شرح المقاومة الخطية: دليل المبتدئين

ربما تساءلتَ أيضًا عندما بدأتَ بتعلم الإلكترونيات: ما هي المقاومة؟ ببساطة، المقاومة هي مُكوّن إلكتروني يُستخدم لعرقلة أو تقييد تدفق التيار في الدائرة. المقاومات موجودة في كل مكان. هم يمكن العثور عليها في الأجهزة المنزلية، والهواتف الذكية، والآلات الصناعية، وإلكترونيات السيارات، وحتى المعدات الطبية. وهي المكونات الأساسية لمهام أساسية مثل تنظيم الجهد، والتحكم في التيار، ومعالجة الإشارات. وما دام الجهاز يؤدي هذه الوظيفة، فهو موجود.

هناك أنواع عديدة من المقاومات، ولكل نوع تطبيقه الخاص. في مخططات الدوائر الكهربائية، تُمثَّل المقاومات المختلفة أيضًا برموز المقاومة المقابلة لها. بشكل عام، يمكن تصنيف المقاومات إلى فئتين رئيسيتين: المقاومات الخطية والمقاومات غير الخطية. ستركز هذه المقالة أدناه على المقاومات الخطية، بما في ذلك تعريفها، وخصائصها الرئيسية، وأنواعها الشائعة، واختلافاتها عن المقاومات غير الخطية. دعونا نتعرف عليها.

ما هي تفاصيل المقاومة الخطية?

كما ذكرنا سابقًا، تُعدّ المقاومات الخطية أحد النوعين الرئيسيين للمقاومات. ضمن نطاق التشغيل الاعتيادي للمقاومات الخطية، يتبع التيار والجهد قانون أوم V = I بدقة.×R (حيث R قيمة ثابتة). تُسمى مقاومة "خطية" لأن قيمة مقاومتها R تبقى ثابتة عند تغير الجهد والتيار. منحنىها المميز هو خط مستقيم يمر بنقطة الأصل، بميل 1/R، كما هو موضح في الشكل التالي.

في التطبيقات العملية، يشير "الخطي" إلى أن المقاومة اللحظية (الديناميكية) dV/dI للجهاز تتوافق مع مقاومته الاسمية ضمن نطاق التشغيل المتوقع.

أمثلة عددية بديهية (قيمتان شائعتان للمقاومة):

خصائص المقاومات الخطية

إن الخصائص المميزة للمقاومات الخطية تجعلها موثوقة للغاية في الدوائر الإلكترونية. فيما يلي قائمة ببعض الخصائص الرئيسية التي غالبًا ما تحتاج إلى فحص في التصميم:

1. اتبع خاصية أوم (سلوك Vi الخطي)

المعنى: الجهد يتناسب طرديًا مع التيار. المنحنى المميز عبارة عن خط مستقيم.

التأثير: نسبة تقسيم الجهد المتوقعة، شبكة التحيز، تصميم ردود الفعل للمضخم التشغيلي.

2. قيمة المقاومة الثابتة

المعنى: ضمن نطاق العمل، لا تعتمد المقاومة على الجهد أو التيار.

التأثير: نقطة العمل مستقرة والقياس قابل للتكرار.

3. دقة قيمة المقاومة (التسامح، ±0.1٪، ±1٪، ±(5٪، الخ)

المعنى: الانحراف المسموح به بين القيمة الاسمية والقيمة الفعلية.

التأثير: دقة تقسيم الجهد وكسب المُضخِّم. بالنسبة للدوائر عالية الدقة، تُستخدم مقاومات من ≤تم اختيار ١٪. بالنسبة للدوائر العادية، ٥٪ كافية.

4. معامل درجة الحرارة (TCR، جزء في المليون/°C)

المعنى: مدى تغير المقاومة مع درجة الحرارة. عادةً ما تكون مقاومات الأغشية المعدنية ±50 جزء في المليون/°ج، مقاومات فيلم الكربون ±200-500 جزء في المليون/°ج، ويمكن أن تكون المقاومات الرقيقة منخفضة مثل ±5 جزء في المليون/°C.

الصيغة: ΔR=R₀×TCR×ΔT

التأثير: تتطلب الدوائر الدقيقة مقاومات انجراف ذات درجة حرارة منخفضة.

