مقاومت الکتریکی
یک مقاومت ایده ال عنصري است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی
به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوري از آن ، ثابت میماند. اما بدلیل اینکه مقاومتهاي
جهان واقعی نمیتوانند این شرایط ایده ال را برآورده سازند، آنها را بگونه اي طراحی
میکنند که در برابر تغییرات دما و دیگر عوامل محیطی ، نوسانات کمی در مقاومت
الکتریکی شان ایجاد شود. مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند. مقاومتهاي
متغیر پتانسیومتر یا رئوستا نیز خوانده میشوند و این اجازه را میدهند که مقاومت
وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییر کند.
برخی از مقاومتها بلند و نازك هستند و ماده مقاوم حقیقی در وسط آنها قرار دارد و یک
پایه هادي در هر انتهاي آن نصب شده است. به این مقاومت بسته محوري گفته میشود.
تصویر بالا یک ردیف از مقاومتهایی را نشان میدهد که عموما در یک بسته بندي قرار
داده میشوند. مقاومتهاي استفاده شده در کامپیوترها و دیگر وسایل ، نوعا خیلی
بدون (SMD کوچکتراند و اغلب در بسته هاي با پایه سطحی (فن آوري پایه سطحی
سیمهاي رابط بکار میروند. مقاومتهاي با توان بالاتر را در بسته هاي محکمتري قرار
میدهند و بگونهاي طراحی شده اند که گرما را بطور موثري از بین ببرند، اما تمامی آنها
داراي همان ساختار قبلی مقاومتها هستند.
مقاومتها به عنوان بخشی از شبکه هاي الکتریکی بکار میروند و در علم میکرو
الکترونیک و ابزارهاي نیمه هادي شرکت دارند. اندازه گیري دقیق یک مقاومت بصورت
اهم است. یک عنصر داراي ،SI نسبت ولتاژ به جریان است و واحد آن در دستگاه
مقاومت 1 اهم است اگر یک ولتاژ 1 ولتی دو سر عنصر منجر به یک جریان 1 آمپر شود
الکترون) در X 10 18 که معادل جریان یک کولمب بار الکتریکی (تقریبا 6,242506
ثانیه در جهت مخالف است.
یک جسم فیزیکی نوعی مقاومت است. اکثر فلزات، مواد هادي هستند و در برابر جریان
الکتریسته مقاومت کمی دارند. بدن انسان ، یک تکه پلاستیک ، یا حتی یک خلا داراي
مقاومتهایی هستند که قابل اندازه گیري است. موادي که داراي مقاومتهاي بسیار بالایی
هستند عایق نامیده میشوند.
رابطه بین ولتاژ ، جریان و مقاومت در یک جسم توسط یک معادله ساده که از قانون
اهم گرفته شده و اغلب با آن اشتباه میشود، بیان میشود:
V = IR
جریان عبور کننده از مقاومت بر I ، ولتاژ دو سر مقاومت بر حسب ولت V که در آن
داراي یک رابطه خطی I و V مقدار مقاومت بر حسب اهم است. اگر R حسب آمپر و
در یک محدوده است، آنگاه این ماده در آن محدوده R باشند که به مفهوم ثابت بودن
اهمی خوانده میشود. یک مقاومت ایده آل داراي مقاومت ثابت در تمامی فرکانسها و
مقادیر ولتاژ و جریان است. مواد ابر رسانا در دماهاي بسیار پایین داراي مقاومت صفر
هستند. عایقها ممکن است داراي مقاومتهایی بسیار بالا (اما نه بینهایت) باشند. لکن
تحت ولتاژهاي به میزان کافی زیاد، دچار شکست می شوند و جریان بزرگی را از خود
عبور میدهند.
در یک مقاومت با رنگ کد گذاري شده باند منتهی الیه سمت راست. اگر به رنگ
نقرهاي باشد خطاي 10 درصد ، اگر به رنگ طلایی باشد خطاي 5 درصد ، اگر به رنگ
قرمز باشد خطاي 2 درصد و اگر به رنگ قهوهاي باشد خطاي 1 درصد را نشان میدهد.
مقاومتهاي با خطاي کمتر هم وجود دارند که مقاومتهاي دقیق خوانده میشوند مانند
که خطاي آنها معمولا 0,1 است . SMD مقاومتهاي
یک مقاومت داراي حداکثر ولتاژ و جریانی است که فراتر از آنها ، مقاومت ممکن است
تغییر کند (در بعضی موارد به شدت) یا از نظر فیزیکی از بین برود (براي مثال بسوزد).
