مقاومت متغیر: تیغۀ کنترل جریان الکتریکی
اصول و ساختار مقاومت متغیر
مقاومت الکتریکی چیست؟
قبل از پرداختن به مقاومت متغیر، باید با مفهوم مقاومت الکتریکی4 آشنا شویم. به زبان ساده، مقاومت مانند یک مانع در مسیر حرکت الکترونها (جریان برق) عمل میکند. هرچه مقاومت بیشتر باشد، عبور جریان سختتر و هرچه مقاومت کمتر باشد، عبور جریان آسانتر میشود. واحد اندازهگیری مقاومت $ \Omega $ (اهم5) است. مقاومتهای معمولی، مقدار ثابتی دارند (مانند 100Ω یا 1kΩ). اما مقاومت متغیر میتواند بین یک حداقل و حداکثر مقدار، تغییر کند.
ساختار داخلی و طرز کار
یک مقاومت متغیر ساده معمولاً از سه پایه و یک المان مقاومتی تشکیل شده است. المان مقاومتی میتواند یک نوار کربنی، سیمی پیچیده شده یا یک لایه فیلم باشد. یک پایۀ لغزنده (که به دسته یا ولوم وصل است) روی این نوار حرکت میکند. با حرکت این پایه، طول مسیری که جریان باید از المان مقاومتی عبور کند، تغییر میکند. طبق قانون اهم، مقاومت با طول نسبت مستقیم دارد: $ R = \rho \frac{L}{A} $. بنابراین، با افزایش طول مسیر ($ L $)، مقاومت افزایش مییابد.
| نام و شکل ظاهری | توضیح عملکرد | مقادیر رایج و مثال |
|---|---|---|
|
پتانسیومتر (Potentiometer) سه پایه، با یک دسته گردان یا لغزنده. |
برای تقسیم ولتاژ6 استفاده میشود. ولتاژ ورودی به دو سر المان مقاومتی اعمال میشود و از پایۀ وسط (لغزنده)، ولتاژی متناسب با موقعیت آن برداشت میشود. | 10kΩ تا 1MΩ. مثال: ولوم کنترل صدا در رادیوی قدیمی. |
|
رئوستا (Rheostat) دو پایه (گاهی سه پایه اما دو تا استفاده میشود). |
برای کنترل جریان در مدار به صورت سری قرار میگیرد. با تغییر مقاومت، جریان کل مدار تغییر میکند. | مقاومت کم، جریان بالا. مثال: دیمر7 (تاریککنندۀ) لامپ رشتهای قدیمی. |
|
تریمر (Trimmer) کوچک، با شکاف برای پیچگوشتی. |
یک مقاومت متغیر برای تنظیم دقیق و یکباره (Calibration) داخل دستگاه است. پس از تنظیم، معمولاً دیگر دستکاری نمیشود. | 100Ω تا 2MΩ. مثال: داخل ماوس کامپیوتر برای تنظیم حساسیت. |
چگونه مقاومت را میخوانیم و مشخصات را میفهمیم؟
روی بدنهی مقاومتهای متغیر معمولاً مقدار مقاومت کل (حداکثر) نوشته یا کدگذاری شده است. مثلاً "103" به معنای $ 10 \times 10^3 \Omega = 10,000 \Omega = 10 k\Omega $ است. یک مشخصه مهم دیگر، «لینیریتی»8 یا خطی بودن تغییر است. در نوع خطی (نشاندادهشده با حرف B)، با چرخاندن ولوم، مقاومت به طور یکنواخت تغییر میکند. در نوع لگاریتمی (با حرف A)، تغییر مقاومت برای تطبیق با حس شنوایی انسان (در کنترل صدا) بهینه شده است.
مقاومتهای متغیر در عمل: از اتاق تا آزمایشگاه
مثال ۱: کنترل نور و صدا. سادهترین مثال، ولوم کنترل صدا در بلندگو، هدفون یا آمپلیفایر قدیمی است. با چرخاندن ولوم، در واقع مقدار ولتاژ سیگنال صوتی را با استفاده از یک پتانسیومتر تغییر میدهیم. همچنین، کلید تنظیم روشنایی لامپ (دیمِر) در گذشته یک رئوستا بود که با کاهش یا افزایش مقاومت، جریان عبوری از لامپ رشتهای و در نتیجه نور آن را کنترل میکرد.
مثال ۲: سنسورهای موقعیت. در بسیاری از دستگاهها، مقاومت متغیر برای اندازهگیری حرکت زاویهای یا خطی استفاده میشود. مثلاً در گازی که پدال آن را فشار میدهید، یک پتانسیومتر قرار دارد. هرچه پدال بیشتر فشرده شود، موقعیت لغزنده تغییر کرده و مقاومت متفاوتی ایجاد میکند که توسط کامپیوتر خودرو به عنوان دستور «افزایش سرعت» تفسیر میشود. در جایکند ماوس مکانیکی قدیمی، یک گوی بود که با حرکت دادن ماوس میچرخید و این چرخش به دو پتانسیومتر منتقل میشد تا حرکت در دو جهت افقی و عمودی را حس کنند.
مثال ۳: تنظیم در مدارهای الکترونیکی. تقریباً در هر برد الکترونیکی، چند تریمر کوچک میبینید. از این قطعات برای تنظیم دقیق نقطهی کار ترانزیستورها، کالیبره کردن سنسورها (مثل سنسور دما) یا تنظیم فرکانس در مدارهای نوسانساز استفاده میشود. این تنظیمات معمولاً در کارخانه انجام و سپس ثابت میشوند.
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
پاسخ: بله. کافی است پایهی وسط (لغزنده) را به یکی از دو پایهی کناری وصل کنیم. در این حالت، مقاومت بین پایهی سوم و پایهی متصلشده، با چرخاندن ولوم تغییر میکند. این کار تبدیل پتانسیومتر به رئوستا است.
پاسخ: این اتفاق نمیافتد مگر اینکه مدار به درستی طراحی نشده باشد. در یک پتانسیومتر استاندارد به عنوان کنترل صدا، یک سر به سیگنال، سر دیگر به زمین و پایه وسط به خروجی وصل است. با چرخاندن از یک انتها به انتهای دیگر، صدا از صفر (یا حداقل) به حداکثر میرسد و دوباره به صفر بازنمیگردد. اگر چنین حالتی پیش آید، احتمالاً پایهها اشتباه وصل شده یا پتانسیومتر خراب است.
پاسخ: عملکرد اصلی هر دو، ایجاد مقاومت در مدار است. اما مقاومت متغیر برای کنترل پویا و تنظیم توسط کاربر یا برای سنجش حرکت استفاده میشود، در حالی که مقاومت ثابت برای ایجاد یک مقدار مقاومتی مشخص و ثابت در مدار به کار میرود که قرار است تغییر نکند.
پاورقی
۱. مقاومت متغیر (Variable Resistor).
۲. پتانسیومتر (Potentiometer یا Pot).
۳. رئوستا (Rheostat).
۴. مقاومت الکتریکی (Electrical Resistance).
۵. اهم (Ohm).
۶. تقسیم ولتاژ (Voltage Divider).
۷. دیمر (Dimmer).
۸. لینیریتی (Linearity).
