنگی هستند که مقدار اهمی آنها را نشان میدهد. این کدهای رنگی شامل چهار یا پنج نوار رنگیاند که هر رنگ، معادل یک رقم خاص یا ضریب عددی است. نوارهای اول و دوم مقدار عددی، نوار سوم ضریب، و نوار چهارم (در صورت وجود) درصد خطای مقاومت را نشان میدهند.
برای مثال، اگر روی یک مقاومت، نوارهای قهوهای، مشکی، قرمز و طلایی دیده شود:
- قهوهای = 1
- مشکی = 0
- قرمز = ×100
- مقدار مقاومت = 10 × 100 = 1000 اهم یا 1 کیلو اهم
- طلایی = ±5٪ تلرانس یعنی مقدار واقعی ممکن است بین 950 تا 1050 اهم باشد.
نحوه اندازهگیری مقاومت
برای اندازهگیری دقیق مقدار مقاومت، از ابزارهایی مانند اهممتر یا مولتیمتر استفاده میشود. اهممتر فقط برای سنجش مقاومت به کار میرود، اما مولتیمتر یک ابزار چندکاره است که میتواند ولتاژ، جریان و مقاومت را اندازهگیری کند. برای استفاده از مولتیمتر جهت اندازهگیری مقاومت مراحل زیر را دنبال کنید:
- دستگاه را روی حالت Ω یا «مقاومت» قرار دهید.
- دو پراب مولتیمتر را به دو سر مقاومت متصل کنید (قطبیت مهم نیست).
- مقدار اهمی مقاومت به صورت عدد روی نمایشگر ظاهر میشود.
در صورتی که مقاومت مقدار زیادی دارد، مولتیمتر بهصورت خودکار به مقیاسهای بالاتر مانند kΩ یا MΩ سوئیچ میکند.
کاربردهای مقاومت در مدار
مقاومتها از مهمترین اجزای یک مدار هستند که وظایف متنوعی را برعهده دارند. این قطعات جریان و ولتاژ را در مسیر مشخص کنترل و به عملکرد ایمن و دقیق مدار کمک میکنند. کاربردهای مهم مقاومت عبارتند از:
- محدود کردن جریان: جلوگیری از عبور جریان بیش از حد برای محافظت از قطعات حساس.
- تقسیم ولتاژ: تقسیم ولتاژ بین بخشهای مختلف مدار برای تأمین مقدار مناسب برای هر جزء.
- تولید گرما (گرمایش برقی): استفاده در بخاریهای برقی و هیترهای صنعتی از طریق تبدیل انرژی الکتریکی به حرارت.
- حفاظت از قطعات حساس: جلوگیری از آسیب به اجزای ظریف در برابر شوکهای ولتاژ یا جریان.
- کنترل سرعت موتور، نور لامپ و صدا در دستگاهها: با تنظیم جریان در مدار، شدت عملکرد اجزا کنترل میشود.
- کاربرد در فیلترها و مدارهای اندازهگیری: مشارکت در ساخت مدارهای حساس اندازهگیری و تفکیک فرکانسها.
نحوه اتصال مقاومت در مدار
در مدارهای الکتریکی، مقاومتها به دو روش سری و موازی متصل میشوند که هرکدام کاربرد خاصی دارند. در اتصال سری، مقاومتها پشتسرهم در یک مسیر قرار میگیرند و مقدار کل مقاومت برابر با مجموع مقاومتهاست (R_total = R1 + R2 + …). این روش برای تقسیم ولتاژ بسیار مناسب است. در اتصال موازی، مقاومتها به گونهای وصل میشوند که دو سر آنها مشترک است؛ در این حالت، جریان تقسیم میشود و مقاومت معادل با فرمول معکوس مجموع معکوسها محاسبه میشود:
1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + …. این نوع اتصال در تقسیم جریان و افزایش پایداری مدار استفاده میشود. برای رسیدن به مقدار دلخواه مقاومت، میتوان از ترکیب سری و موازی چند مقاومت استفاده کرد. اگر مقدار موردنیاز در دسترس نباشد، میتوان با ترکیب چند مقاومت کوچکتر (مثلاً دو مقاومت 470 اهم در سری برای رسیدن به 940 اهم) مقدار تقریبی دلخواه را به دست آورد. همچنین ترکیبهای هوشمندانه در طراحی مدار به کاهش هزینه و افزایش دقت کمک میکنند.
