مقاومت خطی توضیح داده شده: راهنمای مبتدی

شاید وقتی برای اولین بار شروع به یادگیری الکترونیک کردید، این سوال برای شما هم پیش آمده باشد: مقاومت چیست؟ به زبان ساده، مقاومت یک قطعه الکترونیکی است که برای جلوگیری یا محدود کردن جریان در یک مدار استفاده می‌شود. مقاومت‌ها همه جا هستند. آنها می‌توان آن‌ها را در لوازم خانگی، تلفن‌های هوشمند، ماشین‌های صنعتی، دستگاه‌های الکترونیکی خودرو و حتی تجهیزات پزشکی یافت. آن‌ها اجزای اصلی برای وظایف اساسی مانند تنظیم ولتاژ، کنترل جریان یا تنظیم سیگنال هستند. تا زمانی که یک دستگاه این عملکرد را داشته باشد، وجود دارد.

انواع مختلفی از مقاومت‌ها وجود دارد و هر نوع کاربرد خاص خود را دارد. در نمودارهای مدار، مقاومت‌های مختلف نیز با نمادهای مقاومت مربوطه خود نمایش داده می‌شوند. به طور کلی، مقاومت‌ها را می‌توان به دو دسته اصلی طبقه‌بندی کرد: مقاومت‌های خطی و مقاومت‌های غیرخطی. در زیر، این مقاله بر مقاومت‌های خطی، از جمله تعریف آنها، ویژگی‌های اصلی، انواع رایج و تفاوت‌های آنها با مقاومت‌های غیرخطی تمرکز خواهد کرد. بیایید در مورد آنها بیاموزیم.

چه شده است یک مقاومت خطی?

همانطور که قبلاً ذکر شد، مقاومت‌های خطی یکی از دو نوع اصلی مقاومت‌ها هستند. در محدوده عملکرد عادی یک مقاومت خطی، جریان و ولتاژ کاملاً از قانون اهم پیروی می‌کنند: V=I×R (که در آن R یک ثابت است). به این مقاومت، مقاومت "خطی" می‌گویند زیرا مقدار مقاومت R آن با تغییر ولتاژ و جریان ثابت می‌ماند. منحنی مشخصه آن یک خط مستقیم است که از مبدا مختصات عبور می‌کند و شیب آن 1/R است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

در کاربردهای عملی، «خطی» نشان می‌دهد که مقاومت لحظه‌ای (دینامیکی) dV/dI دستگاه با مقاومت اسمی آن در محدوده عملیاتی مورد انتظار سازگار است.

مثال‌های عددی شهودی (دو مقدار مقاومت رایج):

ویژگی‌های مقاومت‌های خطی

ویژگی‌های قابل توجه مقاومت‌های خطی، آنها را در مدارهای الکترونیکی بسیار قابل اعتماد می‌کند. در زیر چندین ویژگی کلیدی که اغلب باید در طراحی بررسی شوند، فهرست شده است:

1. از مشخصه اهم (رفتار خطی Vi) پیروی کنید

معنی: ولتاژ با جریان نسبت مستقیم دارد. منحنی مشخصه یک خط مستقیم است.

تأثیر: نسبت تقسیم ولتاژ قابل پیش‌بینی، شبکه بایاس، طراحی فیدبک تقویت‌کننده عملیاتی.

۲. مقدار مقاومت ثابت

معنی: در محدوده کاری، مقاومت به ولتاژ یا جریان بستگی ندارد.

تأثیر: نقطه کار پایدار است و اندازه‌گیری قابل تکرار است.

۳. دقت مقدار مقاومت (تلرانس، ±٪ 0.1، ±٪ 1، ±۵٪ و غیره)

معنی: انحراف مجاز بین مقدار اسمی و مقدار واقعی.

تأثیر: دقت تقسیم ولتاژ و بهره تقویت‌کننده. برای مدارهای با دقت بالا، مقاومت‌های ≤۱٪ انتخاب می‌شوند. برای مدارهای معمولی، ۵٪ کافی است.

۴. ضریب دما (TCR، ppm/°C)

معنی: میزان تغییر مقاومت با دما. مقاومت‌های لایه فلزی معمولاً ±50 ppm/°مقاومت‌های فیلم کربنی C ±۲۰۰-۵۰۰ پی‌پی‌ام/°C، و مقاومت‌های فویل می‌توانند به کوچکی ... باشند. ±5 ppm/°C.

