مقاومت الکتریکی چیست؟ | واحد مقاومت الکتریکی + انواع آن

در این مقاله از نمایندگی زیمنس تهران قصد داریم با مقاومت الکتریکی به زبان ساده آشنا شویم و انواع آن را بهتر بشناسیم، بنابراین تا پایان مقاله با ما همراه باشید.

مقاومت الکتریکی چیست؟

یکی از مهم ترین و پرکاربرد ترین قطعاتی که در اکثر وسایل برقی مانند تلویزیون، یخچال و… استفاده می‌شود، مقاومت الکتریکی می‌باشد.

به طور معمول هر وسیله ای که با نیروی برق کار می‌کند و رسانای الکتریکی است؛ جهت انتقال جریان از داخل خود مقاومت نشان می‌دهد که میزان این مقاومت در وسیله های مختلف، متفاوت است.

قطعه مقاومت یا Resistor: همانطور گفته شد در مدارهای الکتریکی قطعه ای به نام مقاومت الکتریکی و یا Resistor وجود دارد. این قطعه در مدار نحوه بسته شدن مدار به صورت موازی یا سری را مدیریت می‌کند.

انواع مقاومت الکتریکی

این قطعات انواع مختلفی دارند که هر کدام کاربرد مختلفی در مدارها دارند، مقاومت های الکتریکی در دو دسته ثابت و متغیر دسته بندی می‌شوند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.

مقاومت الکتریکی (Resistor) یکی از بنیادی‌ترین قطعات پسیو (غیرفعال) در مدارهای الکترونیکی است که وظیفه اصلی آن محدود کردن جریان الکتریکی و ایجاد افت ولتاژ در مدار است. مقاومت‌ها انواع بسیار متنوعی دارند که هر کدام بر اساس جنس، نحوه ساخت، ویژگی‌ها و کاربردشان دسته‌بندی می‌شوند.

به طور کلی، می‌توان مقاومت‌ها را به سه دسته اصلی تقسیم کرد:

مقاومت‌های ثابت (Fixed Resistors):

این نوع مقاومت‌ها، رایج‌ترین مقاومت‌ها در مدارهای الکترونیکی هستند که مقدار آن‌ها ثابت و از پیش تعیین شده است و قابل تغییر نیست. مقدار آن‌ها با کدهای رنگی یا چاپ مستقیم روی بدنه مشخص می‌شود.

مقاومت‌های ترکیب کربنی (Carbon Composition Resistors):

• قدیمی‌ترین و ارزان‌ترین نوع.
• از ترکیب پودر کربن و رزین ساخته می‌شوند.
• دقت پایین‌تر و نویز بالاتر نسبت به انواع دیگر.
• برای کاربردهای عمومی که دقت بالا نیاز نیست، مناسب‌اند.

مقاومت‌های فیلمی (Film Resistors):

این مقاومت‌ها از یک لایه نازک از ماده مقاومتی (کربن یا فلز) روی یک هسته سرامیکی استوانه‌ای ساخته می‌شوند.

• مقاومت فیلم کربنی (Carbon Film Resistors): یک لایه نازک از کربن روی هسته. دقت بهتر و نویز کمتر از ترکیب کربنی.
• مقاومت فیلم فلزی (Metal Film Resistors): یک لایه نازک از فلز (معمولاً نیکل-کروم) روی هسته. دقت بسیار بالا، پایداری حرارتی خوب و نویز بسیار کم. برای کاربردهای دقیق و حساس ایده‌آل هستند.
• مقاومت فیلم اکسید فلز (Metal Oxide Film Resistors): مشابه فیلم فلزی، اما با استفاده از اکسید فلزات. مقاومت در برابر دماهای بالا و اضافه بار بهتر.

مقاومت‌های سیمی (Wire Wound Resistors):

• از پیچیدن سیم مقاومتی (مانند آلیاژ نیکل-کروم) به دور یک هسته عایق (معمولاً سرامیک) ساخته می‌شوند.
• برای کاربردهای توان بالا (مانند مدارهای قدرت) که نیاز به دفع حرارت زیاد است، مناسب‌اند.
• دقت بالایی دارند اما به دلیل ساختار سیمی، خاصیت سلفی (اندوکتانس) دارند که در فرکانس‌های بالا می‌تواند مشکل‌ساز باشد.

