درباره مقاومت‌های برد مدار چاپی: هر آنچه که می‌خواهید بدانید

مقاومت‌های برد مدار چاپی اجزای اساسی در مدارهای الکترونیکی هستند. این عناصر کوچک اما مهم، جریان الکتریکی و ولتاژ را در بردهای مدار چاپی (PCB) کنترل می‌کنند.

مقاومت‌ها رایج‌ترین اجزایی هستند که روی برد مدار چاپی می‌بینیم. این بلوک‌های سازنده‌ی طراحی الکترونیکی چندین عملکرد کلیدی را انجام می‌دهند:

● کنترل جریان در مدارها

● تقسیم ولتاژ بین اجزا

● ایجاد گرما در کاربردهای خاص

● محافظت از اجزای حساس در برابر آسیب

● تنظیم شرایط عملیاتی مناسب

الکترونیک مدرن برای حفظ عملکرد پایدار و قابل اعتماد مدار به شدت به مقاومت‌ها متکی است. طراحان PCB مقاومت‌ها را به عنوان "کنترل‌کننده‌های ترافیک" جریان الکتریکی می‌بینند و تضمین می‌کنند که هر قطعه مقدار مناسب جریان و ولتاژ را برای عملکرد صحیح دریافت می‌کند.

مقاومت‌ها نقش‌های حیاتی متعددی را در بردهای مدار ایفا می‌کنند. آن‌ها با محدود کردن جریان به سطوح ایمن و ایجاد شرایط بایاس مناسب برای اجزای فعال مانند ترانزیستورها و مدارهای مجتمع، از اجزای حساس محافظت می‌کنند. طراحان مدار از آن‌ها برای ایجاد مدارهای زمان‌بندی، فیلتر کردن سیگنال‌های ناخواسته و تنظیم سطح بهره در مدارهای تقویت‌کننده استفاده می‌کنند.

کاربردهای اتصال زمین اغلب به کنترل دقیق جریان نیاز دارند. مدارهای LED برای جلوگیری از مصرف جریان بیش از حد و سوختن LEDها به مقاومت نیاز دارند. مدارهای آنالوگ از مقاومت‌ها برای ایجاد تقسیم‌کننده‌های ولتاژ استفاده می‌کنند که سطوح ولتاژ خاصی را برای اجزای مختلف فراهم می‌کنند.

مقاومت‌ها برای مدیریت توان حیاتی هستند. آن‌ها انرژی اضافی را به صورت گرما هدر می‌دهند و سایر اجزا را از آسیب ناشی از ولتاژ یا جریان بیش از حد محافظت می‌کنند. مدارهای دیجیتال برای اطمینان از سطوح منطقی مناسب و جلوگیری از ورودی‌های شناور که می‌توانند باعث رفتار غیرقابل پیش‌بینی شوند، به مقاومت‌های بالاکش یا پایین‌کش نیاز دارند.

متخصصان طراحی و تعمیر الکترونیک باید نحوه عملکرد مقاومت‌ها در بردهای مدار را درک کنند. بخش‌های بعدی به طور عمیق انواع مختلف مقاومت‌ها و کاربردهای خاص آنها را بررسی خواهند کرد.

انواع مقاومت‌های مورد استفاده در PCB

امروزه مقاومت‌های مختلفی در بردهای مدار چاپی استفاده می‌شوند که هر کدام هدف خاص خود را دارند. بیایید به رایج‌ترین آنها و آنچه آنها را خاص می‌کند نگاهی بیندازیم.

مقاومت‌های ترکیب کربنی قدیمی‌ترین مقاومت‌هایی هستند که می‌توانیم پیدا کنیم. آن‌ها پودر کربن را با سرامیک ترکیب می‌کنند و می‌توانند پالس‌های پرانرژی را در دماهای تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد تحمل کنند. آن‌ها با ولتاژهایی تا ۱۵ کیلوولت کار می‌کنند.