فرمول: ΔR=R₀×TCR×ΔT

تأثیر: مدارهای دقیق به مقاومت‌های رانشی دمای پایین نیاز دارند.

۵. توان نامی (وات، وات)

معنی: حداکثر توانی که یک مقاومت می‌تواند به طور مداوم مصرف کند.

بررسی:  P=I²R=V²/R

تأثیر: اضافه بار می‌تواند باعث گرم شدن یا حتی آسیب دیدن مقاومت شود. معمولاً حاشیه دو برابر انتخاب می‌شود.

6. ولتاژ دارای امتیاز

معنی: حداکثر ولتاژ پیوسته‌ای که یک مقاومت می‌تواند تحمل کند.

تأثیر: در کاربردهای فرکانس بالا یا مقاومت بالا، ولتاژ نامی اغلب از توان نامی مهم‌تر است.

7. ضریب ولتاژ

معنی: میزان تغییر مقاومت با ولتاژ.

تأثیر: مدارهای تقسیم ولتاژ با دقت بالا باید مقاومت‌های فیلم/فویل فلزی با VCR بسیار پایین انتخاب کنند.

۸. حالت‌های خرابی و قابلیت اطمینان

معنی: توان بیش از حد، رطوبت، سولفاته شدن و غیره، همگی می‌توانند باعث خرابی مقاومت‌ها شوند.

تأثیر: در محیط‌های صنعتی، مقاومت‌هایی که در برابر سولفیداسیون مقاوم هستند، دارای لایه اکسید فلزی هستند یا به خوبی بسته‌بندی شده‌اند، باید انتخاب شوند.

انواع مقاومت‌های خطی

مقاومت‌های خطی را می‌توان تقریباً به دو دسته اصلی تقسیم کرد: مقاومت‌های ثابت و مقاومت‌های متغیر. هر دو نوع مقاومت کاملاً از قانون اهم پیروی می‌کنند، به این معنی که مقادیر مقاومت آنها تحت هر شرایطی ثابت می‌ماند. یک مقاومت ثابت دارای مقدار مقاومت دائمی است. مقاومت‌های متغیر امکان تنظیم مقدار مقاومت را به صورت دستی یا الکترونیکی فراهم می‌کنند. حال، بیایید نگاه دقیق‌تری به تقسیم‌بندی این دو نوع مقاومت بیندازیم!

مقاومت‌های خطی ثابت

مقاومت‌های خطی متغیر

مقایسه بین مقاومت‌های خطی و غیرخطی

پیش از این، مقدمه‌ای مفصل در مورد محتوای مرتبط با مقاومت خطی ارائه داده‌ایم. به زبان ساده، مقاومت‌های خطی از قانون اهم پیروی می‌کنند که بیان می‌کند ولتاژ با جریان نسبت مستقیم دارد. در ادامه، تفاوت‌های بین مقاومت‌های غیرخطی و مقاومت‌های خطی را توضیح خواهیم داد.

اول از همه، مقاومت غیرخطی چیست؟ برخلاف مقاومت‌های خطی، مقاومت‌های غیرخطی دقیقاً از قانون اهم پیروی نمی‌کنند. مقادیر مقاومت آنها با ولتاژ، جریان یا شرایط محیطی مانند دما و نور تغییر می‌کند. منحنی‌های VI آنها، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، یک خط مستقیم نیستند:

مقاومت‌های غیرخطی معمول شامل ترمیستورها، مقاومت‌های نوری (LDR)، وریستورها، دیودها و غیره هستند. عملکرد این اجزا صرفاً محدود کردن جریان نیست؛ آن‌ها همچنین پاسخ‌های دینامیکی خاصی را ارائه می‌دهند.

به طور خلاصه، تفاوت بین مقاومت‌های خطی و غیرخطی را می‌توان در جنبه‌های زیر منعکس کرد:

۱. منحنی مشخصه

مقاومت خطی: ولتاژ و جریان رابطه خطی دارند و منحنی VI یک خط مستقیم است.

مقاومت غیرخطی: رابطه بین ولتاژ و جریان غیرخطی است و منحنی VI یک منحنی یا یک خط مستقیم تکه تکه است.