مقاومت‌های لایه ضخیم (Thick Film Resistors):

• شامل مقاومت‌های نصب سطحی (SMD) و شبکه‌های مقاومتی.
• مقاومت‌های SMD (Surface Mount Device): بسیار کوچک و مناسب برای مونتاژ سطحی روی بردهای مدار چاپی. در اندازه‌ها و توان‌های مختلف موجودند و کاربرد بسیار وسیعی در الکترونیک مدرن دارند.
• آرایه‌های مقاومتی (Resistor Arrays/Networks): چندین مقاومت در یک پکیج واحد که به صورت مشترک یا مجزا به هم متصل‌اند. باعث صرفه‌جویی در فضا می‌شوند.

 مقاومت‌های متغیر (Variable Resistors):

این مقاومت‌ها، برخلاف مقاومت‌های ثابت، دارای مقداری هستند که می‌توان آن را به صورت دستی یا تحت تأثیر عوامل محیطی (مانند دما، نور، ولتاژ و …) تغییر داد.

پتانسیومتر (Potentiometer):

• دارای سه ترمینال و یک اهرم گردان یا کشویی است که با حرکت آن می‌توان مقدار مقاومت را تغییر داد و به عنوان تقسیم‌کننده ولتاژ (Voltage Divider) عمل می‌کند.
• کاربرد: کنترل صدا (ولوم) در سیستم‌های صوتی، تنظیم روشنایی (دیمر) در چراغ‌ها، کنترل موقعیت.

رئوستا (Rheostat):

• دارای دو ترمینال است و عمدتاً برای کنترل جریان در مدار استفاده می‌شود. مشابه پتانسیومتر است اما به عنوان یک مقاومت متغیر سری در مدار قرار می‌گیرد.
• کاربرد: کنترل سرعت موتورهای DC، تنظیم جریان در مدارهای آزمایشگاهی.

تریمر (Trimmer Potentiometer/Trimpot):

• نوع کوچکتر و ارزان‌تر پتانسیومتر که معمولاً برای تنظیمات داخلی مدار (و نه توسط کاربر نهایی) استفاده می‌شود و فقط یک بار یا تعداد محدودی تنظیم می‌شود.

مقاومت‌های وابسته (Dependent Resistors / Transducers):

این مقاومت‌ها، مقاومتشان به عوامل فیزیکی خاصی وابسته است و به همین دلیل اغلب به عنوان سنسور و یا سنسور چیست نیز شناخته می‌شوند.

ترمیستور (Thermistor – مقاومت تابع حرارت):

• مقاومت آن‌ها با تغییر دما به شدت تغییر می‌کند.
• NTC (Negative Temperature Coefficient): با افزایش دما، مقاومت کاهش می‌یابد. (شایع‌تر)
• PTC (Positive Temperature Coefficient): با افزایش دما، مقاومت افزایش می‌یابد.
• کاربرد: سنسور دما، محدودکننده جریان هجومی، حفاظت حرارتی.

LDR (Light Dependent Resistor / Photoresistor – مقاومت تابع نور):

• مقاومت آن‌ها با افزایش شدت نور کاهش می‌یابد.
• کاربرد: فتوسل در مدارهای روشنایی خودکار (مثلاً چراغ‌های خیابان)، سنسورهای نور در دوربین‌ها.

وریستور (Varistor / VDR – Voltage Dependent Resistor – مقاومت تابع ولتاژ):

• مقاومت آن‌ها با افزایش ولتاژ اعمال شده به طور ناگهانی کاهش می‌یابد.
• کاربرد: محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر ولتاژهای بالا و گذرا (مانند نوسانات برق یا صاعقه)، جذب نوسانات ولتاژ.

مقاومت تابع میدان مغناطیسی (MDR – Magneto-Dependent Resistor):

• مقاومت آن‌ها با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی تغییر می‌کند.
• کاربرد: سنسورهای میدان مغناطیسی، قطب‌نماهای الکترونیکی.