اگر چه که برخی از مقاومتها داراي ولتاژ و جریان نامی اند، اغلب آنها توسط یک توان
فیزیکی حداکثر که توسط اندازه فیزیکی تعیین میشود، ارزیابی میشوند. عموما توان
نامی براي مقاومتهاي کامپوزیت کربن و مقاومتهاي ورقه فلزي 1,8 وات ، 1,4 وات و
1,2 وات است. مقاومتهاي ورق فلزي نسبت به مقاومتهاي کربنی در برابر تغییرات دما و
گذر زمان پایدارترند.
مقاومتهاي بزرگتر قادرند که گرماي بیشتري را بدلیل سطح وسیعترشان از بین ببرند.
مقاومتهاي سیم پیچی شده و پر شده با شن هنگامی بکار میروند که توان نامی بالاتري
مانند 20 وات مورد نیاز باشد. بعلاوه تمامی مقاومتهاي حقیقی کمی خواص سلفی و
خازنی از خود نشان میدهند که رفتار دینامیکی مقاومت ، ناشی از معادله ایده آل آن را
تغییر میدهد.
هر کدام از مقاومتهاي یک ساختار مداري سري و موازي داراي اختلاف پتانسیل (ولتاژ)
یکسان هستند. براي محاسبه مقاومت معادل کل آنها:
Req-1 = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn
خاصیت موازي بودن را میتوان براي ساده سازي معادله ، با دو خط موازي (مانند
هندسه) در معادلات نمایش داد. براي دو مقاومت موازي داریم:
Req = R1R2/(R1 + R2)
جریان هر مقاومت در مدارهاي سري و موازي ثابت است، اما ولتاژ در طول هر مقاومت
ممکن است متفاوت باشد. مجموع اختلاف پتانسیلها (ولتاژ) برابر ولتاژ کلی است. براي
محاسبه مقاومت کلی آنها:
R = R1 + R2 + … + Rn
یک شبکه مقاومتی که ترکیبی از مدارهاي سري و موازي است را میتوان به اجزا
کوچکتري تجزیه کرد که یکسان یا غیر یکسانند. براي مثال:
R3 + (Req = R1R2/(R1 + R2
مقاومتهاي متغیر
مقاومت متغیر مقاومتی است که مقدارش میتواند توسط یک حرکت مکانیکی تعیین
شود، براي مثال توسط دست تنظیم شود. مقاومتهاي متغیر میتوانند از نوع ارزان و تک
دور یا از نوع چند دور با یک عنصر مارپیچی باشند. برخی از آنها حتی داراي نمایشگر
مکانیکی تعداد دور نیز هستند. بطور سنتی مقاومتهاي متغیر نامطمئن بودهاند، چرا که
سیم یا فلز خورده یا فرسوده میشوند. (یک روش دیگر کنترل که در واقع یک مقاومت
نیست اما شبیه آن عمل میکند، شامل یک سیستم سنسور فتو الکتریک است که چگالی
نوري یک ورقه را اندازه میگیرد. بدلیل اینکه سنسور ورقه را لمس نمیکند، پوسیدگی
رخ نمیدهد.)
یک پتانسیومتر نوعی از مقاومتهاي متغییر است که بسیار عام است. یکی از استفاده
هاي عمومی آن به عنوان کنترل صدا در تقویت کننده هاي صوتی و یا همان تنظیم
کننده دما و فشار باد هیتر روي میزتان است.
نوع بخصوصی از مقاومت است که داراي دو MOV یک واریستور اکسید فلزي ، یا
مقدار مقاومت بسیارمتفاوت است، یک مقاومت بسیار بالا در ولتاژ پایین (زیر ولتاژ راه
انداز) و یک مقاومت بسیار کم در ولتاژ بالا (بالاتر از ولتاژ راه انداز). این نوع از مقاومت
معمولا براي حفاظت اتصال کوتاه در برقگیر تیر برق خیابانها یا به عنوان یک اسنابر
یک مقاومت وابسته به دما PTC/ استفاده میشود. یک مقاومت با ضریب دمایی مثبت
است که داراي یک ضریب دمایی مثبت است.
