موضوع مقاله: مقاومت (قطعه الکتریکی) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مقاومت (قطعه الکتریکی) | مقدمه: مقاومت نام یکی از قطعات الکتریکی و 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. | ## بخش 1: مقاومت (قطعه الکتریکی) | 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 براساس قانون اهم بین پایه‌های آن ایجاد می‌شود. شدت جریانی که از یک مقاومت عبور می‌کند، رابطهٔ مستقیمی با ولتا‍ژ دو سَر آن مقاومت دارد. این رابطه توسط قانون اهم این‌گونه نمایش داده می‌شود: در این معادله؛ R: مقدار مقاومت الکتریکی قطعهٔ مقاوم در یکای اهم. نسبت نسبتی است که بین ولتاژ دو سر مقاومت؛ (V)، و شدت جریان عبوری از آن؛ (I) پیوسته وجود دارد، و مقدار مقاومت نامیده می‌شود. این نسبت در مقاومت‌های معمولی که با اندازه‌های مقدار مقاومت‌شان مشخص شده‌اند، می‌تواند ثابت (مستقل از ولتاژ) در نظر گرفته شود. اگر چه نوع دیگری از مقاومت‌ها هستند که به آن‌ها مقاومت‌های غیرخطی نیز گفته می‌شود که تحت شرایطی همچون ولتاژ و دما و نور مقدار آن‌ها تغییر می‌کند مقاومت‌ها که اجزای بسیار متداولی را در شبکه‌های الکتریکی و مدارهای الکترونیکی تشکیل می‌دهند، در تجهیزات الکترونیکی بسیار کاربردی و پرشمار هستند. مقاومت‌های کاربردی متداول می‌توانند از ترکیبات و در اندازه و قیافه‌های متفاوت و همچنین به‌صورت سیم مقاومتی (سیمی که از جنس آلیاژی با مقاومت حرارتی بالا مانند آلیاژ نیکل و کروم باشد) ساخته شود. مقاومت‌ها در داخل تراشه‌ها هم به‌کار رفته‌اند؛ به‌ویژه در دستگاه‌های آنالوگ که مقاومت‌ها می‌توانند با مدار چاپی و مدار ترکیبی یک‌پارچه شوند. کارکرد الکتریکی یک قطعهٔ مقاومت‌کننده با مقدار مقاومتی مشخص می‌شود که در یک مدار ایجاد می‌کند. (مقاومت‌های بسیار پائین 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 ویژه و دقت 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 نظر ماکزیمم توان آن مشخص می‌شود تا از مصرف بیشتر از توان پیش‌بینی‌شده مقاومت و گرم شدن و اتلاف انرژی و نهایتاً از کار افتادن (سوختن) آن، جلوگیری کند. 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 بررّسی بیش‌تری به حدّاکثر ولتاژی در نظر گرفته شود که می‌توان مقاوت را در آن به کار گرفت. در یک تقویت‌کننده یا یک پیش تقویت‌کننده با نویز پایین، مشخصات نویز یک مقاومت ممکن است مسئله‌ساز باشد. القاوری ناخواسته، نویز بیش از حد و ضریب دمایی بسیار وابسته به فناوری استفاده شده در ساخت و تولید مقاومت کاربرد دارند. در حالت عادی، این عوامل برای خانوادهٔ خاصی از مقاومت‌های تولید شده برای استفادهٔ در یک فناوری خاص اختصاص می‌یابد. خانواده‌ای از مقاومت‌های مجزّا هم طبق فاکتور فرمشی به وجود آمده‌است که اندازهٔ دستگاه و موقعیت رساناها (یا هر دو) آن را متناسب با ساخت و تولید کاربردی مدارها در نظر می‌گیرد. چون‌که مقاومت‌ها در محدودهٔ مقادیر بسیار زیادی تولید می‌شود، واحدهای مشتق‌شده میلی اهم ( mΩ = 10-3Ω)، کیلواهم (kΩ = 103Ω)، و مگااهم (MΩ = 106 Ω) هم در حالت کلی برای اندازه‌گیری میزان مقاومت استفاده می‌شود. میزان تقابل مقاومت R را رسانایی الکتریکی می‌نامند و با «G=1/R» نشان داده می‌شوند. واحد اندازه‌گیری آن زیمنس (یکا) (در واحددستگاه بین‌المللی یکاها) است ولی گاهی نیز از واحد قبلی آن یعنی زیمنس (یکا) استفاده می‌شود. اگرچه مفهوم ضریب هدایت اغلب در تحلیل مدار استفاده می‌شود، مقاومت‌های کاربردی همیشه در حیطهٔ میزان مقاومت آن‌ها (اهم) نسبت به ضریب هدایت ارزیابی می‌شود. عوامل مؤثر بر مقاومت تأثیر جنس طول و مساحت (سطح مقطع) مقدار مقاومت به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری وابسته نیست، بلکه به جنس و شکل ماده بستگی دارد؛ مثلاً، برای محاسبهٔ مقاومت یک سیم از رابطهٔ زیر استفاده می‌شود: که در آن: R: مقاومت بر حسب اهم (Ω) ρ: مقاومت مخصوص سیم بر حسب اهم در متر (Ω.m) l: طول 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: 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: به‌هم بستن مقاومت‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی هرگاه چند مقاومت به‌صورت موازی یا سَری با هم قرار گیرند، مقدار کلّ مقاومت اعمال شده توسط آن چند مقاومت کاهش یا افزایش خواهد یافت. مقدار مقاومتی که مقاومت‌های با هم موازی‌شده ایجاد می‌کنند، برابر با وارون ضربیِ مجموع وارون ضربی‌های آن مقاومت‌هاست. مقدار مقاومتی که مقاومت‌های با هم سری‌شده 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 کرده و سپس نتیجه‌ها را با هم جمع کرد. مقاومت به‌صورت موازی وقتی مقاومت‌ها را به‌صورت موازی قرار می‌دهیم، متفاوت از سری به‌طور کلی رفتار می‌کنند. | ## بخش 2: مقاومت (قطعه الکتریکی) | اگر یک مقاومت دارید که مقدار مشخصی دارد و مقاومت‌های دیگر آن به‌صورت موازی قرار دارد، 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 می‌شود. میزان مقاومت معادل موازی را می‌توان در معادلات، با دو خط عمودی "||" (مانند هندسه) به عنوان یک نماد ساده نمایش داد. بعضی اوقات در موردی که صفحه کلید فاقد نشانهٔ خط عمودی است، از دو خط مورب "//%22 به جای "||" استفاده می‌شود. در حالت خاص، میزان مقاومت N مقاومت متصّل‌شده که به‌طور موازی از میزان مقاومت یک‌سان «R» هستند، با «R/N» نمایش داده می‌شود. مقاومت به‌صورت سری در ساختاربندی به‌صورت سری جریان عبوری از تمام مقاومت‌ها یک‌سان است، ولی ولتاژ دو سَر هر مقاومت به‌میزان مقاومت آن وابسته است. در حالت خاص، میزان مقاومت N مقاومت اتصال‌یافته که به‌طور سری هر کدام با میزان مقاومت یک‌سان «R» هستند، با «NR» نمایش داده می‌شود. با این‌حال، در این روش بعضی از شبکه‌های مختلط مقاومت نمی‌توانند برای تحلیل مدار پیچیده‌تری بررّسی شود که نیاز است؛ مثلاً، مکعبی را بررسی کنید که هر ضلع آن با مقاومتی جایگزین شود. در مورد ۱۲مقاومت معادل، می‌توان نشان داد که میزان مقاومت گوشه‌به‌گوشه، ۵/۶ میزان خود مقاومت است. در حالت کلّی‌تر، تبدیل ستاره مثلث یا روش‌های ماتریسی می‌تواند برای حل چنین مسئله‌ای استفاده شود. درحالت کلّی، کاربرد عملی این روابط در میزان غیر استاندارد اندازهٔ مقاومت در حالت سَری یا موازی می‌تواند با اتصال به تعدادی از مقادیرِ استاندارد ترکیب شود. این مورد هم‌چنین برای به‌دست آوردن یک متغیّر با میزان توان بالاتری از آنچه که خود مقاومت‌ها استفاده کرده‌اند، به‌کار رود. در مورد خاص، «N» مقاومت یک‌سان که همگی به‌طور سری یا به‌طور موازی به هم متصّل‌اند، میزان توان خود مقاومت با ضرب در «N» نتیجه می‌شود. نماد و نشانه‌های الکترونیکی نشانهٔ استفاده‌شده برای یک مقاومت در دیاگرام مداری استاندارد به استاندارد و کشوربه‌کشور متفاوت است. نماد اروپایی استفادهٔ از یک ممیز را مجاز نمی‌داند و ممیز را با نشان پیش‌وندی «SI» برای یک مقدار خاص جایگزین می‌کند؛ مثلاً، «8k2» در دیاگرام مداری، مقدار مقاومت kΩ ۸٫۲ را نشان می‌دهد. زمانی‌که این مقدار بدون نیاز به پیشوند «SI» توضیح داده شود، از یک 'R' به‌جای ممیز استفاده می‌شود؛ مثلاً 1R2» ،۱٫۲ Ω» و 18R، ۱۸ Ω را نشان می‌دهد. استفاده از یک نشان پیشوندی «SI» یا حرف 'R' در مسئله‌ای که ممیز قابل صرف نظر کردن است هنگام کپی‌برداری از یک دیاگرام مدار چاپّی رخ می‌دهد. زمانی‌که یک لوله (چپ) پر از مو (راست) می‌شود، برای برقراری جریان مجددّ آب، فشار بیش‌تری وارد می‌شود. افزایش فشار جریان الکتریکی با میزان مقاومت بیش‌تر شبیه فشار آوردن بر آبی در لوله است که با مو گرفته شده‌است. قانون اهم رفتار یک مقاومت ایدئال توسط رابطه‌ای بررسی می‌شود که به قانون اهم معروف است: قانون اهم نشان می‌دهد که ولتاژ (V) عبوری از یک مقاومت رابطه‌ای مستقیم با جریان (I) و هم‌چنین میزان مقاومت (R) دارد که جریان (I) در آن برقرار است. به‌طور معادل، قانون اُهم می‌تواند به صورت زیر نشان داده شود: فرمول‌بندی بر اساس این‌که جریان (I) رابطه مستقیم با ولتاژ (V) و رابطهٔ عکس با میزان مقاومتی (R) دارد که انجام می‌شود. این مستقیماً در محاسبات کاربردی استفاده می‌شود؛ مثلاً، اگر یک مقاومت ۳۰۰ اهمی به دوسَر یک باتری ۱۲ ولتی متصل شود، جریان ۱۲ / ۳۰۰ = ۰٫۰۴ آمپری (یا ۴۰ میلی‌آمپری) در آن مقاومت ایجاد می‌شود. اتلاف توان توان P تلف‌شده توسط یک مقاومت بدین صورت محاسبه می‌شود: که در آن: R: مقاومت بر حسب اهم (Ω) I: جریان برحسب آمپر(A) V: ولتاژ برحسب ولت (V) فرمول اول همان قانون اول ژول است. میزان کلّی انرژی گرمایی انتشاریافته طی یک بازهٔ زمانی از روی انتگرال توان بر بازهٔ زمان قابل‌تعیین می‌شود: که در آن: : توان برحسب وات (W) : جریان در زمان t برحسب آمپر (A) : ولتاژ در زمان t برحسب ولت (V) مقاومت‌ها مطابق اتلاف توان ماکزیممشان ارزیابی می‌شود. مقاومت‌های مجزّا در سیستم‌های الکترونیکی جامد، کم‌تر از یک وات توان الکتریکی را جذب می‌کنند و هیچ دقتی برای میزان توان آن‌ها نیاز نیست. چنین مقاومت‌هایی در فرم مجزّایشان که شامل بیش‌ترین بسته‌ها است به شرح زیر است و به‌طور معمول دارای مقادیر ۱/۱۰، ۱/۸ یا ۱/۴ وات هستند. مقاومت‌های توان از لحاظ فیزیکی بزرگ‌تر هستند و ممکن است برای مقادیر مقدّم، کدهای رنگی و بسته‌های خارجی زیر استفاده نشود. اگر میانگین توان تلف‌شده توسط یک مقاومت بیش‌تر از میزان توان آن باشد، با تغییر دائمی میزان مقاومت ممکن است به مقاومت آسیب وارد شود. این مورد از وارونگی در میزان مقاومت با توجه به ضریب دمایی آن در زمان گرم شدن مجزاست. | ## بخش 3: مقاومت (قطعه الکتریکی) | اتلاف توان بیش از اندازه ممکن است دمای مقاومت را به نقطه‌ای برساند که فیبر مدار یا قسمت‌های مجاور بسوزَد ویا حتی باعث آتش‌سوزی شود. مقاومت‌های ضد حریقی موجود هستند که از داغ شدن بیش از حد آن‌ها به‌طور خطرناک (با بازکردن مدار) جلوگیری می‌کنند. چون احتمال بروز گردش هوای مه‌آلود، ارتفاع زیاد یا درجهٔ حرارت بالا وجود دارد، مقاومت‌ها با میزان اتلاف بالاتری از آنچه برای کاربردهای دیگر معمول است در نظر گرفته می‌شوند. بعضی از انواع مقاومت و درجه‌بندی‌ها نیز ممکن است میزان ولتاژ ماکزیمم را داشته باشند. یک سر هر مقاومت به یک پین مجزّا اتصال داده می‌شود و دیگر سرها همگی به همدیگر، برای pin – pin 1 باقی‌مانده (در حالت کلی)، در انتهای محل تعیین‌شده توسط نقطهٔ سفید قرارگرفته و متصل می‌شود. بقیهٔ آن‌ها دارای رساناهای خارج‌شده از بدنه هستند که در عوض موازی بودن با محور مقاومت به‌طور شعاعی هستند. دیگر مؤلفه‌ها ممکن است فناوری نصب سطحی (SMT) باشد که در مقاومت‌هایی با توان بالا به احتمال این‌که یکی از رساناها به صورت گرماخور قابل‌طراحی باشد، به وجود می‌آید. عنصر مقاومت از مخلوط خرده‌ها (پودر) کربن و مواد عایق (مانند سرامیک) ساخته می‌شود. در سال ۱۹۶۰، مقاومت‌های ترکیب کربن در حالت کلی و بعد از آن استفاده می‌شد، ولی در حال حاضر محبوبیت چندان زیادی برای استفادهٔ عمومی به عنوان نوع دیگری که دارای خصوصیات بهتری مانند تلرانس، وابستگی ولتاژ و فشار (مقاومت‌های ترکیب کربن، زمانی‌که ولتاژ بالایی بر آن‌ها وارد شود، تغییر خواهند یافت) وجود ندارد. به‌علاوه اگر رطوبت داخلی (حاصل از پدیدار شدن در دوره‌ای از زمان برای یک محیط مرطوب) قابل‌توجه باشد، حرارت لحیم کاری، تغییر غیرقابل‌بازگشتی در مقدار مقاومت به وجود خواهد آورد. مقاومت‌های ترکیب کربنی دارای پایداری ضعیفی در طول زمان هستند و در کارخانه به همین نحو از بهترین تا تنها ۵٪ تلرانس طبقه‌بندی می‌شود. به‌هرحال این مقاومت‌ها اگر هرگز به ولتاژ بالا یا حرارت بالا نمی‌رسید، مطمئناً به‌طور قابل ملاحظه‌ای در اندازهٔ مؤلفهٔ مؤثر بودند. پیل‌کربنی یک مقاومت پیل‌کربنی از یک رشته صفحهٔ کربنی‌فشردهٔ میان دو صفحهٔ فلزی ساخته می‌شود. این مقاومت‌ها زمانی استفاده می‌شود که یک بار الکتریکی قابل‌تنظیم نیاز است، مانند امتحان باتری‌های خودرو یا فرستندهٔ رادیو. یک مقاومت پیل‌کربنی نیز می‌تواند برای کنترل سریع موتورهای کوچک در لوازم خانگی (ماشین‌های بافندگی و میکسرهای دستی) در درجه‌های بالا با چندصد وات استفاده شود.Morris, C. با تغییر شکل، همراه با مقاومت کربن غیر متبلور (در حد μΩ m 500 تا μΩ m 800) می‌تواند مقدار تفاوت مقاومت‌ها را نشان دهد. مقاومت‌های لایهٔ کربنی میزان توانی در حدود ۰٫۱۲۵ وات تا ۵ وات را در دمای °۷۰ سانتی‌گراد نشان می‌دهد. 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. مقاومت‌های ترکیب‌کربنی مستقیماً می‌توانند روی لایه‌های فیبر مدار چاپی (PCB) به عنوان قسمتی از فرایند تولید «PCB» چاپ شود. درحالی که این تکنیک روی مقیاس‌های «PCB» ترکیبی فراگیرتر است و توانایی استفادهٔ روی فایبرگلاس استاندارد «PCBs» را داراست. تلف مقاومتی هنگامی‌که جریان الکتریکی I از جسمی با مقاومت R عبور می‌کند، انرژی الکتریکی (توان) به گرما تبدیل می‌شود. توان گرمایی تولیدشده از رابطهٔ زیر به‌دست می‌آید: در این معادله: P:توان تلف‌شده در شیء در واحد وات. این تبدیل انرژی در کاربردهایی مثل روشنایی و گرمادِهی الکتریکی مفید است، ولی در کاربردهای دیگری مثل انتقال انرژی اتلاف محسوب می‌شود. به‌طور ایدئال، رساناهایی که برای اتّصال افزاره‌های الکتریکی استفاده می‌شود، باید مقاومت الکتریکی صفر داشته باشد، ولی در واقعیت فقط ابررساناها به این ایدئال می‌رسند. راه‌های مرسوم برای مقابله با اتلاف مقاومتی در رساناها استفاده از سیم‌های ضخیم‌تر و ولتاژهای بالاست. | ## جمع‌بندی | انواع مقاومت‌های متغیر پتانسیومتر مقاومتی است که به صورت فیزیکی تغییر می‌کنند؛ مانند یک پیچ.