مقاومت‌های کربنی (Carbon Resistance)

مقاومت ترکیب کربن (مقاومت کربنی ) نوعی مقاومت ثابت است که جریان  الکتریکی را تا حد معینی کاهش یا محدود می کند.

این مقاومت ها متداول ترین مقاومت در دهه 1960 و قبل از آن هستند. با این حال ، در حال حاضر ، روزها ، مقاومت های ترکیب کربن به دلیل هزینه بالا و پایداری کم به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد (درتولید ) . به مقاومتهای ترکیب کربن  مقاومت های کربنی گفته می شوند.

نحوه ساخت مقاومت کربنی 

ماده سازنده مقاومت کربنی ترکیبی از گرافیت ، پودر سرامیکی و رزین است. این مخلوط تحت فشار و درجه حرارت بالا به میله ها فشرده می شود. سیم های اتصال دهنده در هر دو انتهای مقاومت  فشرده می شوند. یا در روش دیگر درپوش های فلزی در هر دو انتهای میله نصب شده اند ، که اتصالات اتصال سیم را تشکیل می دهند. پس از فرآیند پخت ، بدنه ای عظیم مقاومت ایجاد می شود. اشکال این روند دشواری برای از پیش تعیین مقدار مقاومت است. بدنه مقاومت متخلخل است و بنابراین یک روکش لازم است. در گذشته برخی از مقاومتها بدون پوشش ساخته می شدند. مقدار مقاومت با تغییر طول بدنه ترکیب کربن ایجاد می شود تا مسیری مناسب برای جریان ایجاد شود. برای تغییر در اتلاف ، مقاومتهایی با قطرهای مختلف ساخته می شوند تا بتوانند سطح كافی بزرگی برای اتلاف گرما فراهم كنند. مقاومت های  کربنی موجود دربازار دارای مقادیر اتلاف بین 1.8W و 1.4W هستند ، در حالی که در مقاومتهای 1980 در جایی که تا 5W موجود است. اگرچه بسیاری از تأمین کنندگان به تولید انواع دیگر مقاومت ها روی آورده اند ، اما برخی از تامین کنندگان در مقاومت در برابر ترکیب کربن تخصص دارند.

مقاومتهای ترکیبی کربن با مقادیر مقاومتهای مختلف اعم از یک اهم ( 1 Ω ) تا 22 مگا اهم (22 M Ω) در دسترس هستند.

مقاومت مقاومت کربن به سه عامل بستگی دارد: مقدار کربن اضافه شده ، طول میله و سطح مقطع میله

مقدار کربن :

 مقدار مقاومت كربنی رابطه معكوسی با مقدار كربن اضافه شده  دارد .

ما می دانیم که کربن رسانای خوبی برای برق است. از این رو ، اگر مقدار بیشتری کربن اضافه شود ، مقدار بیشتری از جریان الکتریکی جریان عبور می کند  و فقط مقدار کمی جریان الکتریکی مسدود می شود. بنابراین ، مقاومت کربنی با کربن بیشتر مقاومت کمی دارد. اگر مقدار کربن کمتری اضافه شود ، فقط مقدار کمی از جریان الکتریکی ، جریان می یابد و مقدار بیشتری از جریان الکتریکی مسدود می شود. بنابراین ، مقاومت ترکیب کربن با کربن کمتر مقاومت بیشتری دارد.

طول میله :

مقدارمقاومت کربنی  به طور مستقیم با طول میله استوانه ای جامد متناسب است.

میله استوانه ای با طول طولانی مقاومت بالایی در برابر جریان الکتریکی ایجاد می کند زیرا الکترون های آزاد باید مسافت زیادی را طی کنند. از این رو احتمال برخورد الکترون ها با اتم ها زیاد است. بنابراین ، تعداد زیادی الکترون آزاد با اتم ها برخورد می کنند. تعداد زیادی الکترون آزاد ، که با اتم ها برخورد کردند انرژی خود را به صورت گرما از دست می دهند و تعداد کمی از الکترونهای آزاد باقی مانده و حرکت می کند. تعداد کمی از الکترون های آزاد ، که آزادانه حرکت می کنند ، جریان الکتریکی را حمل می کنند. بنابراین ، تنها مقدار کمی از جریان الکتریکی از طریق مقاومت ترکیب کربن جریان می یابد.

