مقاومت و نحوه استفاده از آن در مدار (آموزش الکترونیک پایه)

از مقاومتها برای جلوگیری از ورود ولتاژ ویا جریان اضافی به قطعه در مدار استفاده می شود، زیرا حداکثر ولتاژ و یا جریان مصرفی در هر قطعه با قطعه دیگر، ممکن است که متفاوت باشد و چنان چه ولتاژ بالاتر از حد قابل قبول در هر قطعه استفاده شود باعث ترکیب شدن مواد آن قطعه با اکسیژن و به عبارتی دیگر سوختن می­شود. واحد اندازه گیری مقاومت اهم (Ω) است.

***«« سورس و کد انواع پروژه های مهندسی، دانشجویی و دانش آموزی در زمینه الکترونیک، برنامه نویسی، گرافیک سه بعدی و اپلیکیشن »»***

اتصال کوتاه و نحوه ی محاسبه مقاومتها در مدار

در صورتی که دو سر مقاومت توسط سیم به یکدیگر متصل شود ، اتصال کوتاه پدید می­ آید و جریان از سیم (به علّت مقاومت کمتر) عبور می­کند.

برای استفاده از مقاومت به چند چیز نیازمندیم:

۱- حداکثر ولتاژ مورد نیاز قطعه یا وسیله ی مصرف کننده (V)

۲- حداکثر شدت جریان مورد نیاز قطعه یا وسیله ی مصرف کننده (I)

۳- ولتاژ ورودی ویا منبع تغذیه

ابن مقادیر معمولا روی قطعات درج شده است و یا به صورت توان مصرفی (P) می باشد که با رابطه زیر به کمک توان مصرفی قطعه، می­توانیم به مقادیر بالا دست یابیم.

P = V × I

* برای این که واحد مقاومت بر حسب اهم بدست آید باید ولتاژ به واحد ولت ( v ) و واحد شدت جریان آمپر (A) و واحد توان، وات (W) باشد.

پـس از بدسـت آوردن مقادیـر ذکر شده با استفاده از رابطه­ ی زیر می­توانیم میزان مقاومتی که باید بر سر راه جریان (ورودی یا خروجی) قرار گیرد را به دست آوریم:

که در این رابطه V₀ ولتاژ منبع تغذیه و V ولتاژ مصرفی قابل قبول قطعه و I حداکثر شدت جریان مورد نیاز قطعه می­ باشد.

* برای محاسبه راحت تر مقادیر می توانید از روش جایگذاری استفاده کنید؛ مثلا بجای I از P/V استفاده کنید.

محاسبه توان قابل تحمل مقاومت

در استفاده از مقاومتها باید به میزان توانی که باید مقاومت تحمل کند نیز توجه داشته­ باشیم.

این مقدار از طریق رابطه زیر بدست می­ آید:

که در این رابطه I حداکثر شدت جریانی است که مصرف کننده لازم دارد و R مقاومتی است که با رابطه­ ی قبلی بر حسب اهم به دست می­ آید.

* سعی کنید که قطعات را طوری انتخاب کنید که اکثر مقاومتها کمتر از 0.5 وات باشند و از  2 وات بیشتر نشوند، تا هنگام تهیه مقاومتها و ترسیم نقشه مدار چاپی، دچار مشکل نشوید.
* در تمام قطعات نوعی مقاومتی داخلی وجود دارد که برای محاسبه­ ی دقیق تر می­توانید آن را نیز در نظر بگیرید.

انواع مقاومتها و نحوه بدست آوردن مقدار آن ها

در اینجا شما با چند نوع مقاومت آشنا خواهید شد که به کمک محاسبه  می توانید از آن ها به عنوان سنسور ربات هم استفاده کنید:

مقاومت نوری ( LDR ): در این مقاومتها باتوجه به میزان نور میزان مقاومت آن کم ویا زیاد می­شود.

مقاومت حرارتی ( PTC ): در این نوع از مقاومتها افزایش حرارت موجب افزایش میزان مقاومت آن می­شود.

مقاومت حرارتی ( NTC ): در این نوع از مقاومتها افزایش حرارت موجب کاهش میزان مقاومت آن می­شود.

مقاومت حساس به و لتاژ (VDR): در این نوع از مقاومتها در ولتاژ به خصوصی مقدار مقاومت آن ها به شدت کاهش می­یابد. این مقاومتها معمولا در مدار به صورت موازی با منبع تغذیه و سری با فیوز، برای حفاظت از مصرف کننده نصب شوند.

پتانسیومتر: این نوع مقاومتها از یک قسمت ثابت کربنی و یک قسمت متحرک رسانا تشکیل شده است و دارای سه پایه می باشد که معمولاً پایه ی وسطی پایه ی اصلی است (مخصوص ورودی یا خروجی جریان است) و یکی از دو پایه دیگر به مصرف کننده متصل می­شود. دو پایه ی دیگر با پیچاندن قسمت متحرک میزان مقاومت آن ها خلاف یکدیگر، نسبت به پایه اصلی، کم یا زیاد می شود.

مقاومت با استاندارد E12 و E24: این ها همان مقاومتهای رایج در وسایل الکترونیکی هستند که دارای ۴ یا ٥ رنگ هستند. در اینجا به بررسی مقاومت با استاندارد E12 می پردازیم.

بررسی مقاومتهای E12

این مقاومتها دارای ٤ رنگ می باشند که دو رنگ اول آنها فقط شامل ارقام 10 – 12 – 15 – 18 – 22 –  27 – 33 – 39 – 47 – 56 – 68 – 82  مـی­باشد ( فقط مقاومتهایی که دو رقم اول مقدار آن ها از اعداد بالا است در بازار از این استاندارد وجود دارد ) و بهتر است مقاومت مورد استفاده بیش از میزان مورد نیاز قطعه باشد تا نیازی به در نظر گرفتن ضریب خطا نداشته باشد.

برای خواندن مقاومت باید آن را از سمتی که به لبه نزدیکتر است (جهتی که در آن از رنگ طلایی یا نقره ای استفاده نشده) بخوانیم.

در جدول زیر عدد مربوط به هر رنگ آمده است:

رنگ	مقدار در لایه ١و٢	مقدار ضریب در لایه ٣	مقدار خطا در لایه ٤
نقره ای	–	10-2	10%
طلایی	–	10-1	5%
سیاه	٠	100	–
قهوه ای	١	101	1%
قرمز	٢	102	2%
نارنجی	٣	103	–
زرد	٤	104	–
سبز	٥	105	–
آبی	٦	106	–
بنفش	٧	107	–
خاکستری	٨	108	–
سفید	٩	109	–

یک روش مناسب برای محاسبه مقدار مقاومت: ابتدا شماره لایه ها (1 تا 4) را از چپ به راست می­نویسیم، سپس رنگ های مقاومت را از جهت درست می خوانیم و از چپ به راست، در یک خط می نویسیم (مثلا: نارنجی، سفید، قرمز، طلایی) و با استفاده از جدول بالا، ردیف سوم را پر می­نماییم؛ به صورت زیر:

4            3         2          1

طلایی    قرمز    سفید    نارنجی

5%      100     9          3

مقدار:  3900  = 100  ×  39       میزان خطا:   195  =  100/ (3900  × 5)

مقاومت 3900Ω می شود و با در نظر گرفتن درصد خطا، مقدار آن بین 3705 تا 4095 اهم می باشد.

پس در نتیجه قطعه باید به حداقل مقامتی اندکی کمتر از 3705 اهم نیاز داشته باشد (به عنوان مثال 3600 هم).

به هم بستن مقاومتها

شیوه­ ی استفاده از مقاومت در مدار خیلی مهم است زیرا با به کار گیری نحوه­ ی درست میتوانید میزان مقاومتی را که در استاندارد وجود ندارد، را  خودتان بسازید و در مدار استفاده کنید.

از شیوه به هم بستن مقاومت برای یک قطعه، به سه صورت زیر می توانید استفاده کنید:

۱- موازی

۲- سری

۳- موازی و سری

* استفاده از هر یک از این حالات باعث تغییر در ولتاژ و شـدت جریان نیز می­شود، کار با چند محاسبه بسیار ساده، این مقادیر بدست می­ آیند.
* توصیه می شود تا جایی که امکان دارد از تنها یک مقاومت به جای سری ویا موازی کردن مقاومتها استفاده نمایید.

طریقه ی محاسبه ی مقاومت در حالات بیان شده، در زیر آمده است و بدست آوردن روابط از طریق قانون اهم امکان پذیر است.

به کمک همین رابطه شدت جریان در هر نقطه را نیز می توانیم به دست آوریم.

* برای اتصال صحیح قطعه باید در مدار موازی با دیگر مقاومتها و یا متوالی با دیگر مقاومتها در نظر گرفته شود که در این صــورت از مقاومت درونی قطعه هم به عنوان مقاومت می توان استفاده کرد.

محاسبه در مدار موازی

در مدار موازی برای بدست آوردن مقدار کل مقاومتها، باید معکوس مقادیر دیگر را با یکدیگر جمع کنیم. در زیر نوع مدار و فرمول های محاسبه آمده است.

در رابطه ی مربوط به I_t برای محاسبه ی I هر مقاومت چنانچه از دستگاه استفاده می شود ، باید بقیه مقاومتها قطع شوند.

در مدار موازی همیشه شدت جریان نقاط نزدیک تر به منبع تغذیه بیشتر است. ( I₁ > I₃ )

محاسبه در مدار سری

در مدار سری باید برای بدست آوردن مقدار کل، مقادیر دیگر را با یکدیگر جمع کنیم در زیر نوع مدار و فرمول های محاسبه آمده است.

در فرمول های بالا منظور از Vt، ( تقریبا ) ولتاژ قطعه ای است که در ادامه متوالی شده است­.

محاسبه مقاومت با یک مثال (روشن کردن لامپ 3v با منبع تغذیه ی 12v)

در مدار بالا، لامپ به عنوان مصرف کننده به 3 ولت برق نیاز دارد. این لامپ 0.15 وات است.

با استفاده از رابطه زیر، مقاومت مورد نیاز محاسبه می شود:

مقاومتی که لازم است باید 180Ω باشد و کد رنگی آن می­شود: قهوه­ای، خاکستری، قهوه­ای، طلایی.

توان قابل تحمل این مقاومت نیز 0.5 وات باید باشد تا خودش نسوزد.

این مقاومت، در صورتی که از آن 0.03 آمپر جریان عبور کند، مقدار 9 ولت از ولتاژی که به آن وارد می شود می کاهد.

بدین ترتیب لامپ که به خودی خود 0.03 آمپر را میکشد، ولتاژ 3 ولت را دریافت خواهد کرد.

لامپ بدون آن که بر اثر دریافت اختلاف پتانسیل زیادی بسوزد، حداکثر نور را در این شرایط می دهد.