مقاومت‌های لایه کربنی محدوده مقاومتی از ۱ اهم تا ۲۲ مگا اهم با تلرانس بین ±۵٪ تا ±۰.۵٪ را ارائه می‌دهند. آن‌ها برای کاربردهای عمومی عالی هستند.

مقاومت‌های لایه فلزی گامی بزرگ در جهت دقت هستند. این قطعات محدوده مقاومت از ۱ اهم تا ۱ مگا اهم را با تلرانس‌های چشمگیر ±۱٪ تا ±۰.۰۱٪ ارائه می‌دهند. ضریب دمایی آنها از ±۱۵ تا ±۲۵ ppm/°C متغیر است.

مقاومت‌های لایه اکسید فلزی از چندین جهت از انواع دیگر بهتر عمل می‌کنند:

● ظرفیت‌های توان نامی

● کنترل ولتاژ

● عملکرد در دمای بالا تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد

طبق تجربه ما، مقاومت‌های سیمی از نظر دقت و تحمل توان عالی هستند. آن‌ها مقادیر مقاومتی از 0.1 اهم تا 10 کیلو اهم را با تلرانس‌هایی از ±5% تا ±0.02% ارائه می‌دهند.

مقاومت‌های ترکیبی سرامیکی در مدیریت پالس‌های پرانرژی عالی هستند. آن‌ها اغلب در منابع تغذیه ولتاژ بالا و مدارهای اسنابر RC یافت می‌شوند.

مقاومت‌های فیوزپذیر به دو روش کار می‌کنند - آنها مانند مقاومت‌های معمولی عمل می‌کنند تا زمانی که جریان از حد تعیین‌شده بالاتر رود، و سپس به عنوان فیوز عمل می‌کنند. بسیاری از محصولات الکترونیکی رده بالا مانند آمپلی‌فایرها و تلویزیون‌ها از آنها استفاده می‌کنند.

مقاومت‌های تریمر، که اغلب به عنوان مقاومت‌های تنظیم‌کننده شناخته می‌شوند، به ما امکان می‌دهند سطح مقاومت را به درستی تنظیم کنیم. مقاومت‌های تریمر برای کالیبراسیون مناسب هستند زیرا می‌توانند چند صد سیکل را تحمل کنند.

ترمیستورها برای سنجش دما مفید هستند.

انواع ضریب دما:

۱. ضریب دمایی منفی (NTC)

۲. ضریب دمایی مثبت (PTC)

ترمیستورهای NTC می‌توانند فوق‌العاده دقیق باشند - تا 0.1 درجه سانتیگراد یا 0.2 درجه سانتیگراد هنگام اندازه‌گیری دما بین 0 تا 70 درجه سانتیگراد.

وریستورها مدارهای حساس را از شرایط اضافه ولتاژ محافظت می‌کنند. آنها جریان‌های پالسی با پیک بالا را به خوبی تحمل می‌کنند.

در غیاب نور، مقاومت‌های نوری مقاومت کمی از خود نشان می‌دهند، در حالی که در حضور نور، مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند.e.

مقاومت‌های مغناطیسی عملکرد متفاوتی دارند؛ با افزایش قدرت میدان مغناطیسی، مقاومت آنها نیز افزایش می‌یابد و همین امر آنها را برای حسگر موقعیت مفید می‌کند.

چگونه مقاومت ها را بخوانیم؟

خواندن مقادیر مقاومت روی بردهای مدار ممکن است در ابتدا دشوار به نظر برسد. خبر خوب این است که ما دو روش قابل اعتماد برای شناسایی این مقادیر داریم. بیایید به هر دو روش نگاهی بیندازیم تا شناسایی سریع و دقیق انجام شود.

نوارهای رنگی

مقاومت‌های سوراخ‌دار از یک سیستم کدگذاری رنگی پیروی می‌کنند که می‌توانیم با این روش ساده آن را رمزگشایی کنیم:

بیشتر مقاومت‌ها با چهار یا پنج نوار عرضه می‌شوند. ما این نوارها را از چپ به راست می‌خوانیم و نوار تلرانس در آخر ظاهر می‌شود - معمولاً به رنگ طلایی یا نقره‌ای.