میله استوانه ای با طول کوتاه مقاومت کمی در برابر جریان الکتریکی ایجاد می کند زیرا الکترون های آزاد فقط باید مسافت کمی را طی کنند. از این رو ، احتمال برخورد الکترون ها با اتم ها کمتر است. بنابراین ، تنها تعداد کمی الکترون آزاد با اتم ها برخورد می کنند. تعداد کمی از الکترون های آزاد ، که با اتم ها برخورد کردند، انرژی خود را به صورت گرما از دست می دهند و تعداد زیادی الکترون آزاد باقی مانده  حرکت می کند. تعداد زیادی الکترون آزاد ، که آزادانه حرکت می کند ، جریان الکتریکی را حمل می کند. بنابراین مقدار زیادی جریان الکتریکی از طریق مقاومت ترکیب کربن جریان می یابد.

سطح مقطع میله استوانه ای جامد

مقدار مقاومت کربنی معکوس است با سطح مقطع میله .

میله استوانه ای با سطح مقطع بزرگ فضای بزرگی را برای حرکت آزادانه الکترون ها فراهم می کند. از این رو احتمال برخورد الکترون های آزاد با اتم ها کم است. بنابراین ، مقدار زیادی از جریان الکتریکی از طریق مقاومت ترکیب کربن جریان می یابد.

میله استوانه ای با سطح مقطع کوچک فقط فضای کوچکی را برای حرکت الکترون های آزاد فراهم می کند. از این رو احتمال برخورد الکترون های آزاد با اتم ها زیاد است. بنابراین ، تنها مقدار کمی از جریان الکتریکی از طریق مقاومت ترکیب کربن جریان می یابد.

اثرهای ایجاد شده توسط مقاومت ترکیب کربن

مقاومتکربنی  دو نوع اثر ایجاد می کند: اثر جانسون یا اثر حرارتی واثر جریان.

اثر جانسون

نویز جانسون نویز حرارتی است که توسط حامل های بار به دلیل عبور جریان ، حرارتی ایجاد می شود.

اثر جریان

اثر جریان نویز ناشی از تغییرات داخلی در مقاومت در هنگامعبور جریان  است.

مزایا و معایب مقاومت ترکیب کربن

مزایای مقاومت کربنی

• مهمترین مزیت مقاومت ترکیب کربن توانایی مقاومت در برابر پالسهای انرژی بالا است.
• هزینه مقاومت در برابر ترکیب کربن کم است.

معایب مقاومت  کربنی

• پایداری ضعیف: پایداری ضعیف مهم ترین نقطه ضعف مقاومت ترکیب کربن است. حتی در یک دوره کوتاه ، مقدار مقاومت کربنی  به سرعت تغییر می کند.

• تلفات زیاد ایجاد

• دقت کم

• شایع ترین مشکلی که در مقاومت ترکیب کربن رخ داده است ، جذب آب و رطوبت است. هنگامی که مقاومت کربنی در مکان رطوبتی قرار می گیرد مقاومت ممکن است افزایش یا کاهش یابد.

کاربردهای مقاومت در برابر ترکیب کربن

کاربردهای مختلف مقاومت کربنی شامل موارد زیر است:

• محدود کننده جریان

• محافظت از مدارها

• منبع تغذیه ولتاژ بالا

• مقاومتهای ترکیبی کربن در کاربردهای با فرکانس بالا هم استفاده می شوند.

تاریخچه مقاومت کربنی

مقاومت کربنی بیش از صد سال وجود دارند. در آغاز قرن بیستم ، مقاومتها بدون پوشش تولید می شدند. سیم های سرب مستقیماً بر روی بدنه مقاومت لحیم می شدند. تنها انواع مقاومت موجود تا دهه 1960 ، سیمی و کربنی بودند.

مقاومت های کربنی نیز به دسته بندی و مقدار های خواصی تقسیم می شوند :

مقاومت کربنی معمولا با توان های  ۱/۸ وات ، ۱/۴ وات و ۱/۲ وات و تلورانس 5% و حداکثر مقدار 100مگااهم در مدارات استفاده می گردند.