ها اغلب در تلویزیونها PTC . وقتی که دما افزایش مییابد، مقاومت هم زیاد میشود
بصورت سري با سیم پیچ دمغناطیس کننده یافت میشوند که یک جرقه جریان کوتاه را
از طریق سیم پیچ در هنگام روشن کردن تلویزیون ایجاد میکند. یک نسخه تخصصی
چند سوییچ است که مانند یک فیوز خود تعمیر عمل میکند. یک مقاومت با PTC یک
نیز یک مقاومت وابسته به دماست، اما داراي یک ضریب NTC/ ضریب دمایی منفی
ها NTC . کاهش مییابد NTC دمایی منفی است. وقتی که دما افزایش مییابد مقاومت
عموما در آشکار سازهاي دماي ساده و در ابزارهاي اندازه گیري بکار میروند.
تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهاي رنگی
مقاومتهاي توان کم داراي ابعاد کوچک هستند، به همین دلیل مقدار مقاومت و تولرانس
را بوسیله نوارهاي رنگی مشخص میکنند که خود این روش به دو شکل صورت میگیرد:
1. روش چهار نواري
2. روش پنج نواري
روش اول براي مقاومتهاي با تولرانس 2% به بالا استفاده میشود و روش دوم براي
مقاومتهاي دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از 2%) استفاده میشود. در اینجا به روش
اول که معمولتر است میپردازیم. به جدول زیر توجه نمائید. هر کدام از این رنگها معرف
یک عدد هستند:
0 سیاه
1 قهوهاي
2 قرمز
3 نارنجی
4 زرد
5 سبز
6 آبی
7 بنفش
8 خاکستري
9 سفید
دو رنگ دیگر هم روي مقاومتها به چشم میخورد: طلایی و نقرهاي ، که روي یک
مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقرهاي. اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا
نقرهاي بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها میکنیم. و عدد متناظر
با رنگ اول را یادداشت میکنیم. سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول
مینویسیم. سپس به رنگ سوم دقت میکنیم. عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ،
صفر میگذاریم جلوي دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ). عدد بدست
آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است. که آنرا میتوان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.
به مثال زیر توجه نمایید:
از سمت چپ شروع به خواندن میکنیم. رنگ زرد معادل عدد 4 ، رنگ بنفش معادل عدد
7 ، رنگ قرمز معادل عدد 2 ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪ 5 میباشد. پس مقدار
مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوي 4700 اهم ، یا 4,7 کیلو اهم است و
براي محاسبه خطا عدد 4700 را ضربدر 5 و تقسیم بر 100 میکنیم، که بدست میآید:
235
4700 + 235 = 4935
4700 - 235 = 4465
مقدار واقعی مقاومت چیزي بین 4465 اهم تا 4935 اهم میباشد.
تشریح عملکرد قطعات الکترونیک ( دیود )
سلام
دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور میدهند و در جهت دیگر در مقابل
عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان میدهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در
هم اطلاق شود. از Valve سالهاي اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا
لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن میسازد که شما با برقرار
کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژي که
forward ) باعث میشود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا
نامیده میشود که چیزي حدود 0,6 تا 0,6 ولت میباشد. (voltage drop
ولتاژ معکوس
هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل میکنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از
معرف Leakage دیود عبور نمیکند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا
یا حتی کمتر میباشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب μA است که در حدود چند
مدارهاي الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهاي مدار
نمیگذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه براي حداکثر ولتاژ معکوس دارند
که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود میسوزد و جریان را در جهت معکوس هم
گفته میشود. Breakdown عبور میدهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا
دسته بندي دیودها
در دسته بندي اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم میکنند، دیودهاي سیگنال
که براي آشکار سازي در رادیو بکار میروند و جریانی در حد میلی آمپر از (Signal)
که براي یکسو سازي (Rectifiers) خود عبور میدهند، دیودهاي یکسو کننده
جریانهاي متناوب بکار برده میشوند و توانایی عبور جریانهاي زیاد را دارند و بالاخره
که براي تثبیت ولتاژ از آنها استفاده میشود. (Zener) دیودهاي زنر
تشریح عملکرد قطعات الکترونیک ( دیود پیوندي )
انواع دیودهاي پیوندي :
دیودهاي نور گسل
در دیودي که بایاس مستقیم دارد، الکترونهاي نوار رسانش از پیوندگاه عبور کرده و به
داخل حفرهها میافتند. این الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژي دریافت کرده
بودند که به هنگام برگشت به نوار ظرفیت انرژي دریافتی را مجددا تابش میکنند. در
دیودهاي یکسوساز این انرژي به صورت گرما پس داده میشود، ولی دیودهاي نور گسل
این انرژي را به صورت فوتون تابش میکنند. LED
فوتودیودها
انرژي گرمایی باعث تولید حاملهاي اقلیتی در دیود میگردد. با افزایش دما جریان دیود
در بایس معکوس افزایش مییابد. انرژي نوري هم همانند انرژي گرمایی باعث بوجود
آمدن حاملهاي اقلیتی میگردد. کارخانههاي سازنده با تعبیه روزنهاي کوچک براي تابش
نور به پیوندگاه دیودهایی را میسازند که فوتودیود نامیده میشوند. وقتی نور خارجی به
پیوندگاه یک فوتودیود که بایس مستقیم دارد فرود آید، زوجهاي الکترون _ حفره در
داخل لایه تهی بوجود میآیند. هرچه نور شدیدتر باشد، مقدار حاملهاي اقلیتی نوري
افزایش یافته، در نتیجه جریان معکوس بزرگتر میشود. به این دلیل فوتودیودها را
آشکارسازهاي نوري گویند.