کدهای علامت گذاری SMD

● طرح برچسب گذاری مقاومت های SMD:

○ از کدی متشکل از موارد زیر استفاده می‌کند سه یا چهار عدد.

● کد سه رقمی:

○ دو رقم اول: نمایانگر مهمترین ارقام هستند.

○ رقم سوم: تعداد صفرهایی که باید اضافه شوند را نشان می‌دهد.

○ مثال: "۱۰۳" = ۱۰ + ۳ صفر = ۱۰۰۰۰ اهم (۱۰ هزار اهم)Ω).

● کد سه رقمی:

○ دقت بیشتری را فراهم می‌کند، به خصوص برای مقاومت‌های با تحمل محدود.

○ رقم نهایی: به عنوان یک ضریب عمل می‌کند.

● این سیستم‌های برچسب‌گذاری، شناسایی را آسان می‌کنند مقادیر مقاومت برد مدار.

چگونه مقاومت مناسب برای PCB خود را انتخاب کنیم؟

انتخاب مقاومت مناسب برای یک برد مدار چاپی به چندین پارامتر حیاتی بستگی دارد. اجازه دهید هر آنچه را که به تعیین بهترین انتخاب برای طراحی PCB ما کمک می‌کند، برای شما شرح دهم.

ارزش مقاومتی

مقدار دقیق مقاومت مورد نیاز مدار ما در اولویت قرار دارد. الزامات جریان و ولتاژ طراحی ما این مقدار را تعیین می‌کند. ما مقادیر استاندارد را از سری E (E12، E24، E96) انتخاب می‌کنیم زیرا به راحتی در دسترس هستند.

تحمل

درجه‌بندی تلرانس نشان می‌دهد که مقاومت واقعی چقدر ممکن است با مقدار اسمی متفاوت باشد. در اینجا چیزی است که ما معمولاً انتخاب می‌کنیم:

●   ±1% برای کاربردهای دقیق

●  ±۵٪ برای مدارهای عمومی

●  ±۰.۱٪ برای مدارهای اندازه‌گیری با دقت بالا

امتیاز قدرت

توان نامی به ما می‌گوید که یک مقاومت چقدر می‌تواند گرما را به طور ایمن تحمل کند. ما حداکثر توان را با استفاده از P = I²R یا V²/R محاسبه می‌کنیم، سپس مقاومتی را انتخاب می‌کنیم که حداقل دو برابر این مقدار را داشته باشد تا ایمن بماند.

ضریب دما

ضریب دما (tempco) نشان می‌دهد که چگونه مقاومت با دما تغییر می‌کند. این یک عامل حیاتی در موارد زیر است:

● کاربردهای حساس به دما

● تجهیزات فضای باز

● مدارهای پرقدرت

رتبه بندی ولتاژ

هر مقاومت حداکثر ولتاژ کاری خود را دارد. ولتاژ کاری مدار ما به علاوه حاشیه ایمنی نباید از این مقدار تجاوز کند.

اندازه

ابعاد فیزیکی نقش بزرگی در طراحی مدرن PCB ایفا می‌کنند. Wباید در مورد موارد زیر فکر کنید:

● فضای موجود برای تخته

● محدودیت‌های ارتفاع اجزا

● الزامات مدیریت حرارتی

● روش مونتاژ (SMD در مقابل سوراخکاری)

سر و صدا

ویژگی‌های نویز مقاومت در مدارهای آنالوگ حساس اهمیت دارد. مقاومت‌های لایه فلزی در مقایسه با مقاومت‌های کربنی از نظر عملکرد نویز بهتر عمل می‌کنند.