5. الطاقة المقدرة (واط، وات)

المعنى: الحد الأقصى للطاقة التي يمكن للمقاوم أن يستهلكها بشكل مستمر.

تحقق:  ف = أنا²ر=ف²/R

التأثير: قد يؤدي التحميل الزائد إلى ارتفاع درجة حرارة المقاومة أو حتى تلفها. عادةً، يُختار هامش ضعفين.

6. الفولطية المقدرة

المعنى: أقصى جهد مستمر يمكن أن يتحمله المقاوم.

التأثير: في التطبيقات ذات التردد العالي أو المقاومة العالية، غالبًا ما يكون تصنيف الجهد أكثر أهمية من تصنيف الطاقة.

7. معامل الجهد

المعنى: مدى تغير المقاومة مع الجهد.

التأثير: تحتاج دوائر مقسم الجهد عالية الدقة إلى اختيار مقاومات فيلم/رقائق معدنية ذات VCR منخفضة للغاية.

8. أوضاع الفشل والموثوقية

المعنى: يمكن للطاقة الزائدة والرطوبة والكبريتات وما إلى ذلك أن تتسبب في فشل المقاومات.

التأثير: في البيئات الصناعية، يجب اختيار المقاومات المقاومة للكبريتات، والتي تحتوي على فيلم أكسيد معدني أو معبأة بشكل جيد.

أنواع المقاومات الخطية

يمكن تقسيم المقاومات الخطية تقريبًا إلى فئتين رئيسيتين: المقاومات الثابتة والمقاومات المتغيرة. يتبع كلا النوعين قانون أوم بدقة، أي أن قيم مقاومتهما تبقى ثابتة عند أي ضبط. للمقاوم الثابت قيمة مقاومة ثابتة. أما المقاومات المتغيرة، فتتيح تعديل قيمة المقاومة يدويًا أو إلكترونيًا. الآن، لنلقِ نظرة فاحصة على أنواع هذين النوعين من المقاومات!

المقاومات الخطية الثابتة

المقاومات الخطية المتغيرة

مقارنة بين المقاومات الخطية وغير الخطية

سبق أن قدّمنا مقدمةً مُفصّلةً للمحتوى المُهمّ حول المقاومة الخطية. ببساطة، تتبع المقاومات الخطية قانون أوم، الذي ينصّ على أن الجهد يتناسب طرديًا مع التيار. سنشرح لاحقًا الفرق بين المقاومات الخطية وغير الخطية.

أولاً، ما هي المقاومة غير الخطية؟ على عكس المقاومات الخطية، لا تتبع المقاومات غير الخطية قانون أوم بدقة. تتغير قيم مقاوماتها باختلاف الجهد والتيار والظروف البيئية، مثل درجة الحرارة والضوء. ومنحنيات VI لها ليست خطًا مستقيمًا، كما هو موضح في الشكل التالي:

تشتمل المقاومات غير الخطية النموذجية على الثرمستورات، والمقاومات الضوئية (LDR)، والمتغيرات المتغيرة، والثنائيات، وما إلى ذلك. ولا تقتصر وظائف هذه المكونات على الحد من التيار فحسب؛ بل إنها توفر أيضًا استجابات ديناميكية محددة.

باختصار، يمكن أن ينعكس الفرق بين المقاومات الخطية وغير الخطية في الجوانب التالية:

1. المنحنى المميز

المقاومة الخطية: إن الجهد والتيار لهما علاقة خطية، ومنحنى VI عبارة عن خط مستقيم.

المقاومة غير الخطية: العلاقة بين الجهد والتيار غير خطية، ومنحنى VI هو منحنى أو خط مستقيم مقسم إلى أجزاء.

2. استقرار قيمة المقاومة

المقاومات الخطية: تظل قيمة المقاومة ثابتة ولا تتغير بشكل كبير مع الظروف الخارجية.

المقاومات غير الخطية: تختلف قيمة المقاومة حسب الجهد أو التيار أو البيئة.

3. سيناريوهات التطبيق

المقاومات الخطية: مناسب للاستخدام في الدوائر التي تتطلب قيم مقاومة مستقرة، مثل الحد من التيار، وتوزيع الجهد، وتنظيم الإشارة.

