یک راهنمای کامل برای مقاومت ها

مقاومت ها چه کاری انجام می دهند و انواع مختلف مقاومت ها چیست؟در راهنمای جامع ما بیشتر بدانید.

برای بسیاری از مهندسان ، انتخاب مقاومت مناسب برای کاربرد آنها صرفاً موضوع محاسبه ارزش و تحمل صحیح است ، سپس به دنبال مقرون به صرفه ترین راه حل است. پس چرا ، انواع مختلفی از مقاومت وجود دارد؟این راهنما با هدف ارائه بینش در مورد دنیای مقاومتها و پارامترهای اصلی آنها.

ما با اصول اولیه شروع خواهیم کرد ، قبل از اینکه یک مرور سریع از انواع اصلی انجام دهیم ، ویژگی های اصلی آنها را برجسته می کنیم ، و در نهایت به مناطق مشخصات دقیق تر که یک مهندس در طول محصول با آن روبرو می شود ، پوشش خواهیم داد. روند طراحی.

مقاومت چیست و نماد مدار آن چیست؟

مقاومت یک مؤلفه الکتریکی است که جریان جریان الکتریکی را در یک مدار محدود می کند. قیاس که اغلب برای توضیح عملکرد آن استفاده می شود ، در نظر گرفتن جریان به عنوان آب در حال جاری شدن در یک شیلنگ است. یک مقاومت می تواند به عنوان یک انقباض در لوله در نظر گرفته شود که جریان آب را محدود می کند.

بیشتر مردم با قانون اهم آشنا خواهند شد: v = ir. V ولتاژ در سراسر یک مقاومت است ، من جریان جریان در مقاومت است و R مقاومت است. این معادله ای است که جریان ، ولتاژ و مقاومت را به هم متصل می کند و اساس کار با مقاومت (و سایر مؤلفه های منفعل) است.

در سطح میکروسکوپی ، مقاومت از انواع مختلفی از مواد که دارای هادی هستند ، اما مواد کامل نیستند ، بنابراین توانایی جریان الکترون ها توسط ساختار اتمی مواد انتخاب شده مانع می شود. با تغییر ویژگی های هادی مانند هدایت مواد ، سطح سطح و طول مواد مورد استفاده ، می توان مقاومت در برابر دقت مورد نظر را کنترل کرد. مقاومت در اهم اندازه گیری می شود و نماد واحد Ω است.

مقاومت ها در یک مدار چه کاری انجام می دهند؟

مقاومت ها در مدارها کاربردهای زیادی دارند. در زیر برخی از کارکردهای متداول وجود دارد. بیشتر برنامه ها در تنظیمات سریال یا موازی به مقاومت های مختلفی نیاز دارند. برخی از کاربردهای متداول مقاومت ها عبارتند از:

• تقسیم کننده های بالقوه. دو یا چند مقاومت در سری ، ولتاژ در نقطه اتصال آنها متناسب با نسبت مقادیر آنها خواهد بود. این عملکرد به طور گسترده ای در مدارها برای تولید ولتاژهای میانی استفاده می شود
• مقاومتهای مغرضانه. ترانزیستورها و بسیاری از دستگاه های دیگر باید ویژگی های عملیاتی AC و DC خود را داشته باشند و مقادیر را برای عملکرد صحیح تنظیم کنند. این کار با مقاومت های متعدد انجام می شود و اغلب به آن تعصب می گویند
• سود و بازخورد Op-Amp. بیشتر مدارهای Op-Amp باید عملکرد و بازخورد خود را توسط مقاومت های خارجی در تراشه تقویت کننده تنظیم کنند. مقاومتها وسیله اصلی انجام این کار هستند
• محدودیت فعلیاز مقاومتها می توان برای محدود کردن میزان جریان جریان در یک عنصر مدار استفاده کرد. این یک عملکرد ایمنی مفید در بسیاری از مدارها به عنوان مثال است. محدود کردن جریان که می تواند به یک LED تبدیل شود تا روشنایی آن را مدیریت کند
• تطبیق امپدانس. برای به حداکثر رساندن انتقال نیرو در فرکانس های بالا ، امپدانس دریافت و انتقال انتهای یک مدار باید یکسان باشد. مقاومتها می توانند حداقل بخشی از این نیاز را انجام دهند
• اندازه گیری فعلیبسیاری از مدارها باید بدانند که چقدر جریان جریان دارد ، با این حال ، اندازه گیری ولتاژ بسیار ساده تر است ، بنابراین قرار دادن یک مقاومت در مدار برای "توسعه" ولتاژ- به یاد داشته باشید که قانون اهم- یک روش متداول برای اندازه گیری جریان است
• داده ها و آدرس های اتوبوس. این عملکرد به کاهش مشکلات نویز در اتوبوس های رایانه ای پر سرعت کمک می کند. هنگامی که یک اتوبوس داده Tri-States یا بالا رانده می شود ، اغلب لازم است که آن را به حالت شناخته شده بکشید یا اطمینان حاصل کنید که خروجی آن بسیار بالاتر از نقطه تعویض عناصر منطقی دیگر در اتوبوس است ، و یک حرکت به آن کمک می کنداین کار را انجام دهید

انواع مقاومت

انواع مختلفی از مقاومت ها وجود دارد و می توان آنها را از مواد مختلفی تهیه کرد که همه آنها دارای مزایا و معایب منحصر به فرد خود هستند. قبل از اینکه به مواد بپردازید ، ارزش آن را دارد که تنظیمات مختلف موجود را در نظر بگیرید.

مقاومت های ارزش ثابت

اینها نوع غالب پیکربندی مقاومت هستند و همانطور که از نام آن پیداست ، آنها یک مقدار مقاومت ثابت دارند. می توان یک مقاومت از هر مقدار اهمیتی را که به آن نیاز دارید ، بخرید ، اما در اکثر موارد ، می توان مدار را تغییر داد تا مقدار مورد نیاز را تغییر دهد. به همین دلیل ، همه تولید کنندگان خانواده های مقاومت را با تعداد معینی از مقاومت در برابر هر دهه ارزش ارائه می دهند.

به عنوان مثال ، یک خانواده مشترک خانواده E24 هستند. این 24 مقدار بین 100Ω و 1000Ω یا بین 10kΩ و 100kΩ است. مقادیر موجود در این محدوده به گونه ای انتخاب می شوند که وقتی تحمل هر مقدار را در نظر می گیرید ، بیشترین مقادیر ممکن را پوشش می دهید. تعداد مقادیر موجود در یک خانواده به صحت و تحمل مورد نیاز بستگی دارد ، بنابراین خانواده E192 مقادیر بسیار بیشتری برای انتخاب دارند و تحمل آن به 0. 1 ٪ کاهش می یابد. این البته می تواند هزینه مقاومت ها را افزایش دهد.

مقاومت متغیر

مقاومتهای متغیر (همچنین به عنوان پتانسیلومترها نیز شناخته می شوند) مقاومت هایی هستند که می توانند با چرخاندن یک شافت یا در گلدان های از پیش تنظیم شده توسط یک پیچ گوشتی ، مقدار آنها را تغییر دهند.

مقاومت متغیر یک دستگاه سه ترمینال است. پین مرکزی با فلش به عنوان برف پاک کن شناخته می شود و جایی است که مقاومت متغیر در دسترس است. این دستگاه ها به صورت یک تماس قابل حمل در حال اجرا در امتداد یک مسیر مقاومتی یا در مورد دستگاه های مولتی سوخت که به عنوان کنترل پانل استفاده می شود ، یک سیم کاملاً زخم است. اگرچه برای تنظیم مقادیر مقاومت در یک مدار مفید است ، "گلدان ها" به دلیل لرزش می توانند مستعد حرکت برف پاک کن باشند و از این رو اگر به اشتباه مشخص شود می تواند مشکل ساز باشد.

شبکه های مقاومت

به عنوان مثال ، اغلب در مورد مقاومت های متعدد با همان مقدار مورد نیاز است. برای این برنامه ها ، می توان بسته های مقاومت را به عنوان بسته های درون خطی (SIL) یا دو خطی خطی (DIL) خریداری کرد. آنها می توانند به عنوان چندین مقاومت بدون اتصال یا با یک پین از هر مقاومت متصل به یک مخاطب واحد روی بسته قرار بگیرند. اگرچه این راه حل می تواند بر اساس مقاومت در هر مقاومت گران تر باشد ، اما هزینه های نصب البته کمتر است زیرا فقط یک درج لازم است و بنابراین تعادل امکان پذیر است. این ملاحظات منجر به در دسترس بودن مقاومتهای دوگانه در یک بسته واحد برای برنامه های تقسیم کننده بالقوه شده است.

علامت گذاری ارزش مقاومت

بیشتر مقاومتها روی آنها ارزش مشخص شده اند. برای مقاومت های سطح سطح ، این می تواند یکی از چندین گزینه باشد. آنها می توانند یک کد 3 یا 4 رقمی باشند که مقدار را با استفاده از یک سیستم مقدار و ضرب نشان می دهد. به عنوان مثال ، 102 نشان دهنده 10 درجه 1kΩ ، نوع 4 رقمی می تواند 1002 باشد که 100 10 10 یا 10kΩ است. برای مقادیر کم ، ممکن است چیزی مانند 4R7 را ببینید که 4. 7Ω است. R در این مورد به عنوان نقطه اعشاری استفاده می شود.

با توجه به اندازه کوچک مقاومت های سطحی، دیدن این مقاومت ها بسیار دشوار است، به خصوص اکنون که مقاومت های SMD در تلرانس های محدودتر و با مقادیر بیشتر در دسترس هستند. به همین دلیل از سیستم EIA96 استفاده می شود. این شامل یک جدول جستجو است که در آن یک مقدار سه رقمی برای اشاره به یک مقدار و ضریب استفاده می شود، بنابراین مقدار را در حداقل تعداد ارقام مشخص می کند.

کد رنگ مقاومت

این سیستم برای مقاومت های سوراخ دار کمی ساده تر است. یک کد رنگ سالهاست که وجود دارد و هنوز هم جاری است. این نمودار سیستم در حال استفاده را نشان می دهد. هر مقاومت دارای سه یا چهار باند است که مقدار را مشخص می کند، به علاوه یک نوار تحمل. برای یک مقاومت 4 بانده، دو باند اول مقادیر عددی و باند سوم یک ضریب است.

به عنوان مثال، اگر موردی داشتیم که دو باند اول قرمز و نوار سوم نارنجی بود، آنگاه مقدار مقاومت 22KΩ بود. اگر باند چهارم نیز قرمز بود، مقاومت 2% تلرانس خواهد داشت. اگر حالت یک مقاومت 5 باندی را با سه رنگ اول قرمز و رنگ چهارم قهوه ای در نظر بگیریم، مقدار 2. 22KΩ خواهیم داشت.

مواد مقاومتی

با نگاهی به اصول طراحی مقاومت و پیکربندی های ممکن، اکنون زمان آن رسیده است که به موادی که در مقاومت ها استفاده می شود نگاهی بیندازیم و مزایا و معایب آنها را برجسته کنیم.

مقاومت فیلم کربن

مقاومت های فیلم کربنی به دلیل ویژگی های تحمل و نویز ضعیف تر، تا حد زیادی با انواع فلزی برای کاربردهای عمومی جایگزین شده اند. با این حال، آنها هنوز هم در برخی از برنامه های تخصصی استفاده می شوند.

مقاومت با تشکیل یک لایه کربنی بر روی یک بستر سرامیکی ساخته می شود. این مزیت های متعددی دارد. اولا، فیلم تا حد زیادی غیر القایی است، ثانیاً، سرامیک یک عایق عالی برای گرما و الکتریسیته است و ثالثاً، طرح دارای سطح مقطع بزرگ است. بنابراین، اندوکتانس پایین آنها آنها را برای کاربردهای فرکانس بالا مفید می کند و سطح مقطع بزرگتر آنها به ولتاژهای عملیاتی بالاتر و بقای بهتر در برابر گذرا نسبت به بسیاری از انواع دیگر کمک می کند. در نتیجه، اگرچه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند، اما همچنان در دسترس هستند.

مقاومت فیلم فلزی

مقاومت های فیلم فلزی با قرار دادن لایه ای از فلزات مانند روتنیوم بر روی یک بستر عایق ساخته می شوند. آنها در تعداد زیادی از انواع و بسته بندی ها موجود هستند و در مقایسه با مقاومت های فیلم کربنی، ساخت آنها برای تولید انبوه ساده تر و از نظر فیزیکی کوچکتر است.

مقاومت های فیلم فلزی به دلیل نویز کمتر، تحمل های سخت تر و عموماً ضرایب دمایی بهتر، تا حد زیادی جایگزین مقاومت های فیلم کربنی در اکثر کاربردهای استاندارد شده اند. اگرچه اغلب به عنوان یک مقاومت "استاندارد" تلقی می شوند، اما از یک پایه عملکرد پایین تر به نقطه ای رسیده اند که با دقت بسیار بالا (0. 1٪) و TCR های پایین در محدوده PPM/C تک رقمی ارائه می شوند. شایان ذکر است که مقاومت های فیلم فلزی در هر دو نوع سوراخ فرورفتگی و نصب سطح (مقاومت تراشه) ارائه می شوند.

مقاومت های سیمی

مقاومت های سیمی دارای برخی ویژگی ها هستند که در کاربردهای تخصصی جذاب هستند، مانند ابزار دقیق با دقت بالا که تلرانس های بسیار بهتر از 0. 01٪ و ضرایب دمای بسیار پایین (TCR) مورد نیاز است.

آنها همچنین اغلب نوع مقاومت انتخابی برای کاربردهای با توان بالا هستند (نمونه هایی با توان حداکثر 100 وات در دسترس هستند). با این حال، شایان ذکر است که از آنجایی که آنها از سیم پیچیده شده به دور یک هسته عایق، که طبق تعریف یک سلف است، تشکیل شده اند، این مقاومت ها برای کاربردهای فرکانس بالا توصیه نمی شوند و عموماً به شکل نصب سطحی در دسترس نیستند.

مقاومت های اکسید فلزی

این موارد مشابه مقاومت های فیلم فلزی هستند، به جز اینکه عنصر مقاومتی یک اکسید (اغلب قلع) است. عملکرد آنها به طور ماهرانه ای با فیلم فلزی متفاوت است زیرا معمولاً برای کاربردهای ولتاژ و توان بالاتر نسبت به قطعات فیلم فلزی بهتر هستند.

با این حال، آنها معمولاً در محدوده های کوچکتر ارائه می شوند و ممکن است تحمل و TCR های کاهش یافته را ارائه دهند. باز هم، آنها در هر دو نوع نصب سطحی و از طریق سوراخ ارائه می شوند.

مقاومت های نوار فلزی

اینها مقاومت های تخصصی هستند که عموماً برای کاربردهای اندازه گیری جریان در منابع تغذیه استفاده می شوند. آنها اغلب با مقادیر اهمی بسیار پایین مشخص می شوند، بنابراین آنها با ضرایب دمای نسبتا پایین و اتلاف توان متوسط ارائه می شوند تا حداقل بر عملکرد کلی مدار تأثیر بگذارند.

همانطور که از نام آن پیداست، آنها در واقع یک نوار فلزی بریده شده با لیزر هستند. یکی دیگر از ویژگی های کلیدی برای این دستگاه ها مقاومت حرارتی کم است زیرا آنها به طور بالقوه دارای جریان های بالایی هستند که ممکن است منجر به نیاز به دفع گرمای تولید شده در عملیات شود.

مشخصات مقاومت

خصوصیات و مشخصات اصلی که بر انتخاب مقاومت تأثیر می گذارد چیست؟عواملی که باید مورد توجه قرار گیرند شامل تحمل اولیه و انتخاب ارزش هستند. با این حال ، تحمل یا تغییر مقدار یک مقاومت توسط پارامترهای متعدد تحت تأثیر قرار می گیرد ، همانطور که در زیر توضیح داده شده است.