وراکتور
در دو طرف لایه تهی را میتوان مانند یک خازن تخت موازي در نظر n و p نواحی
گرفت، ظرفیت این خازن تخت موازي را ظرفیت خازن انتقال یا ظرفیت پیوندگاه گویند.
هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش مییابد. دیودهاي CT ظرفیت خازن انتقال
سیلسیم که براي این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شدهاند، دیود با ظرفیت متغییر یا
وارکتور نام دارند. وراکتور موازي با یک القاگر تشکیل یک مدار تشدید را میدهد که با
تغییر ولتاژ معکوس وراکتور میتوانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم.
دیودهاي شاتکی
دیود شاتکی یک وسیله تکقطبی است که در آن به جاي استفاده از دو نوع نیمه هادي
با یک اتصال فلزي n متصل به هم ، معمولا از یک نوع نیم هادي سیلیسیم نوع n و p
مانند طلا – نقره یا پلاتین استفاده میشود. در هر دو ماده الکترون حامل اکثریت را
تشکیل میدهد. وقتی که دو ماده به هم متصل میشوند، الکترونها در ماده سیلیسیم نوع
فورا به داخل فلز نفوذ میکنند و یک جریان سنگینی از بارهاي اکثریت بوجود میآید. n
دیود شاتکی لایه تهی ذخیره بار ندارد. کاربرد این دیود در فرکانسهاي خیلی بالاست.
دیودهاي زنر
این دیودسیلیسیم براي کاردرناحیه شکست طراحی وبهینه شده است،گاهی آن رادیود
شکست هم میگویند.با تغییرمیزان آلایش،کارخانه هاي سازنده میتواننددیودهاي زنري
بسازندکه ولتاژشکست آنهاازدوتادویست ولت تغییرکند.با اعمال ولتاژ معکوس که از ولتاژ
شکست زنر بگذرد، وسیلهاي خواهیم داشت که مانند یک منبع ولتاژ ثابت عمل میکند.
وقتی غلظت آلایش دردیودخیلی زیادباشد،لایه تهی بسیارباریک میشود.میدان الکتریکی
درلایه تهی بسیارشدیداست.میدان چنان شدید است که الکترونها را از مدارهاي ظرفیت
خارج میکند. ایجاد الکترونهاي آزاد به این روش را شکست زنر مینامیم.
کاربردها
در صنعت الکترونیک از اهمیت ویژهاي برخوردارند. به عنوان p - n قطعات پیوندي
در نمایشگرهاي دیجیتالی و گسیلندههاي نور قرمز LED مثال دیودهاي نور افشان
بویژه براي سیستمهاي مخابرات نوري مناسب هستند. آرایش لیزر نیم InP و GaAs
رسانا ، آشکارساز نوري را میتوان در سیستم دیسک فشرده براي خواندن اطلاعات
دیجیتال از دیسک چرخان مورد استفاده قرار داد.
کاربرد بسیار مهم دیودهاي زنر به عنوان مرجع در مدارهایی که نیازمند مقدار معینی از
ولتاژ هستند می باشد