المقاومات غير الخطية: يستخدم عادة في السيناريوهات مثل حماية الجهد الزائد، واكتشاف درجة الحرارة، واستشعار الضوء.

4. رمز المقاومة

يتم تمثيل كل منهما برمز المقاومة في مخططات الدوائر، ولكن المكونات غير الخطية مثل الثنائيات والمقاومات الحرارية عادة ما يكون لها رموز خاصة للتمييز بينها.

عند اختيار أنواع مختلفة من المقاومات في التطبيقات العملية، يجب علينا تحديد المقاوم الذي يجب استخدامه بناءً على وظيفة المقاوم المطلوبة بواسطة الدائرة. إذا كان الأداء المطلوب مستقرًا وقابلًا للتنبؤ، فينبغي اختيار مقاومة خطية. أما المقاومة غير الخطية، فينبغي استخدامها عند الحاجة للاستجابة لتغيرات درجة الحرارة والضوء والجهد. ومن ثم، هنا جدول مقارنة موجز.

تطبيقات المقاومات الخطية

باعتبارها المكون السلبي الأساسي في التصميم الإلكتروني، فإن استخدام المقاومات الخطية واسع النطاق. فيما يلي بعض الأمثلة النموذجية للتطبيقات:

1. تقسيم الجهد في الدائرة

الوظيفة الأكثر شيوعًا للمقاومات الخطية هي تقسيم الجهد. لماذا نستخدم المقاومات الخطية؟ لأن قيمة مقاومتها ثابتة، يُمكن التنبؤ بنسبة الخرج. بتوصيل زوج أو مجموعة من المقاومات الخطية على التوالي، يُمكن تقسيم جهد الدخل إلى جهد أصغر وأكثر قابلية للتحكم.

على سبيل المثال، في الدوائر التناظرية، غالبًا ما يتم استخدام مقسمات المقاومة الخطية لتقليل إشارة المستشعر ثم إرسالها إلى المحول التناظري إلى الرقمي (ADC).

2. الحد الحالي في تطبيقات LED

عند تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، قد يؤدي التيار الزائد إلى إتلاف الصمام الثنائي بسهولة. في هذه الحالة، يمكن استخدام مقاومة خطية متصلة على التوالي كمحدد للتيار.

على سبيل المثال، دائرة مؤشر LED متصلة دائمًا على التوالي بمقاوم خطي. كما هو موضح في الشكل التالي،

3. موازنة التحميل في مصادر الطاقة

في دوائر إمداد الطاقة، غالبًا ما يتم استخدام المقاومات الخطية لموازنة الحمل بين الفروع المتعددة.

4. معالجة الإشارة في مكبر الصوت

في أنظمة الصوت والاتصالات، تلعب المقاومات الخطية دورًا رئيسيًا في تشكيل الإشارة.

الخاتمة

المقاومات هي أساس الإلكترونيات. هم يبدو الأمر بسيطًا، ولكن من رمز المقاومة على مخطط الدائرة إلى الاختيار الفعلي بين المقاومة الخطية والمقاومة غير الخطية كل قرار التصميم في الدائرة، كل شيء مهم.

إن فهم أنواع المقاومات المختلفة بوضوح يُفيدنا في تصميم أنظمة مستقرة وقابلة للتكيف. باختصار، يُعدّ إتقان استخدام المقاومات، سواءً كانت خطية أو غير خطية، مفتاحًا لإنتاج منتجات إلكترونية موثوقة وفعالة.

حول PCBasic

الوقت هو المال في مشاريعك - و PCBasic يحصل عليه. PCBasic هو شركة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الذي يُعطي نتائج سريعة وخالية من العيوب في كل مرة. خدمات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور تشمل دعمًا هندسيًا متخصصًا في كل خطوة، مما يضمن أعلى جودة في كل لوحة. بصفتنا شركة رائدة الشركة المصنعة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور, نقدم حلاً شاملاً يُبسط سلسلة التوريد الخاصة بك. تعاون مع فريقنا المتطور مصنع نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق تحولات سريعة ونتائج متفوقة يمكنك الوثوق بها.