المقاوم الكهربائي: ما هو وماذا يفعل؟ (مع أمثلة)

حقل: الكهرباء الأساسية

China

ما هو المقاوم الكهربائي؟

المقاوم (المعروف أيضًا باسم المقاوم الكهربائي) هو عنصر كهربائي سلبي ثنائي الطرف يوفر عنصر كهربائي سلبي يوفر مقاومة كهربائية لتدفق التيار. المقاومة هي قياس للممانعة لتدفق التيار في المقاوم. كلما زادت مقاومة المقاوم، زادت الحاجز ضد تدفق التيار. هناك العديد من أنواع مختلفة من المقاومات، مثل الثيرميستور.

في الدائرة الكهربائية والإلكترونية، الوظيفة الأساسية للمقاوم هي "الممانعة" لتدفق الإلكترونات، أي التيار الكهربائي. لهذا السبب يُسمى "المقاوم".

المقاومات هي عناصر كهربائية سلبية. هذا يعني أنها لا تستطيع تقديم أي طاقة للدائرة، بل تتلقى الطاقة وتبددها على شكل حرارة طالما يوجد تيار يمر خلالها.

تستخدم مقاومات مختلفة في الدائرة الكهربائية والإلكترونية لتقييد تدفق التيار أو إنتاج انخفاضات الجهد. تتوفر المقاومات بقيم مقاومة مختلفة من كسور الأوم (Ω) إلى ملايين الأوم.

وفقًا لقانون أوم، فإن الجهد (V) عبر المقاوم يتناسب بشكل مباشر مع التيار (I) المار عبره. حيث أن المقاومة R هي ثابت التناسب.

ماذا يفعل المقاوم؟

في الدوائر الكهربائية والإلكترونية، تُستخدم المقاومات لتقييد وتنظيم تدفق التيار الكهربائي، وتوزيع الجهد، وضبط مستويات الإشارة، وإعطاء التحيز للعناصر النشطة، إلخ.

على سبيل المثال، يتم ربط العديد من المقاومات على التوالي لتحديد تدفق التيار عبر الدايود الباعث للضوء (LED). سيتم مناقشة أمثلة أخرى أدناه.

حماية ضد الزيادات الفجائية في الجهد

هو دايركتور يحتوي على تركيب متسلسل لمقاومة ومكثف مرتبط بالتوازي مع الثايستور المستخدم لقمع الارتفاع السريع في الجهد عبر الثايستور. هذا يعرف باسم دائرة الحماية المستخدمة لحماية الثايستور ضد القيم العالية من $\frac{dv}{dt}$ .

تُستخدم المقاومات أيضًا لحماية أضواء LED ضد الزيادات الفجائية في الجهد. أضواء LED حساسة للتيار الكهربائي العالي، وبالتالي ستتعرض للتلف إذا لم يتم استخدام مقاومة لتحكم في تدفق التيار الكهربائي عبر LED.

تقديم جهد مناسب من خلال خلق هبوط في الجهد

كل عنصر في الدائرة الكهربائية، مثل الضوء أو المفتاح، يحتاج إلى جهد محدد. لهذا، تُستخدم المقاومات لتوفير جهد مناسب من خلال خلق هبوط في الجهد عبر العناصر.

ما هي وحدات مقاومة الكهربائية (وحدات المقاومة)؟

وحدة النظام الدولي (SI) للمقاومة الكهربائية هي الأوم ويتم تمثيلها بـ Ω. سميت الوحدة الأوم (Ω) تكريماً للعالم الألماني الكبير والرياضي جورج سيمون أوهم.

في النظام الدولي، الأوم يساوي فولت واحد لكل أمبير. وبالتالي،

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

وبالتالي، يتم قياس المقاومة الكهربائية أيضًا بوحدة الفولت لكل أمبير.

تصنع المقاومات وتُحدد في نطاق واسع من القيم. لذلك، يتم إنشاء الوحدات المشتقة للمقاومات وفقًا لقيمها مثل المللي أوم (1 مللي أوم = 10-3 أوم)، الكيلو أوم (1 كيلو أوم = 103 أوم) والميجا أوم (1 ميجا أوم = 106 أوم)، وغيرها.

رمز الدائرة الكهربائية للمقاومة

هناك رمزان رئيسيان يستخدمان لمقاومة الكهربائية في الدوائر. الرمز الأكثر شيوعًا للمقاومة هو خط متعرج وهو مستخدم على نطاق واسع في أمريكا الشمالية.

الرمز الآخر للمقاومة هو مستطيل صغير مستخدم على نطاق واسع في أوروبا وآسيا، وهذا يسمى رمز المقاومة الدولي.

يظهر رمز الدائرة للمقاومات في الصورة أدناه.