نکات مهم در انتخاب و خرید مقاومت
برای انتخاب مقاومت مناسب، باید چند فاکتور کلیدی را در نظر گرفت. مقدار مقاومت (اهم)، توان قابل تحمل (وات)، تلرانس (درصد خطا) و نوع کاربرد از جمله عوامل مهم هستند. بهعنوان مثال، در مدارهایی با جریان بالا باید از مقاومتهایی با توان بیشتر (مثل 2 وات یا بالاتر) استفاده کرد. در مدارهای حساس، انتخاب مقاومتهایی با تلرانس پایین (مثلاً ±1٪) باعث دقت عملکرد بیشتر میشود. همچنین شرایط محیطی مانند رطوبت، دمای بالا یا لرزش نیز در انتخاب نوع مقاومت (مثل مقاومتهای سرامیکی یا پوششدار) تأثیر دارد. در بازار، برندهای متنوعی از مقاومتها وجود دارد. برای پروژههای صنعتی یا حساس، برندهایی مانند Vishay، Yageo، Arcol و Ohmite از نظر دقت، طول عمر و کیفیت ساخت مورد تأیید مهندسان هستند. در مصارف عمومی و آموزشی، مقاومتهای کربنی اقتصادیتر نیز پاسخگو خواهند بود، بهشرط انتخاب از فروشگاههای معتبر.
نقش مقاومت در تنظیم جریان و ولتاژ
مقاومت نقش مهمی در تنظیم جریان الکتریکی دارد. با ایجاد مانع در مسیر حرکت الکترونها، میزان جریان عبوری از یک بخش مدار کنترل میشود. این موضوع در محافظت از قطعاتی مانند LED، آیسیها و ترانزیستورها که به جریانهای بالا حساساند، حیاتی است. علاوه بر جریان، مقاومت در تقسیم و تنظیم ولتاژ نیز کاربرد دارد. به کمک اتصال چند مقاومت بهصورت سری یا استفاده از پتانسیومتر، میتوان ولتاژ ورودی را به بخشهای مختلف مدار، طبق نیاز توزیع کرد. این تکنیک در مدارهای تغذیه، تقویتکنندهها و فیلترها بسیار رایج است.
تفاوت بین خازن و مقاومت چیست؟
مقاومت قطعهای است که صرفاً انرژی الکتریکی را کاهش میدهد و آن را به گرما تبدیل میکند. مقدار آن ثابت است (مگر در مقاومتهای متغیر) و در هر لحظه تنها نقش کاهش جریان یا تقسیم ولتاژ را دارد. از مقاومت برای کنترل دائمی جریان استفاده میشود. در مقابل، خازن انرژی الکتریکی را ذخیره میکند و سپس در زمان مناسب آن را آزاد میسازد. عملکرد خازن وابسته به زمان و فرکانس است و در فیلترها، تأخیرها و تنظیم نوسانات کاربرد دارد. به زبان ساده، مقاومت جریان را کند میکند، ولی خازن آن را برای زمان کوتاهی ذخیره و سپس منتقل میکند.
نحوه شناسایی مقاومت از روی ظاهر
برای شناسایی مقاومتهای معمولی (محوری)، باید به نوارهای رنگی روی آن دقت کرد. این نوارها نمایانگر مقدار اهم، ضریب، و تلرانس هستند. اغلب این مقاومتها استوانهای و کوچکاند و رنگبندی آنها استاندارد است. در مقاومتهای SMD (سطحچین)، مقدار اهم معمولاً بهصورت عددی روی بدنه چاپ شده است. مقاومتهای پرقدرت مانند سیمی یا صنعتی نیز بهدلیل اندازه بزرگتر، معمولاً مقدار اهم و توان روی آنها درج شده و ظاهر متفاوتی دارند (مثلاً بدنه سیمانی یا فلزی).
چگونه از مقاومتها برای تقسیم ولتاژ در مدار استفاده میشود؟
برای تقسیم ولتاژ، کافی است دو یا چند مقاومت را بهصورت سری به هم متصل کنید. در این حالت، ولتاژ کل بین مقاومتها تقسیم میشود و هر مقاومت، متناسب با مقدار اهمی خود بخشی از ولتاژ را دریافت میکند. این روش به عنوان «ولتاژ تقسیمکننده» شناخته میشود.