هر یک از این انواع مقاومت‌ها، با توجه به خواص خاص خود، در کاربردهای متنوعی در الکترونیک و صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عوامل موثر بر میزان مقاومت چیست؟

میزان مقاومت الکتریکی یک ماده به چندین عامل بستگی دارد. این عوامل تعیین می‌کنند که یک ماده تا چه حد در برابر عبور جریان الکتریکی مقاومت نشان می‌دهد. درک این عوامل برای طراحی مدارها و انتخاب مواد مناسب در مهندسی برق بسیار مهم است.

چهار عامل اصلی وجود دارد که بر مقاومت یک هادی (مانند سیم) تأثیر می‌گذارند:

جنس ماده (Material / Resistivity):

• مهم‌ترین عامل در تعیین مقاومت، ذاتی‌ترین خاصیت ماده است که با نام مقاومت ویژه (Resistivity) شناخته می‌شود و با نماد ρ (رو) نمایش داده می‌شود.
• مواد مختلف، ساختار اتمی متفاوتی دارند و به همین دلیل، توانایی آن‌ها در هدایت الکترون‌ها با یکدیگر فرق می‌کند.
• رساناها (Conductors) مانند مس، نقره و طلا، دارای مقاومت ویژه بسیار پایین هستند و جریان الکتریکی را به راحتی از خود عبور می‌دهند.
• نیمه‌رساناها (Semiconductors) مانند سیلیکون و ژرمانیوم، مقاومت ویژه‌ای بین رساناها و نارساناها دارند و هدایت آن‌ها قابل کنترل است.
• نارساناها (Insulators) مانند پلاستیک، شیشه و لاستیک، مقاومت ویژه بسیار بالا دارند و جریان الکتریکی را به سختی یا اصلاً از خود عبور نمی‌دهند.
• هرچه مقاومت ویژه یک ماده بیشتر باشد، مقاومت آن سیم یا قطعه ساخته شده از آن ماده نیز بیشتر خواهد بود.

طول هادی (Length):

• مقاومت یک هادی، مستقیماً با طول آن متناسب است.
• یعنی، هرچه طول سیم یا قطعه‌ای که جریان از آن عبور می‌کند بیشتر باشد، الکترون‌ها مسیر طولانی‌تری را باید طی کنند و با اتم‌های بیشتری برخورد می‌کنند، در نتیجه مقاومت آن بیشتر می‌شود.
• فرمول:R∝L (R مقاومت، L طول)

سطح مقطع هادی (Cross-sectional Area):

• مقاومت یک هادی، نسبت معکوس با سطح مقطع آن دارد.
• یعنی، هرچه سطح مقطع (ضخامت) یک سیم بیشتر باشد، فضای بیشتری برای عبور الکترون‌ها وجود دارد و آن‌ها با آزادی بیشتری حرکت می‌کنند.
• این کاهش چگالی الکترون‌ها باعث کاهش برخورد و در نتیجه کاهش مقاومت می‌شود.
• تصور کنید آب از طریق یک لوله باریک و یک لوله پهن حرکت می‌کند؛ عبور آب از لوله پهن آسان‌تر است.
• فرمول:R∝1/A (A سطح مقطع)

دما (Temperature):

• تأثیر دما بر مقاومت به نوع ماده بستگی دارد:
  فلزات (رساناها): در اکثر فلزات، با افزایش دما، مقاومت نیز افزایش می‌یابد. دلیل آن این است که با گرم شدن، اتم‌های فلزات بیشتر ارتعاش می‌کنند و این ارتعاشات مانع حرکت آزادانه الکترون‌ها شده و تعداد برخوردهای الکترون‌ها با اتم‌ها را افزایش می‌دهد.
  نیمه‌رساناها و نارساناها: در این مواد، معمولاً با افزایش دما، مقاومت کاهش می‌یابد. این به دلیل افزایش تعداد حامل‌های بار (الکترون‌ها یا حفره‌ها) است که با افزایش انرژی حرارتی، آزاد می‌شوند.
• این رابطه برای کاربردهای خاصی مانند ترمیستورها (سنسورهای دما) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

واحد اندازه گیری مقاومت الکتریکی چیست؟

اگر میزان ولتاژ را بر شدت جریان الکتریکی که از مدار عبور می‌کند تقسیم کنیم مقدار واحد مقاومت الکتریکی به دست می‌آید که این واحد ولت بر آمپر می‌باشد و به خاطر سیمون اهم این نام، انتخاب شده است.