المقاومات المتسلسلة والمترابطة

صيغة المقاومات المتسلسلة

يظهر الدائرة الكهربائية أدناه عدد من المقاومات n متصلة بشكل متسلسل.

إذا تم توصيل مقاومتين أو أكثر بشكل متسلسل، فإن المقاومة المكافئة للمقاومات المتصلة بشكل متسلسل تساوي مجموع مقاوماتها الفردية.

وبشكل رياضي، يتم التعبير عن ذلك كالتالي

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

في التوصيل المتسلسل، يبقى التيار المار عبر كل مقاومة فردية ثابتًا (أي أن التيار عبر كل مقاومة هو نفسه).

مثال

كما هو موضح في الدائرة أدناه، تم توصيل ثلاثة مقاومات بقيمة 5 أوم و10 أوم و15 أوم بشكل متسلسل. احسب المقاومة المكافئة للمقاومات المتصلة بشكل متسلسل.

الحل:

البيانات المعطاة: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ و $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

وفقاً للصيغة،

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

وبالتالي، نحصل على المقاومة المكافئة للمقاومات المتصلة في التوالي وهي 30 أوم.

(ملاحظة: يشير الرسم البياني أعلاه إلى 25 أوم. هذا خطأ إملائي، الإجابة الصحيحة هي 30 أوم)

صيغة المقاومات المتصلة بالتوازي

يشير الدائرة أدناه إلى عدد من المقاومات n متصلة بالتوازي.

إذا تم توصيل مقاومتين أو أكثر بالتوازي، فإن المقاومة المكافئة للمقاومات المتصلة بالتوازيالمقاومات المتصلة بالتوازي تعادل مقلوب مجموع مقلوبات المقاومات الفردية.

يمكن التعبير عن ذلك رياضيًا كما يلي

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

في الاتصال المتوازي، تبقى الجهد المتدفق عبر كل مقاومة فردية ثابتًا (أي أن الجهد عبر كل مقاومة هو نفسه).

دوائر المقاومات (أمثلة على التطبيقات)

مقاومة التحديد الحالية للـ LED

تحديد التيار مهم جدًا في الـ LED. إذا كان التيار المتدفق عبر الـ LED كبيرًا جدًا، فسيتعرض للضرر. لذلك، يتم استخدام مقاومة تحديد التيار لتقليل أو تقييد التيار الداخل إلى الـ LED.

تُربط مقاومات تحديد التيار بالسلسلة مع الـ LED لتقليل التيار المتدفق عبر الـ LED إلى قيمة آمنة. على سبيل المثال، كما هو موضح في الصورة أدناه، يتم ربط مقاومة تحديد التيار بالسلسلة مع الـ LED.

حساب القيمة اللازمة لمقاومة تحديد التيار

عند حساب قيمة مقاومة تحديد التيار، نحتاج لمعرفة ثلاثة مواصفات أو قيم خصائص للـ LED:

جهد الأمام للـ LED (من البيانات الفنية)
التيار الأمامي الأقصى للـ LED (من البيانات الفنية)
VS = جهد التغذية

هو الجهد المطلوب لإضاءة الـ LED، وعادة ما يكون بين 1.7 فولت إلى 3.4 فولت، اعتمادًا على لون ضوء الـ LED. التيار الأمامي الأقصى هو التيار المستمر المتدفق عبر الـ LED، وعادة ما يكون حوالي 20 ميلي أمبير للأضواء الأساسية.

الآن، يمكننا حساب القيمة اللازمة لمقاومة التحديد الحالية باستخدام المعادلة التالية،

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

حيث، $V_S$ = الجهد الم alimentador

$V_F$ = الجهد الأمامي

$I_F$ = أقصى تيار أمامي

لنرى مثالاً لحساب القيمة اللازمة لمقاومة التحديد الحالية باستخدام الصيغة أعلاه.

مقاومات السحب للأسفل

مقاومات السحب للأسفل هي مقاومات تستخدم في الدوائر المنطقية الإلكترونية لضمان حالة معروفة للإشارة.

بمعنى آخر، تستخدم مقاومات السحب للأسفل لضمان أن يكون الأسلاك عند مستوى منطقي عالي عندما لا يوجد حالة إدخال. تعمل مقاومات السحب للأعلى بطريقة مماثلة لمقاومات السحب للأسفل، باستثناء أنها تسحب الأسلاك إلى مستوى منطقي منخفض.

الدوائر المتكاملة الحديثة والمتحكمات الدقيقة والبوابات المنطقية الرقمية لها العديد من مدخلات ومخارج، وهذه المداخل والمخارج تحتاج إلى تعيين صحيح. لذا، يتم استخدام مقاومات السحب لأمانة تحيز دبوس المدخل للمتحكمات الدقيقة أو دبوس المدخل للبوابات المنطقية الرقمية إلى حالة معروفة.