۲. پایداری مقدار مقاومت

مقاومت‌های خطی: مقدار مقاومت ثابت می‌ماند و با شرایط خارجی تغییر قابل توجهی نمی‌کند.

مقاومت‌های غیرخطی: مقدار مقاومت با ولتاژ، جریان یا محیط تغییر می‌کند.

3. سناریوهای کاربردی

مقاومت‌های خطی: مناسب برای استفاده در مدارهایی که به مقادیر مقاومت پایدار نیاز دارند، مانند محدود کردن جریان، توزیع ولتاژ و تنظیم سیگنال.

مقاومت‌های غیرخطی: معمولاً در سناریوهایی مانند حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد، تشخیص دما و سنجش نور استفاده می‌شود.

۴. نماد مقاومت

هر دو با نماد مقاومت در نمودارهای مدار نمایش داده می‌شوند، اما قطعات غیرخطی مانند دیودها و ترمیستورها معمولاً نمادهای خاصی برای تمایز آنها دارند.

هنگام انتخاب انواع مختلف مقاومت‌ها در کاربردهای عملی، باید بر اساس عملکرد مقاومت مورد نیاز مدار، مشخص کنیم که از کدام مقاومت استفاده کنیم. اگر عملکرد پایدار و قابل پیش‌بینی مورد نیاز باشد، باید یک مقاومت خطی انتخاب شود. اگر لازم باشد به تغییرات دما، نور و ولتاژ پاسخ داده شود، باید از یک مقاومت غیرخطی استفاده شود. سپس، در اینجا یک جدول مقایسه خلاصه آمده است.

کاربردهای مقاومت‌های خطی

به عنوان اساسی‌ترین قطعه غیرفعال در طراحی الکترونیکی، کاربرد مقاومت‌های خطی بسیار گسترده است. در زیر، چند نمونه از کاربردهای معمول آنها را فهرست می‌کنیم:

1. تقسیم ولتاژ در مدار

رایج‌ترین عملکرد یک مقاومت خطی تقسیم ولتاژ است. چرا از مقاومت‌های خطی استفاده می‌کنیم؟ از آنجا که مقدار مقاومت آن ثابت می‌ماند، می‌توان نسبت خروجی را پیش‌بینی کرد. با اتصال یک جفت یا گروهی از مقاومت‌های خطی به صورت سری، ولتاژ ورودی را می‌توان به ولتاژهای کوچکتر و قابل کنترل‌تری تقسیم کرد.

برای مثال، در مدارهای آنالوگ، اغلب از تقسیم‌کننده‌های مقاومتی خطی برای کاهش سیگنال حسگر و سپس ارسال آن به ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) استفاده می‌شود.

2. محدود کردن جریان در کاربردهای LED

هنگام روشن کردن یک LED، جریان بیش از حد می‌تواند به راحتی به دیود آسیب برساند. در این حالت، یک مقاومت خطی متصل به صورت سری می‌تواند به عنوان محدود کننده جریان عمل کند.

برای مثال، مدار چراغ نشانگر LED همیشه به صورت سری با یک مقاومت خطی متصل می‌شود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است،

3. متعادل‌سازی بار در منابع تغذیه

در مدارهای منبع تغذیه، مقاومت‌های خطی اغلب برای متعادل کردن بار بین شاخه‌های مختلف استفاده می‌شوند.

4. آماده‌سازی سیگنال در تقویت‌کننده

در سیستم‌های صوتی و ارتباطی، مقاومت‌های خطی نقش کلیدی در شکل‌دهی سیگنال دارند.

نتیجه

مقاومت‌ها اساس الکترونیک هستند. آنها ساده به نظر می‌رسد، اما از نماد مقاومت روی نمودار مدار گرفته تا انتخاب واقعی بین یک مقاومت خطی و یک مقاومت غیرخطی، هر تصمیم طراحی در مدار، همه چیز حیاتی است.

درک واضح انواع مختلف مقاومت‌ها برای طراحی سیستم‌های پایدار و سازگار برای ما مفید است. به طور خلاصه، تسلط بر کاربرد مقاومت‌ها، چه خطی و چه غیرخطی، کلید ایجاد محصولات الکترونیکی قابل اعتماد و کارآمد است.

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.