اگر در شرایطی باشیم که مقدار ولتاژ و شدت جریان را نداشته باشیم، می‌توانیم از ابزاری به نام مولتی متر استفاده کنیم تا میزان پارامترهایی مانند ظرفیت خازن، میزان ولتاژ، مقاومت الکتریکی و… را به صورت دقیق به دست آوریم.

دسته بندی انواع مقاومت الکتریکی چیست؟

اگر بخواهیم آنها را از نظر ساخت دسته بندی کنیم به سه دسته بندی مختلف، پایه دار، نصب SMD سطحی و ترمینالی تقسیم می‌شوند.

اولین نوع که مقاومت پایه دار نام دارد، یکی از مشهورترین نوع این دسته بندی ها می‌باشد که پایه های آن با استفاده از سوراخ فیبرهای مدارهای چاپی به فیبر لحیم می‌شوند.

مهمترین کارهایی که مقاومت ها انجام میدهند

مقاومت الکتریکی، یک قطعه ساده اما فوق‌العاده کاربردیه که کار اصلیش محدود کردن جریان برق و کنترل ولتاژ در مدارهای الکترونیکیه. تقریباً هر وسیله برقی که دور و برمون می‌بینیم، از یک مقاومت استفاده می‌کنه.مهم‌ترین کارهایی که مقاومت‌ها انجام میدن:

حفاظت از قطعات:

• تصور کنید یه چراغ LED کوچیک دارید که فقط می‌تونه جریان برق کمی رو تحمل کنه. اگه مستقیم به باتری وصلش کنید، می‌سوزه. مقاومت اینجا میاد و جلوی جریان اضافی رو می‌گیره تا LED نسوزه.
• مثال: مقاومت‌هایی که کنار چراغ‌های کوچک LED در وسایل الکترونیکی یا چراغ‌های ماشین قرار دارن.

کاهش ولتاژ:

• گاهی اوقات ما یه ولتاژ بالا داریم (مثلاً 12 ولت) ولی یه قطعه‌ای داریم که فقط با ولتاژ کمتری (مثلاً 5 ولت) کار می‌کنه. مقاومت می‌تونه بخشی از این ولتاژ رو “ببلعه” و ولتاژ رو کم کنه.
• مثال: مدارهایی که ولتاژ باتری رو برای قطعات حساس‌تر کم می‌کنن. کنترل‌کننده‌های صدا (ولوم) در ضبط‌ صوت‌ها هم با همین روش ولتاژ سیگنال آنالوگ صدا رو کم و زیاد می‌کنن.

تولید گرما:

• وقتی جریان از مقاومت رد میشه، مقداری از انرژی برق به گرما تبدیل میشه.
• مثال: المنت‌های سشوار، توستر، بخاری برقی و آبگرمکن‌ها در واقع مقاومت‌هاییه که برای تولید گرما طراحی شدن.

سنسور بودن:

• بعضی از مقاومت‌ها خیلی هوشمند عمل می‌کنن! مقدارشون با تغییر عوامل محیطی مثل دما یا نور تغییر می‌کنه و این تغییر قابل اندازه‌گیریه.
• مثال:ترمیستورها: در دماسنج‌های دیجیتال یا کنترل‌کننده‌های دمای یخچال‌ها، از این نوع مقاومت استفاده میشه که با سرد و گرم شدن، مقاومتشون تغییر می‌کنه.
  فتورزیستورها (LDR): این مقاومت‌ها با تابش نور، مقاومتشون کم میشه. در سیستم‌های روشنایی خودکار (مثل چراغ‌های خیابان) که با تاریک شدن هوا روشن میشن، کاربرد دارن.

مدارهای زمان‌بندی:

• مقاومت‌ها با خازن‌ها دست به دست هم میدن تا بتونن تأخیرهای زمانی ایجاد کنن.
• مثال: روشن و خاموش شدن تأخیری چراغ راهرو یا برف‌پاک‌کن ماشین.

سخن پایانی

امیدواریم که به درستی توانسته باشیم شما را با مفهوم این پرسش که مقاومت الکتریکی چیست و چه کاربردهایی دارد آشنا کنیم، جهت بهبود مطالب در رابطه با اتوماسیون صنعتی زیمنس پیشنهادات و انتقاداتتان را با ما در میان بگذارید.