روش کد خوانی مقاومت های کربنی : 

 

علت استفاده از کد رنگی در مقاومت

معمولاً مقاومت‌ها بر اساس مقدار نامی یا «مقدار مطلوب» (Preferred Value)، ساخته می‌شوند. اگر ابعاد فیزیکی مقاومت به اندازه کافی بزرگ باشد، مقدار، تلرانس و درجه‌بندی توانی آن، به عدد یا حروف روی بدنه چاپ می‌شود.

اما اگر ابعاد فیزیکی مقاومت،‌ کوچک باشد (مثل مقاومت فیلمی یا مقاومت ترکیب کربنی با توان 0.25 وات)، این مشخصات به طریق دیگری غیر از چاپ مشخص می‌شود. برای غلبه بر این مشکل، در مقاومت‌های کوچک از نوارهای رنگی استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، مقدار مقاومت و تلرانس آن را با یک کد رنگی مشخص می‌کنند. اندازه فیزیکی مقاومت نیز نشان‌دهنده قابلیت تحمل توان یا درجه‌بندی توان آن است. باندهای نواری رنگی، منجر به یک سیستم تشخیص مقدار مقاومت می‌شود که «کد رنگی مقاومت» (Resistor Color Code) نام دارد.

سال‌ها پیش، یک نقشه کلی جهانی و مورد قبول عام برای کد رنگی مقاومت معرفی شد که با استفاده از آن، مقدار اهمی مقاومت بدون توجه به اندازه فیزیکی یا شرایط مقاومت در مدار، قابل محاسبه است. این نقشه، شامل یک مجموعه ستون رنگی است که در آن، هر رنگ نمایانگر یک رقم است.

محاسبه مقاومت از روی رنگ

مقدار مقاومت الکتریکی همیشه از چپ به راست خوانده می‌شود. برای محاسبه مقدار مقاومت، نوار رنگی با پهنای بیشتر باید در سمت راست قرار بگیرد. این نوار، نمایانگر تلرانس یا دقت مقاومت است. با تطبیق رنگ اول از سمت چپ و شماره آن در ستون ارقام، اولین رقم مقدار مقاومت مشخص می‌شود. به همین ترتیب،‌ با تطبیق دومین رنگ از سمت چپ با شماره آن در ستون ارقام، دومین رقم مقدار مقاومت نیز مشخص می‌شود. سپس عدد رنگ دوم در کنار عدد رنگ اول و در سمت راست آن قرار می‌گیرد. به این ترتیب، مقدار مقاومت از سمت چپ به سمت راست نوشته می‌شود. شکل زیر، جدول رنگ مقاومت را نشان می‌دهد:

 

کد نوارهای رنگی مقاومت‌ها در جدول زیر آورده شده است:

کد رنگی مقاومت، سیستمی مناسب برای محاسبه مقدار آن است. اما برای رسیدن به مقدار صحیحِ مقاومت، لازم است طریقه کارکرد آن را نیز بدانیم. نوار رنگی سمت چپ، مهمترین نوار رنگی و نزدیکترین نوار به پایه مقاومت است. این نوار، اولین عدد مقاومت را مشخص می‌کند. مقدار مقدار مقاومت از چپ به راست به صورت زیر نوشته می‌شود:

در ادامه، با بیان چند مثال به بررسی خواندن مقدار مقاومت از روی رنگ آن می‌پردازیم.

مثال ۱

نوارهای رنگی یک مقاومت، از چپ به راست، به ترتیب، آبی، خاکستری، قهوه‌ای و طلایی است. مقدار مقاومت را بیابید.

پاسخ: واضح است که این مقاومت چهار باند نواری دارد. با توجه به جدول بالا، اولین رقم مقدار مقاومت برای رنگ آبی، ۶ و دومین رقم، ۸ است. رقم سوم، ضریب و رقم آخر، تلرانس مقاومت را نشان می‌دهد. این اعداد را کنار هم می‌گذاریم و مقدار مقاومت به اهم را می‌خوانیم. در صورت نیاز، مقدار مقاومت به کیلواهم و مگااهم تبدیل می‌شود. بنابراین مقدار این مقاومت، $$68\times 10$$ اهم با تلرانس ۵ درصد است. این تلرانس توسط کارخانه تعیین می‌شود. به این معنی که مقدار مقاومت، در پنج درصد محدوده مقدار نامی آن تغییر می‌کند. به عبارت دیگر، مقدار مقاومت ممکن است تا ۳۴ اهم نسبت به ۶۸۰ اهم خطا داشته باشد.

$$680\times 5\%=34\Omega \to R=680\pm 34\Omega$$

مثال ۲

مقاومتی به رنگ‌های آبی، خاکستری، قرمز و طلایی داریم. مقدار این مقاومت را محاسبه کنید.