ضریب دمای

این یک اندازه گیری از تغییر مقدار اسمی در نتیجه تغییرات دما است. به طور کلی به عنوان یک ارزش واحد در قطعات در هر میلیون در هر درجه سانتیگراد (یا کلوین) نقل می شود ، می تواند مثبت یا منفی باشد. معادله محاسبه مقاومت در دمای معین:

rt = ro [1+α (t-to)]

در جایی که RO برای مقاومت در برابر دمای اتاق مقدار اسمی است ، درجه حرارتی است که در آن مقاومت اسمی داده می شود ، T در حال کار درجه حرارت و α TCR است.

به عبارت ساده ، یک مقاومت 1 MΩ با TCR از 50ppm/k با 50Ω در هر درجه افزایش دما یا سقوط تغییر می کند. این ممکن است خیلی به نظر نرسد اما در نظر بگیرید که آیا از این مقاومت به عنوان مقاومت در برابر افزایش در یک مدار تقویت کننده غیر وارونه X10 با 0. 3 ولت در ورودی + استفاده می کنید. تغییر بدترین حالت در خروجی می تواند به اندازه 7. 5mv باشد که معادل حدود 5lsbs در یک مدار ADC 5 ولت 12 ولت است. این نوع تغییر می تواند در طراحی دقیق کاملاً قابل توجه باشد. همچنین به یاد داشته باشید که TCR به عنوان ± x ppm/c نقل شده است ، بنابراین امکان پذیر است ، اگرچه بعید به نظر می رسد ، که مقاومت دوم در مدار می تواند در جهت مخالف تغییر کند ، از این رو خطای احتمالی را دو برابر می کند. سرانجام ، شایان ذکر است که برخی از مقاومت های دقیق TCR های متغیر متغیر را نسبت به محدوده دما که مدار در آن کار می کند نقل می کند و این می تواند روند طراحی را به میزان قابل توجهی پیچیده کند.

مقاومت یا ثبات مقاومت

پیری و پایداری یک آمالگام پیچیده از تغییرات متعدد در مقدار یک مقدار مقاومت در طول زمان است و نتیجه دوچرخه سواری دما ، عملکرد درجه حرارت بالا ، رطوبت رطوبت و غیره است. به طور معمول ، با مهاجرت اتم های هدایت در داخل دستگاه ، این مقدار منجر به افزایش مقاومت می شود.

مقاومت حرارتی

مقاومت حرارتی اندازه گیری است که چگونه مقاومت می تواند قدرت را به محیط زیست از بین ببرد. در عمل ، مهندسان از مقاومت حرارتی برای مدل سازی اتلاف گرما برای یک سیستم استفاده می کنند - به عنوان مجموعه ای از سری "مقاومت های حرارتی" تصور می شود که هر یک از آنها یک عنصر از اتلاف گرما سیستم را نشان می دهد.

این امر عمدتاً مهم است اگر طراحی به این معنی باشد که مقاومت در حداکثر ارزش خود در حال اجرا است و می تواند به طور قابل توجهی بر قابلیت اطمینان بلند مدت سیستم تأثیر بگذارد. نمونه ای از جایی که می توان از این پارامتر استفاده کرد ، محاسبه اندازه یک پد PCB یا هواپیمای زمینی است که برای حفظ مقدار مقاومت و دمای کار در حد قابل قبول استفاده می شود.

رتبه بندی حرارتی و برق

تمام مقاومتها با حداکثر امتیاز قدرت ، که در وات مشخص شده است ، همراه هستند. این می تواند از 1/8 وات درست تا 10 وات برای مقاومت در برابر قدرت باشد. در تجزیه و تحلیل پاس اول ، مهندس بررسی می کند که مقاومت در ارزش دارای ارزش خود است. معادله برای محاسبه این P = I² R است ، جایی که P قدرتی است که در مقاومت از بین می رود ، من جریان جریان و R مقاومت است. متأسفانه ، همه چیز می تواند پیچیده تر از این باشد. برای کار دقیق ، مهندس باید از منحنی دفع حرارتی برای مقاومت در نظر بگیرد. این مقدار را مشخص می کند که طراح نیاز دارد حداکثر اتلاف قدرت را بالاتر از دمای معین قرار دهد.

این ممکن است نظری به نظر برسد که اغلب در درجه حرارت بسیار بالایی قرار می گیرد ، اما یک مدار قدرت در یک محفظه محصور در یک منطقه گرم اغلب می تواند از برش در نقطه فراتر رود و حداکثر اتلاف قدرت نیاز به کاهش مناسب دارد. همچنین شایان ذکر است که حداکثر ولتاژ عملیاتی یک مقاومت با اتلاف توان از آن استفاده می شود.

نویز مقاومت

هر مؤلفه الکترونیکی که الکترونهای جاری داشته باشد ، منبع سر و صدا خواهد بود و مقاومت از این نظر هیچ تفاوتی ندارد. در سیستم های تقویت کننده با افزایش بالا یا هنگام برخورد با سیگنال های ولتاژ بسیار کم ، باید در نظر گرفته شود.

مهمترین عامل نویز در یک مقاومت ، نویز حرارتی ناشی از نوسان تصادفی الکترونها در ماده مقاومت است. این به طور کلی به عنوان سر و صدای سفید (به عنوان مثال یک ولتاژ RMS ثابت در محدوده فرکانس) مدل می شود و توسط معادله e = √ 4rkt∆f در جایی که e ولتاژ سر و صدای RMS است ، r مقدار مقاومت است ، k ثابت است ، t boltzmann ، tدما و ΔF پهنای باند سیستم است.

با کاهش مقاومت ، دمای کار یا پهنای باند سیستم می توان نویز سیستم را کاهش داد. علاوه بر این ، نوع دیگری از نویز مقاومت به نام سر و صدای جریان وجود دارد که نتیجه جریان الکترون در دستگاه ها است. به ندرت مشخص می شود اما اگر شماره های استاندارد با استفاده از IEC60195 از تولید کننده در دسترس باشد ، می توان مقایسه کرد.

رفتار با فرکانس بالا

چالش نهایی که باید در نظر بگیرید عملکرد فرکانس بالا مقاومت خاص است. به زبان ساده ، شما می توانید یک مقاومت را به عنوان یک سلف سری مدل کنید و مقاومت را که دارای یک خازن انگلی است به موازات آن تغذیه کنید.

در فرکانس های کم 100 مگاهرتز (حتی برای مقاومتهای سطح سطح که دارای مقادیر انگلی پایین تر از قطعات سوراخ هستند) خازن موازی می تواند شروع به تسلط کند و امپدانس زیر اسمی کاهش می یابد. در فرکانس بالاتر هنوز ، القاء ممکن است غالب باشد ، و امپدانس از حداقل آن شروع می شود و ممکن است بالاتر از مقدار اسمی باشد.

نتیجه گیری

اگرچه ما بسیاری از پارامترهای مهم را که ممکن است هنگام طراحی مدار با مقاومت در آن با آنها روبرو شویم ، پوشش داده ایم ، اما هنوز موارد بیشتری وجود دارد که نباید از آن غافل شد.

در بسیاری از موارد ، یک فیلم 1 ٪ استاندارد ، فلزی ، مقاومت 0. 125W برای کاربرد کاملاً خوب خواهد بود. با این حال ، بسیاری از محصولات وجود دارد که قدردانی دقیق تر از مشخصات مقاومت لازم خواهد بود. این موارد شامل طرح های منبع تغذیه ، کار صوتی ، طرح های فرکانس بالا و محصولاتی است که باید با دمای بالای محیط مقابله کنند. در این موارد ، بازرسی دقیق از مشخصات و مراقبت های ویژه هنگام انتخاب محصول منجر به طراحی قابل اطمینان تر می شود و به طور بالقوه از طراحی مجدد وقت خود جلوگیری می کند.