زمان پاسخ

ما باید به زمان پاسخ‌دهی در کاربردهای فرکانس بالا توجه دقیقی داشته باشیم. در اینجا عوامل کلیدی ذکر شده است:

کاربردهای مقاومت‌های PCB

مقاومت‌ها نقش‌های حیاتی زیادی در طراحی‌های الکترونیکی ایفا می‌کنند. بیایید نگاهی به کاربردهای رایج آنها و نحوه افزایش عملکرد مدار توسط آنها بیندازیم.

تقسیم‌کننده‌های ولتاژ

ما می‌توانیم از تقسیم‌کننده‌های ولتاژ برای دریافت ولتاژ پایین‌تر از یک منبع ولتاژ بالاتر استفاده کنیم. این تنظیمات به دو یا چند مقاومت سری نیاز دارند تا نسبت‌های ولتاژ خاصی ایجاد کنند:

محدودکننده جریان به طور مؤثر از اجزای حساس محافظت می‌کند. در اینجا چند کاربرد رایج آن آمده است:

● کنترل روشنایی LED

● محافظت ورودی برای میکروکنترلرها

● تنظیم جریان منبع تغذیه

● کنترل جریان موتور

● محافظت از ورودی سنسور

بالا کشیدن/پایین کشیدن

مقاومت‌های پول‌آپ و پول‌داون به ایجاد حالت‌های منطقی تعریف‌شده در مدارهای دیجیتال کمک می‌کنند. مقادیر آنها معمولاً بسته به کاربرد از ۱ کیلو اهم تا ۱۰۰ کیلو اهم متغیر است. این مقاومت‌ها از ورودی‌های شناور که می‌توانند منجر به رفتار غیرقابل پیش‌بینی در مدارهای میکروکنترلر شوند، جلوگیری می‌کنند.

شبکه‌های بایاس کننده

شبکه‌های بایاس به تعیین نقاط عملیاتی مناسب برای اجزای فعال کمک می‌کنند. این پیکربندی به ما اجازه می‌دهد تا:

● تنظیم نقاط کار DC برای ترانزیستورها

● پیکربندی طبقات بهره در تقویت‌کننده‌ها

● کنترل امپدانس ورودی

● عملکرد مدار را پایدار نگه دارید

● مصرف برق را بهینه کنید

مقاومت‌ها اغلب در طراحی‌های ما چندین عملکرد را انجام می‌دهند. یک مقاومت واحد می‌تواند هم به عنوان محدودکننده جریان و هم به عنوان عنصر بایاس در مدار درایور LED عمل کند. تقسیم‌کننده‌های ولتاژ نیز به خوبی با شبکه‌های بایاس در مدارهای آنالوگ کار می‌کنند.

مقاومت‌ها در تطبیق امپدانس بین طبقات مدار عالی عمل می‌کنند. این امر به ویژه در طراحی‌های فرکانس بالا که کیفیت سیگنال بیشترین اهمیت را دارد، اهمیت پیدا می‌کند.

انتخاب و جایگذاری هوشمندانه مقاومت‌ها، عملکرد بهینه مدار را تضمین کرده و از اجزای حساس محافظت می‌کند. طراحی الکترونیکی مدرن به شدت به این اجزای همه‌کاره متکی است.

چگونه مقاومت‌ها را روی برد مدار چاپی آزمایش کنیم؟

تست مقاومت برد مدار چاپی نیاز به توجه دقیق به جزئیات و روش‌های صحیح دارد. بیایید نگاهی به روش‌های اثبات‌شده برای بررسی عملکرد صحیح مقاومت‌هایمان بیندازیم.

بازرسی بصری

بررسی کامل بصری مقاومت در ابتدا انجام می‌شود. Wباید مراقب باشید:

● تغییر رنگ یا علائم سوختگی

● آسیب فیزیکی مانند ترک یا لب پریدگی

● زوال نوار رنگی

● تغییرات عجیب در رنگ اجزا

تست مولتی متر

ما از یک مولتی‌متر دیجیتال برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت استفاده کردیم. برای این کار به موارد زیر نیاز داریم:

۱. تمام برق برد مدار را خاموش کنید

۲. مولتی‌متر را روی حالت مقاومت (Ω) تنظیم کنید.