پاسخ: با توجه به جدول بالا مقدار مقاومت 6800 اهم معادل 6.8 کیلواهم با تلرانس 5 درصد است.

همانطور که اشاره کردیم، نوارهای رنگی چهارم و پنجم برای محاسبه تلرانس مقاومت به کار می‌روند. تلرانس یک مقاومت، مقدار خطای مقاومت از مقدار نامی یا مطلوب آن است. این خطاها در فرآیند ساختِ مقاومت روی می‌دهد. تلرانس مقاومت‌های فیلمی از یک تا ده درصد متغیر است. مقاومت‌های کربنی نیز ممکن است تلرانسی معادل ۲۰ درصد داشته باشند که عدد بزرگی است و دقتِ کمِ این نوع مقاومت‌ها را نشان می‌دهد.

مقاومت با تلرانس کمتر از ۲ درصد را مقاومتِ دقیق می‌نامیم. اغلبِ مقاومت‌هایی که پنج نوار رنگی دارند، در دسته‌بندی مقاومت‌های دقیق قرار می‌گیرند. تلرانس این مقاومت‌ها حدوداً ۱ تا ۲ درصد است. این در حالی است که اغلب مقاومت‌های چهار نواره، تلرانسی در حدود ۵٪ ، ۱۰٪ و ۲۰٪ درصد دارند. اگر یک مقاومت، نوار رنگی چهارم را نداشته باشد، تلرانس آن را به صورت قراردادی برابر ۲۰٪ در نظر می‌گیریم. مقاومت‌های با تلرانس کمتر، معمولاً قیمت بالاتری دارند.

مقدار نامی و تلرانس مقاومت

مقدار واقعی یک مقاومت، در محدوده‌ای از مقدار نامی و تلرانس آن است. تلرانس یک مقاومت، حداکثر اختلاف بین مقدار واقعی و مقدار مطلوب است و معمولا به صورت درصد بیان می‌شود. برای مثال، در یک مقاومت با اندازه $$1K\Omega \pm 20\%$$، حداکثر و حداقل مقدار مقاومت، به‌ ترتیب برابر است با:

$$1K\Omega +20\%=1200\Omega$$

و

$$1K\Omega –20\%=800\Omega$$

می‌بینیم که اختلاف بین حداکثر و حداقل مقدار مقاومت برای مقدار نامی 10۰۰ اهم، برابر ۴۰۰ اهم است.

در اغلب مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، تلرانس ۲۰ درصد مشکلی ایجاد نمی‌کند. اما هنگام کار با مدارهایی که دقت بالایی نیاز دارند، مثل فیلترها، نوسان‌سازها یا تقویت‌کننده‌ها، یک مقاومت با تلرانس ۲۰ درصد با مقاومتی با تلرانس دو درصد، قابل مقایسه نیست.

نوارهای رنگی پنجم و ششم برای دقت بالا مناسب هستند که تلرانس آنها در حدود یک درصد و دو درصد است. در حالی که تلرانس‌های ۵ درصد و ۱۰ درصد از نوار رنگی چهارم استفاده می‌کنند. مقاومت‌ها، تلرانس‌های مختلفی دارند، اما دو نوع اصلی آنها، سری‌های E12 و E24 است.

روش تست این نوع مقاومت ها : 

روش تست این نوع مقاومت ها بسیار آسان می باشد برای تست کافی است از یک عدد مولتی متر یا یک اهم متر استفاده کنید : 

برای تست مقاومت کافی است مقدار آن را با مولتی متر اندازه گیری کنید و بعد مقدار به دست آمده را با مقدار نامی که با استفاده از کدهای آن می توان یافت مقایسه کنیم اگر مقدار اندازه گیری شده با مولتی متر اختلاف زیادی با مقدار نامی داشته باشد با در نظر گرفتن مقدار درصد خطای آن مقاومت معیوب شده است در غیر این صورت مقاومت سالم می باشد .

منابع : 

www.physics-and-radio-electronics.com

blog.faradars.org

 

بازدیدها: 8521