فرمول تقسیم ولتاژ بین دو مقاومت سری به صورت زیر است:
V_out = (R2 / (R1 + R2)) × V_in
این تکنیک بسیار مفید است برای ساخت ولتاژهای مرجع، کاهش ولتاژ ورودی برای بخشهایی که به ولتاژ پایینتری نیاز دارند، یا تغذیه سنسورها و ADCها در مدارهای الکترونیکی.
نقش مقاومت در افزایش طول عمر و کارایی مدارهای الکتریکی
یکی از مهمترین نقشهای مقاومت در مدار، محافظت از سایر اجزا در برابر جریان یا ولتاژ بیش از حد است. بدون حضور مقاومت، قطعات حساس ممکن است در اولین لحظه اتصال مدار دچار آسیب یا سوختگی شوند. بنابراین، مقاومتها با کنترل جریان، مانع از ایجاد شوک الکتریکی یا داغ شدن قطعات میشوند. علاوه بر محافظت، پایداری عملکرد مدار در طول زمان نیز وابسته به مقاومتهاست. اگر مقاومت مناسب و با کیفیت انتخاب شود، مدار در شرایط دمایی و بارهای مختلف، عملکرد ثابت و بدون خطا خواهد داشت. در نتیجه، عمر مفید مدار افزایش یافته و هزینههای تعمیر و خرابی کاهش مییابد.
جمعبندی
مقاومت یا رزیستور یکی از پایهایترین و پرکاربردترین اجزای مدارهای الکتریکی است که نقش مهمی در کنترل جریان، تقسیم ولتاژ، محافظت از قطعات و تنظیم عملکرد مدار دارد. با شناخت انواع مختلف مقاومتها، نحوه خواندن مقدار آنها، روشهای اندازهگیری و اتصال در مدار، میتوان طراحی دقیقتری برای مدارهای الکترونیکی انجام داد. انتخاب صحیح مقاومت با در نظر گرفتن توان، تلرانس و شرایط کاری، نهتنها عملکرد مدار را بهینه میکند، بلکه به افزایش طول عمر و پایداری سیستم نیز کمک میکند.
سؤالات متداول
- مقاومت چیست و چه کاری انجام میدهد؟
مقاومت قطعهای است که جریان برق را محدود میکند و از قطعات حساس در برابر جریان و ولتاژ زیاد محافظت میکند. - واحد اندازهگیری مقاومت چیست؟
واحد اندازهگیری مقاومت «اهم» (Ohm) است که با نماد Ω نمایش داده میشود. - چگونه مقدار مقاومت را بخوانیم؟
در مقاومتهای معمولی، با استفاده از کدهای رنگی و در مقاومتهای SMD با اعداد چاپشده روی بدنه مقدار مقاومت مشخص میشود. - تفاوت مقاومت و خازن در چیست؟
مقاومت جریان را کاهش میدهد، اما خازن انرژی الکتریکی را ذخیره و سپس آزاد میکند. مقاومت عنصر مقاوم، خازن عنصر ذخیرهکننده است. - مقاومتها چگونه در مدار متصل میشوند؟
بهصورت سری یا موازی؛ در سری برای افزایش مقاومت کل و در موازی برای کاهش آن استفاده میشوند. - کاربرد اصلی مقاومت در وسایل خانگی چیست؟
مقاومت در لوازم خانگی برای کنترل جریان، کاهش ولتاژ، محافظت از قطعات و در برخی موارد برای تولید گرما استفاده میشود. - چگونه میتوان با مقاومت ولتاژ را تقسیم کرد؟
با استفاده از دو یا چند مقاومت در اتصال سری، ولتاژ ورودی بین آنها تقسیم میشود و میتوان از بخشی از ولتاژ خروجی استفاده کرد. - از کجا بفهمیم کدام مقاومت مناسب مدار ماست؟
با توجه به نیاز مدار به مقدار مقاومت (اهم)، توان قابل تحمل (وات)، دقت (تلرانس) و شرایط محیطی باید مقاومت مناسب انتخاب شود.
بیشتر بخوانید: