کدگذاری رنگی دقیق

در روش کدگذاری رنگی دقیق پنج نوار رنگی داریم و این روش برای مقاومت‌هایی با تلورانس کمتر از $$pm 2$$ استفاده می‌شود. در کدگذاری رنگی دقیق، سه نوار اول به‌ ترتیب نشان‌دهنده‌ ارقام اول تا سوم مقدار مقاومت هستند. نوار چهارم ضریب یا توان عدد  ده را مشخص می‌کند که مقدار عددی قبل در آن ضرب می‌شود. نوار پنجم نیز میزان تلورانس یا درصد خطای مجاز از مقدار اسمی مقاومت را نشان می‌دهد.

پس تفاوت این نوع کدگذاری با روش عمومی در این است که عدد اولیه قبل از توان ده، سه رقمی است. به مثال زیر در این زمینه توجه کنید:

• سه نوار اول روی مقاومت از سمت چپ به راست به ترتیب نارنجی، زرد و سبز هستند. این سه رنگ رقم اول تا سوم مقدار مقاومت را طبق تصویر مرجع در ابتدای بخش تعیین می‌کنند.
• نوار چهارم روی مقاومت از سمت چپ به راست قهوه‌ای است. این رنگ ضریب چند برابر کننده یا توان عدد ده را در مقدار مقاومت طبق تصویر مرجع در ابتدای بخش مشخص می‌کند.
• نوار پنجم روی مقاومت از سمت چپ به راست نقره‌ای است. این رنگ میزان تلورانس یا دامنه‌ خطای مجاز مقاومت را طبق تصویر مرجع در ابتدای بخش نشان می‌دهد.

به این ترتیب مقدار مقاومت ترکیبی بالا برابر است با:

$$345 times{10}^1 Omega pm 10$$

به همین صورت مقدار یک مقاومت ترکیبی با نوارهای رنگی قهوه‌ای، سیاه، سیاه، نارنجی و قهوه‌ای برابر است با $$100 times{10}^3 Omega pm 1$$

مقاومت‌های ترکیبی چگونه ساخته می‌شوند؟

یک مقاومت‌ ترکیبی از مخلوط کردن پودر کربن یا گرافیت با یک ماده چسباننده عایق در نسبت‌های مشخص ساخته می‌شود. سپس این مخلوط به شکل یک میله درمی‌آید و در دماهای بالا پخته می‌شود تا بدنه جامد تشکیل شود. این میله‌ها به قطعاتی با طول و قطر دلخواه برش داده می‌شوند. انتهای این قطعات با کلاهک‌ها یا پایه‌های فلزی پوشانده می‌شوند که به آن‌ها لحیم یا جوش داده شده‌اند. سپس بدنه مقاومت با یک پوشش پلاستیکی یا سرامیکی پوشانده می‌شود تا از رطوبت و گرد و غبار محافظت شود. در نهایت، روی مقاومت نوارهای رنگی نقاشی می‌شود تا مقدار مقاومت آن را نشان دهد.

مقاومت‌های ترکیبی در اندازه‌ها و اشکال مختلفی مانند محوری یا Axial، شعاعی یا Radial و نصب سطحی یا Surface Mount در بازار موجود هستند. همچنین گستره توان‌ نامی این مقاومت‌ها از $$0.125 W$$ تا $$5 W$$ است. توان نامی یک مقاومت ترکیبی معادل است با حداکثر مقدار حرارتی که آن مقاومت می‌تواند بدون آسیب دیدن و در قالب اتلاف انرژی صرف کند. همچنین حداکثر ولتاژ نامی به حداکثر ولتاژی گفته می‌شود که می‌توانیم بدون از بین رفتن مقاومت به آن اعمال کنیم.

نکته: ولتاژ نامی معمولا از حاصل‌ضرب توان نامی در مقدار مقاومت کمتر است. به عنوان مثال، یک مقاومت $$1 k Omega$$ با توان نامی $$0.25 W$$ دارای حداکثر ولتاژ نامی $$150 V$$ است، در حالی که یک مقاومت $$1 k Omega$$ با توان نامی $$0.5 W$$ دارای حداکثر ولتاژ نامی $$500 V$$ است.

برای اینکه با این مفاهیم بهتر آشنا شوید، پیشنهاد می‌کنیم به فیلم آموزش فیزیک الکتریسیته + مفاهیم کلیدی فرادرس مراجعه کنید. مشاهده این دوره می‌تواند مسیر یادگیری انواع مقاومت‌ و تسلط شما بر حل مسائل مرتبط با آن‌ها را هموار کند. لینک مشاهده این فیلم در ادامه آورده شده است:

چگونه یک مقاومت ترکیبی را انتخاب کنیم؟

با توجه به اطلاعات بخش قبل، بهتر است هنگام انتخاب مقاومت ترکیبی برای هر کاربرد خاص نکات زیر را در نظر داشته باشیم:

• مقدار مقاومت و تلورانس موردنیاز در مدار
• توان نامی و حداکثر ولتاژی که مقاومت می‌تواند تحمل کند.
• محدوده دما و ضریب دمایی که مقاومت می‌تواند در آن کار کند.
• سطح نویز و پایداری که مدار می‌تواند تحمل کند.
• اندازه و شکل مقاومتی که می‌تواند در برد مدار قرار بگیرد.

چرا کربن ماده‌ مناسبی برای ساخت مقاومت ترکیبی است؟

تا اینجا کاملا یاد گرفتیم که مقاومت ترکیبی چیست. در بخش انتهایی این مطلب نیز به بررسی جامع مقاومت‌های کربنی خواهیم پرداخت. اما سوال مهمی که در مورد هر دوی این مقاومت‌ها مطرح می‌شود این است که چرا در هر دو مورد کربن بهترین و اولین ماده‌ای است که برای ساخت مقاومت در نظر گرفته شده است. می‌دانیم مقاومت‌ ترکیبی کربنی توان تحمل پالس‌هایی با انرژی بالا را دارد. این مزیت به این دلیل ایجاد شده است که با عبور جریان از این نوع مقاومت، این بدنه کربنی آن است که انرژی را هدایت می‌کند.

همچنین مقاومت‌های کربنی یا مقاومت‌های لایه‌‌ (فیلم) کربنی نیز عموما دارای تلورانس‌های ۵ یا ۱۰ یا ۲۰ درصد هستند. در واقع مقاومت فیلم کربنی به دلیل استفاده از کربن خالص، ضریب دمایی منفی بزرگ‌تری نسبت به نوع ترکیبی دارد. این ضریب دمایی مقاومت در بازه‌ای بین $$2.5 times 10^{-4}$$

کاربردها، مزایا و معایب مقاومت‌های ترکیبی چیست؟

مقاومت‌های ترکیبی برای کاربردهایی مناسب هستند که نیاز به تحمل پالس‌های با انرژی بالا، محافظت در برابر نوسانات یا تخلیه و محدود کردن جریان در آن‌ها وجود دارد. همچنین در ساخت منابع تغذیه ولتاژ بالا، نورپردازی‌های پرقدرت، جوشکاری و سایر مدارهایی که به دقت یا پایداری خیلی زیاد نیازی ندارند، می‌توان از این مقاومت‌ها استفاده کرد.

همچنین این نوع از مقاومت‌ها در مقایسه با سایر انواع مقاومت‌، مزایا و معایب خاص خود را دارند. مزایای استفاده از مقاومت‌های ترکیبی شامل موارد زیر است:

• این مقاومت‌ها می‌توانند پالس‌های با انرژی بالا را بدون آسیب یا خرابی تحمل کنند.
• مقاومت ترکیبی می‌تواند مقادیر بالایی از مقاومت مانند چند مگا اهم داشته باشد.
• تولید این نوع مقاومت ارزان و آسان است.

اما معایب کاربرد این نوع مقاومت به شکل زیر فهرست می‌شوند:

• این مقاومت‌ها به علت تغییرات مقاومت با گذشت زمان یا تحت شرایط دمایی، رطوبت، ولتاژ و لحیم‌کاری، پایداری و دقت پایین‌تری دارند.
• ضریب دمایی مقاومت ترکیبی یا TCR آن بالا است، به این معنا که مقدار مقاومت آن‌ با تغییرات دما به‌طور قابل‌توجهی تغییر می‌کند.
• ظرفیت اتلاف توان پایینی دارد و در دمای بالاتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد از توان نامی آن‌ کاسته می‌شود.
• این مقاومت‌ها به دلیل تماس ناهمگون بین ذرات کربن و چسب، به سطوح نویز بالای خود معروف هستند.
• مقاومت عایق آن‌ها کم و به شدت به شرایط ولتاژ وابسته است.

پس از اینکه به ویژگی‌های این مقاومت در مقایسه با سایر انواع مقاومت اشاره کردیم، مروری داریم بر انواع مقاومت‌ تا بهتر متوجه شوید که تمایز مقاومت ترکیبی با آن‌ها چیست. همچنین دقت کنید که عبارت «مقاومت ترکیبی» با «ترکیب مقاومت‌ها در مدار» اشتباه نشود. در شرایطی که چند مقاومت در مدار به‌صورت سری یا موازی به هم متصل شده‌اند، هدف پیدا کردن ترکیبی از مقاومت‌ها یا «مقاومت معادل» است. در این سوالات لازم است با استفاده از قانون اهم و با بکارگیری فرمول‌های مناسب، مقاومت معادل را پیدا کنیم. پیشنهاد می‌کنیم برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالب «مقاومت موازی در مدار – به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)» و «مقاومت سری در مدار – به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)» از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

انواع مقاومت

مقاومت‌ها یا رزیستورها به‌طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• مقاومت‌های ثابت یا Fixed Resistors: این نوع مقاومت‌ها دارای یک مقدار مقاومت مشخص و ثابت هستند که قابل تغییر نیست.
• مقاومت‌های متغیر یا Variable Resistors: مقدار مقاومت این نوع مقاومت‌ها قابل تنظیم و تغییر است.

در ادامه این دو گروه مقاومت را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم.

مقاومت‌ های ثابت

مقاومت‌های ترکیبی کربنی، مقاومت‌های فیلم کربنی، مقاومت‌های لایه‌ فلزی، مقاومت‌های سیمی، مقاومت‌های فیلم ضخیم و مقاومت‌‌های SMD همگی زیرمجموعه‌‌هایی از مقاومت‌های ثابت محسوب می‌شوند. در ادامه ویژگی هر کدام را به شکل مختصر توضیح داده‌ایم:

• مقاومت ترکیبی کربنی: از اولین انواع مقاومت‌ که بر مبنای ترکیب پودر کربن و مواد سرامیکی ساخته شده است. با اینکه به علت دقت پایین و وابستگی به دما کمتر از آن استفاده می‌شود، اما برای تحمل پالس‌های با انرژی بالا بسیار مناسب است.
• مقاومت‌ فیلم کربنی (فیلم نازک):‌ از یک لایه نازک کربن خالص که روی یک هسته سرامیکی قرار گرفته است، ساخته می‌شود. دقت و پایداری آن‌ از نوع ترکیبی کربنی بهتر است و نویز کمتری تولید می‌کند.
• مقاومت‌ لایه‌ فلزی: از یک لایه نازک فلزی (مانند نیکل یا کروم) روی هسته سرامیکی ساخته شده‌ و دارای دقت و پایداری بسیار بالا، ضریب دمایی پایین و نویز کمی است که آن را برای کاربردهای حساس ایده‌آل می‌سازد.
• مقاومت‌ سیمی: از پیچاندن سیم نازکی از آلیاژ مقاومتی (مانند نیکروم) به دور یک هسته عایق (مانند سرامیک) ساخته می‌شود و می‌تواند مقادیر توان بالایی را تحمل کرده و مناسب کاربردهایی شامل جریان بالا است.
• مقاومت‌ فیلم ضخیم: از یک لایه ضخیم از پودر فلزات و اکسیدهای فلزی روی بستر سرامیکی ساخته می‌شود. از مقاومت‌های فیلم نازک ارزان‌تر است و به‌صورت گسترده در دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی استفاده می‌شود.
• مقاومت‌ SMD یا Surface Mount Device Resistor: مقاومت‌ کوچکی که به‌صورت مستقیم روی سطح برد مدار چاپی (PCB) لحیم می‌شود و به دلیل اندازه کوچک، در دستگاه‌های الکترونیکی مدرن بسیار رایج است.

مقاومت‌ های متغیر

در ادامه مرور انواع مقاومت، انواع مقاومت‌‌های متغیر به شکل زیر تفکیک می‌شوند:

• پتانسیومتر: این مقاومت‌های متغیر شامل سه ترمینال‌اند و به‌عنوان یک تقسیم‌کننده ولتاژ عمل می‌کنند. در واقع با چرخاندن یک دستگیره یا حرکت دادن یک لغزنده، می‌توان ولتاژ خروجی را تنظیم کرد.
• رئوستا: رئوستا مقاومتی با دو ترمینال است که برای کنترل جریان در یک مدار بکار می‌رود.
• ترمیستور: ترمیستورها مقاومت‌هایی هستند که مقدار مقاومت آن‌ها به شدت به دما وابسته است. آن‌ها به عنوان حسگر دما یا دستگاه‌های حفاظتی استفاده می‌شوند.
• وریستور: وریستورها که با نام «مقاومت وابسته به ولتاژ  یا VDR» نیز شناخته می‌شوند، مقاومتشان با ولتاژ اعمالی تغییر می‌کند و از آن‌ها برای محافظت از مدار در برابر نوسانات ولتاژ یا ولتاژهای ناگهانی استفاده می‌شود.
• مقاومت وابسته به نور یا LDR: مقاومت این مقاومت‌ها با شدت نور محیط تغییر می‌کند، یعنی هرچه نور بیشتری به آن‌ها بتابد، مقاومتشان کاهش می‌یابد. از آن‌ها در سنسورهای نوری و مدارهای کنترل نور استفاده می‌شود.

جایگزین‌ مقاومت‌ ترکیبی چیست؟

همان‌طور که اشاره شد، در حال حاضر استفاده از مقاومت‌ ترکیبی چندان رایج نیست، چون با انواع دیگری از مقاومت‌ها که عملکرد و قابلیت اطمینان بهتری دارند، جایگزین شده‌اند. برخی از این جایگزین‌ها را در این بخش معرفی می‌کنیم:

• مقاومت‌های لایه‌ فلزی: این مقاومت‌ها با رسوب دادن یک لایه نازک از فلزاتی مانند نیکل، کروم یا اکسید قلع روی یک بستر سرامیکی ساخته شده و دارای نویز کم، پایداری و دقت بالا، ضریب دمایی پایین و ظرفیت اتلاف توان بالایی هستند. در نتیجه برای کاربردهای دقیق و توان پایین مناسب‌اند.
• مقاومت‌های سیمی: این مقاومت‌ها با پیچاندن یک سیم فلزی مانند مس یا نیکل و کروم دور یک هسته سرامیکی یا فایبرگلاس ساخته شده و ظرفیت اتلاف توان و پایداری بالا، ضریب دمایی پایین و نویز کمی دارند. در نتیجه برای کاربردهایی با توان و دمای بالا مناسب‌اند.
• مقاومت‌های فیلم کربنی: این مقاومت‌ها با رسوب دادن یک لایه نازک از کربن روی یک بستر سرامیکی ساخته می‌شوند و هزینه کم، اندازه کوچک و عملکرد متوسطی دارند. پس برای کاربردهای عمومی و توان پایین مناسب‌اند.

مقاومت کربنی چیست و چه تفاوتی با مقاومت ترکیبی دارد؟

در بخش‌های قبل یاد گرفتیم که تعریف و ویژگی‌های مقاومت ترکیبی چیست و دیدیم که برای یادگیری بهتر این نوع مقاومت، لازم است با مقاومت کربنی (مقاومت لایه‌ کربنی) و خصوصیات آن نیز آشنا شویم. مقاومت‌ کربنی نوع خاصی از انواع مقاومت است که برای ایجاد مقاومت تا یک اندازه مشخص ایده‌آل است. به همین دلیل این نوع مقاومت‌ را اغلب با عنوان مقاومت ثابت نیز می‌شناسیم. برای مثال، می‌دانیم سیم‌های فلزی با جنس مس، آلومینیوم و آهن نیز مقاومت دارند، اما نمی‌توانیم به‌طور مستقیم از آن‌ها در مدار استفاده کنیم. علت این مسئله این است که مقاومت این سیم‌ها بسیار کم و قیمت فلز بکار رفته در آن‌ها بسیار بالا است.

مقاومت‌های ترکیبی و مقاومت‌های کربنی دو نوع مختلف از مقاومت هستند که از کربن به عنوان عنصر اصلی مقاومتی خود استفاده می‌کنند، اما در ساختار و ویژگی‌های خود با هم تفاوت دارند. مقاومت‌های ترکیبی از مخلوط کربن و یک ماده چسباننده عایق ساخته می‌شوند، در حالی که مقاومت‌های کربنی یک لایه نازک از کربن دارند که روی یک هسته سرامیکی قرار گرفته است. در ادامه به معرفی خلاصه‌ای از مهم‌ترین تفاوت‌های این دو نوع مقاومت پرداخته‌ایم:

مقاومت‌های ترکیبی:

• ساختار: مخلوطی از پودر کربن یا گرافیت و یک ماده عایق مانند سرامیک که توسط رزین یا چسباننده در کنار هم نگه داشته شده‌اند.
• مزایا: نسبتا ارزان، کوچک و قادر به تحمل پالس‌هایی با انرژی بالا هستند.
• معایب: پایداری ضعیفی دارند و مقدار مقاومت آن‌ها با گذشت زمان و نوسانات دما تغییر می‌کند، ضریب دمای بالایی دارند که آن‌ها را نسبت به تغییرات دما حساس می‌کند و ممکن است پر سر و صدا باشند، به‌ویژه در فرکانس‌های بالاتر.
• کاربردها: معمولا در مدارهای الکترونیکی قدیمی‌تر و برخی کاربردهای تخصصی با هدف بهره‌گیری از استحکام و توانایی آن‌ها در تحمل پالس‌هایی با انرژی بالا استفاده می‌شوند.
• طول عمر: در مقایسه با سایر انواع مقاومت‌ها، طول عمر کوتاه‌تر و قابلیت اطمینان کمتری دارند.

مقاومت‌های کربنی:

• ساختار: با قرار دادن یک فیلم نازک از کربن روی یک لایه سرامیکی استوانه‌ای ساخته می‌شوند و سپس یک شیار مارپیچ روی فیلم ایجاد می‌شود تا مقدار مقاومت را کنترل کند.
• مزایا: دقت، پایداری و نویز کمتری نسبت به مقاومت‌های کربنی ترکیبی دارند.
• معایب: ممکن است گران‌تر از مقاومت‌های ترکیبی باشند و ضریب دمای منفی بزرگ‌تری نیز داشته باشند که آن‌ها را نسبت به تغییرات دما حساس می‌کند.
• کاربردها: اغلب در کاربردهایی که داشتن پایداری و نویز کم مهم است (مانند مدارهای پیش‌تقویت‌کننده)، استفاده می‌شوند.
• طول عمر: در مقایسه با مقاومت‌های ترکیبی، طول عمر بیشتر و قابلیت اطمینان بالاتری دارند.

در واقع مقاومت‌های کربنی به علت ویژگی‌های منحصر به‌ فرد خود، مزایای قابل‌توجهی دارند که آن‌ها را به انتخابی مناسب در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی تبدیل کرده است. این نوع مقاومت را می‌توان مستقیما روی بردهای مداری مانند مدارهای مورد استفاده در تبلت‌ها، گوشی‌های هوشمند و CPU لپ‌تاپ نصب کرد و در مورد جریان‌های بالاتر نیز می‌توان از اتصال یک هیت‌سینک فلزی به‌طور جداگانه استفاده کرد تا گرمای اضافی را از بین برده و مقاومت را از احتراق محافظت کند. در حالت کلی، هر دو نوع مقاومت‌ کربنی اشاره شده اغلب مقاومت بیشتری نسبت به مقاومت‌های سیمی دارند و در عین حال، به‌طور قابل توجهی در مقایسه با آن‌ها ارزان‌تر هستند. این ترکیب از عملکرد و مقرون به صرفه بودن، آن‌ها را به گزینه‌ای جذاب برای طراحان مدار تبدیل کرده است.

کاربردهای مقاومت کربنی

مقاومت‌های کربنی کاربردهای فراوانی در زندگی روزمره ما دارند. برخی از رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• مقاومت‌های کربنی با وجود اندازه کوچک، بازدهی بالایی در تحمل پالس‌هایی با انرژی بالا دارند. این ویژگی آن‌ها باعث می‌شود تا بتوانیم از آن‌ها در ساخت وسایل الکترونیکی مختلفی استفاده کنیم.
• مقاومت‌های کربنی برای کار در دماهای تقریبی ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد و ولتاژهای بالا تا ۱۵ کیلو ولت مناسب هستند.
• کاربرد مقاومت کربنی در منبع تغذیه ولتاژ بالا برای لیزرها، اشعه ایکس و سیستم‌های رادار مفید است.
• حفاظت از مدار در مقابل نوسانات یا تخلیه، محدود کردن جریان، تولید منبع تغذیه با ولتاژ بالا، چراغ‌های پرقدرت و جوشکاری نمونه‌های واقعی از کاربردهای مقاومت‌های کربنی هستند.
• دستگاه شوک قلبی پزشکی یا دفیبریلاتور یکی از بهترین مثال‌های کاربرد این نوع مقاومت است. در این دستگاه لازم است تغییرات پالس‌هایی با انرژی بالا در حدود ۳۰ ژول در مقابل تجهیزات اندازه‌گیری حساس متصل به بیمار ثابت بماند.

یادگیری فیزیک الکتریسیته دانشگاهی با فرادرس

فیزیک پایه دانشگاهی شامل موضوعات مهمی مانند فیزیک مکانیک، فیزیک الکتریسیته و مغناطیس است که در اغلب رشته‌های علوم پایه و مهندسی آشنایی با این سه موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است. در این نوشته، در مورد مبحث مقاومت ترکیبی از فیزیک الکتریسیته صحبت کردیم. به همین دلیل در ادامه چند فیلم‌ آموزشی مرتبط از مجموعه فرادرس برای شما انتخاب شده است تا با مشاهده آن‌ها به حل مسائل این حوره مسلط شوید:

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم مقاومت ترکیبی چیست، چه ساختاری دارد و تفاوت آن با مقاومت کربنی به چه صورت است. می‌دانیم مدارهای الکتریکی اغلب پیچیده‌اند و بر اساس ترکیبی از مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها و منابع ولتاژ مختلف و در قالب اتصالات سری، موازی یا ترکیبی از هر دو ساخته می‌شوند.

استفاده از مقاومت‌ ترکیبی کربن می‌تواند مزیت‌های بسیاری در طراحی مدارهای الکتریکی به ما ارائه دهد. برای مثال، کاربرد این مقاومت‌ها به کاهش تعداد سایر رساناها و سلف‌ها در مدار منجر می‌شود و در نتیجه، پیچیدگی مدار را نیز کمتر می‌کند. با اینکه نوع کربنی مقاومت‌ها به دلیل حجم کربن استفاده شده پایداری کمتری دارد، اما از نظر اقتصادی‌ مقرون به صرفه‌تر است و قابلیت کالیبره شدن و ماندگاری بالاتری نیز دارد.