مقاومت ترکیبی: قلب تپندهٔ مدارهای الکترونیکی
مقاومت الکتریکی چیست و چرا به آن نیاز داریم؟
برای درک مقاومت ترکیبی، ابتدا باید با مفهوم کلی مقاومت الکتریکی آشنا شویم. تصور کنید آب از داخل یک شلنگ باغبانی در حال جریان است. اگر با پای خود روی شلنگ فشار بیاورید، مسیر جریان آب باریک‌تر شده و آب کمتری از آن عبور می‌کند. مقاومت الکتریکی دقیقاً نقش همان پای شما را در مدار الکتریکی ایفا می‌کند؛ یعنی در برابر عبور جریان الکتریکی۲ مانع ایجاد کرده و آن را کنترل می‌کند.
این کنترل برای محافظت از قطعات حساس (مانند یک ال‌ای‌دی کوچک) در برابر جریان‌های بسیار قوی ضروری است. واحد اندازه‌گیری مقاومت، اهم۳ است که با نماد $\Omega$ نشان داده می‌شود.
ساختار و مواد تشکیل‌دهندهٔ مقاومت ترکیبی
مقاومت ترکیبی از ترکیب هوشمندانه‌ای از یک مادهٔ نارسانا (مانند سرامیک) و یک مادهٔ رسانا (مانند پودر کربن یا فلز) ساخته می‌شود. با تغییر نسبت این مواد، می‌توان مقدار مقاومت را دقیقاً تنظیم کرد. هرچه مقدار مادهٔ رسانا بیشتر باشد، مقاومت کمتر می‌شود و برعکس.
این مخلوط معمولاً به شکل یک استوانهٔ کوچک فشرده شده و دو سر آن با کلاهک‌های فلزی پوشانده می‌شود تا اتصال سیم‌ها ممکن گردد. سپس برای محافظت، کل مجموعه درون یک پوشش عایق قرار گرفته و با نوارهای رنگی برای نشان‌دادن مقدار مقاومت، کدگذاری می‌شود.
| نوع مادهٔ رسانا | مقاومت ویژه | هزینهٔ ساخت | کاربردهای معمول |
|---|---|---|---|
| کربن۴ | متوسط تا بالا | بسیار پایین | مدارهای عمومی، اسباب‌بازی |
| فیلم فلزی۵ | پایین تا متوسط | متوسط | صوت‌های باکیفیت، تجهیزات اندازه‌گیری |
| اکسید فلز۶ | بالا | بالا | منابع تغذیه، کاربردهای توان بالا |
کدهای رنگی: زبان رمزی مقاومت‌ها
از آنجایی که مقاومت‌ها بسیار کوچک هستند، مقدار آن‌ها با استفاده از نوارهای رنگی چاپ‌شده بر روی بدنه مشخص می‌گردد. این کد معمولاً از ۴ یا ۵ نوار رنگی تشکیل شده است. دو نوار اول نشان‌دهندهٔ ارقام، نوار سوم ضریب تکثیر (تعداد صفرها) و نوار چهارم درصد خطا۷ است.
مثال: یک مقاومت با نوارهای قهوه‌ای، سیاه، قرمز و طلایی را در نظر بگیرید. قهوه‌ای = ۱، سیاه = ۰، قرمز (ضریب) = ×۱۰۰، طلایی (خطا) = ±۵٪. بنابراین مقدار این مقاومت ۱۰۰۰ اهم یا ۱ کیلواهم با خطای ۵٪ است.
کنترل روشنایی یک ال‌ای‌دی با مقاومت ترکیبی
یکی از ساده‌ترین و ملموس‌ترین کاربردهای مقاومت ترکیبی، کنترل روشنایی یک ال‌ای‌دی است. ال‌ای‌دیها فقط به مقدار بسیار کمی جریان (مثلاً ۲۰ میلی‌آمپر) نیاز دارند. اگر مستقیماً به یک باتری ۹ ولتی وصل شوند، جریان بسیار زیادی از آن‌ها عبور کرده و فوراً می‌سوزند.
با استفاده از قانون اهم می‌توان مقدار مقاومت مورد نیاز برای محافظت از ال‌ای‌دی را محاسبه کرد. اگر ولتاژ مورد نیاز ال‌ای‌دی ۲ ولت باشد، مقاومت باید باقیماندهٔ ولتاژ باتری (۹ - ۲ = ۷ ولت) را تحمل کند. با جایگذاری در فرمول $R = V / I$ خواهیم داشت: $R = 7 / 0.02 = 350 \Omega$. بنابراین یک مقاومت ترکیبی ۳۳۰ اهمی که مقدار استانداردی است، برای این کار مناسب خواهد بود.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. سیم مسی معمولی مقاومت بسیار ناچیزی دارد (نزدیک به صفر اهم). اگر به جای مقاومت از سیم استفاده کنید، جریان به طور خطرناکی افزایش یافته و می‌تواند منجر به اتصال کوتاه، گرمای شدید و حتی آتش‌سوزی شود. مقاومت مانند یک ترمز کنترل‌شده عمل می‌کند.
توان یک مقاومت (بر حسب وات) نشان می‌دهد که تا چه میزان می‌تواند گرما را بدون سوختن تحمل کند. در یک مدار، توان تلف‌شده در مقاومت از فرمول $P = V \times I$ یا $P = I^2 \times R$ به دست می‌آید. اگر توان محاسبه‌شده بیشتر از توان مجاز مقاومت باشد، مقاومت داغ شده و از بین می‌رود. مقاومت‌های با توان بالاتر اندازهٔ فیزیکی بزرگ‌تری دارند.
بله. یکی از محدودیت‌های مقاومت‌های ترکیبی، وابستگی مقدار مقاومت به دما است که با ضریب دمایی مقاومت۸ (TCR) اندازه‌گیری می‌شود. در بسیاری از مقاومت‌های ترکیبی کربنی، با افزایش دما، مقاومت کمی کاهش می‌یابد. این ویژگی در مدارهای بسیار دقیق باید در نظر گرفته شود.
پاورقی
۱ مقاومت ترکیبی (Composition Resistor)
۲ جریان الکتریکی (Electric Current)
۳ اهم (Ohm)
۴ کربن (Carbon)
۵ فیلم فلزی (Metal Film)
۶ اکسید فلز (Metal Oxide)
۷ درصد خطا (Tolerance)
۸ ضریب دمایی مقاومت (Temperature Coefficient of Resistance)