۳. پراب‌ها را روی پایه‌های مقاومت قرار دهید

۴. مقادیر خوانده شده را با مقادیر مورد انتظار مقایسه کنید

۵. هرگونه تفاوت عمده را مستند کنید

تغییرات قابل قبول معمولاً در محدوده ±5 تا 10 درصد از مقدار برچسب‌گذاری شده باقی می‌مانند. کاربردهای با دقت بالا ممکن است به تلرانس‌های سختگیرانه‌تری نیاز داشته باشند.

ملاحظات تست

هنگام آزمایش مقاومت‌ها در مدار، چندین عامل مهم هستند:

این اتفاق می افتد زیرا:

● مسیرهای جریان موازی بر قرائت‌ها تأثیر می‌گذارند

● سایر اجزا بر اندازه‌گیری‌ها تأثیر می‌گذارند

● طراحی مدار بر دقت آزمایش تأثیر می‌گذارد

Wدقیق‌ترین نتایج را می‌توان با موارد زیر به دست آورد:

● آزمایش مقاومت‌های بحرانی با بلند کردن یک سیم

● استفاده از تکنیک‌های محافظ برای اندازه‌گیری‌های دقیق

● تأیید قرائت‌ها در هر دو جهت

● مقایسه نتایج با مشخصات طراحی

● محیط‌های تست خودکار از موارد زیر استفاده می‌کنند:

● تجهیزات تست درون مداری

● سیستم‌های بازرسی نوری

● بازرسی با اشعه ایکس برای عیوب پنهان

تغییرات فراتر از محدوده تلرانس قطعه، نشان‌دهنده مشکلات بالقوه‌ای است که نیاز به بررسی بیشتر یا تعویض دارند.

نتیجه

مقاومت‌ها اجزای حیاتی هستند که طراحی و عملکرد الکترونیک مدرن را در بردهای مدار تعریف می‌کنند. این مقاله به همه چیز در مورد چنین اجزای حیاتی از اصول ساده گرفته تا کاربردهای پیشرفته می‌پردازد. طراحان PCB باید انواع، مقادیر و کاربردهای مقاومت‌ها را در ایجاد مدارهای قابل اعتماد درک کنند. انواع مختلفی از مقاومت‌ها برای کاربردهای خاص در دسترس هستند. آنها جریان را محدود می‌کنند، از اجزای ظریف محافظت می‌کنند و ولتاژ را به طور دقیق تقسیم می‌کنند.

انتخاب مقاومت‌های مناسب نیاز به کمی دقت در مشخصات دارد. بررسی عمیق ما در مورد کدهای رنگی، علامت‌گذاری‌های SMD و نحوه انتخاب آنها، به شما دانش لازم برای انتخاب‌های هوشمندانه را می‌دهد. این مهارت‌ها برای کسب بینش، به ویژه هنگامی که نیاز به تعمیر مدارهای موجود یا راه‌اندازی مدارهای جدید داریم، بسیار مفید هستند. روش‌های آزمایش از بازرسی بصری تا اندازه‌گیری‌های دقیق توسط مولتی‌متر و بررسی قابلیت اطمینان مدارها متغیر است. کنترل کیفیت با روش‌های آزمایش مناسب تضمین می‌شود. آنها خطرات احتمالی را قبل از اینکه عملکرد سیستم تحت تأثیر قرار گیرد، نشان می‌دهند.

با پیشرفت تکنولوژی، مقاومت‌های برد مدار به طور مداوم ارتقا می‌یابند. آن‌ها دقت، قابلیت اطمینان و عملکرد بالاتری را ارائه می‌دهند. از آنجایی که آن‌ها هسته طراحی الکترونیکی را تشکیل می‌دهند، ضروری هستند. مهندسان از آن‌ها استفاده می‌کنند. به سریع‌ترین روش ایجاد مدارهای قابل اعتماد برای نیازهای مهندسی مدرن را طراحی کنید.