تستخدم مقاومات السحب بالاقتران مع المقاومات، والمقابس والأزرار وغيرها، والتي تقطع الاتصال الفيزيائي للمكونات اللاحقة بالأرض أو VCC. على سبيل المثال، يظهر دائرة مقاومة السحب في الصورة أدناه.

企业微信截图_17101346272890.png — دائرة مقاومة السحب

企业微信截图_17101346341956.png — دائرة مقاومة السحب

كما هو موضح، عندما يكون المقعد مغلقًا، تذهب الجهد المدخل (Vin) عند المتحكم الدقيق أو البوابة إلى الأرض، وعندما يكون المقعد مفتوحًا، يتم سحب الجهد المدخل (Vin) عند المتحكم الدقيق أو البوابة إلى مستوى الجهد المدخل (Vin).

لذا، يمكن أن تقوم مقاومة السحب بتحيز دبوس المدخل للمتحكم الدقيق أو البوابة عندما يكون المقعد مفتوحًا. بدون مقاومة السحب، ستكون المداخل عند المتحكم الدقيق أو البوابة عائمة، أي في حالة عالية العائق.

قيمة نموذجية لمقاومة السحب هي 4.7 كيلو أوم ولكنها قد تختلف اعتمادًا على التطبيق.

انخفاض الجهد عبر المقاومة

إن انخفاض الجهد عبر المقاومة ليس إلا قيمة الجهد عبر المقاومة. يُعرف انخفاض الجهد أيضًا باسم انخفاض الجهد I*R.

كما نعلم، فإن المقاومة هي عنصر كهربائي غير فعال يوفر مقاومة كهربائية لتدفق التيار. وبالتالي، وفقًا لقانون أوم، سيحدث انخفاض جهد عندما يمر التيار عبر المقاومة.

رياضياً، يمكن التعبير عن الهبوط الكهربائي عبر مقاوم كالتالي

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

إشارة الهبوط الكهربائي (الهبوط الكهربائي)

لتحديد إشارة الهبوط الكهربائي عبر المقاوم، من الضروري جداً معرفة اتجاه التيار.

لنفترض وجود مقاوم بمقاومة R يمر عبره تيار (I) من النقطة A إلى النقطة B كما هو موضح في الصورة أدناه.

وبالتالي، فإن النقطة A تكون ذات جهد أعلى من النقطة B. إذا سافرنا من A إلى B، يكون V = I R سالبًا، أي -I R (أي انخفاض في الجهد). وبالمثل، إذا سافرنا من النقطة B إلى النقطة A، يكون V = I R موجبًا، أي +I R (أي ارتفاع في الجهد).

وبالتالي، من الواضح أن إشارة الهبوط الكهربائي عبر المقاوم تعتمد على اتجاه التيار عبر ذلك المقاوم.

رموز الألوان للمقاومات

تُستخدم رموز ألوان المقاومات لتحديد قيمة المقاومة ونسبة التسامح لها. تستخدم هذه الرموز شريطًا ملونًا للتعريف بها.

كما هو موضح في الشكل أدناه، يوجد أربعة أشرطة ملونة مطبوعة على المقاوم. ثلاثة أشرطة مطبوعة جنبًا إلى جنب، بينما الشرطة الرابعة مطبوعة قليلاً بعيدًا عن الشرطة الثالثة.

4 band resistor color code — رمز ألوان المقاوم ذو الأربع أشرطة

الشرائط الأولى والثانية من الجهة اليسرى تشير إلى الأرقام المهمة، والشريط الثالث يشير إلى مضاعف العشري، والشريط الرابع يشير إلى التسامح.

5 band resistor code — كود لون مقاومة بخمسة شرائط

يوضح الجدول أدناه الأرقام المهمة، مضاعف العشري والتسامح لترميز مقاومات مختلفة بالألوان.

نقاط رئيسية:

يتم دائمًا وضع الشرائط الذهبية والفضية على اليمين.
يتم دائمًا قراءة قيمة المقاومة من اليسار إلى اليمين.
إذا لم يكن هناك شريط للتسامح، فابحث عن الجانب الذي به شريط بالقرب من القطب واجعله الشريط الأول.

مثال (كيفية حساب قيمة المقاومة؟)

كما هو موضح في الصورة أدناه، مقاومة مرمزة بالألوان الكربونية تحتوي على الحلقة الأولى خضراء، الثانية زرقاء، الثالثة حمراء، والرابعة ذهبية. ابحث عن مواصفات المقاومة.

الحل:

وفقًا لجدول ترميز مقاومات بالألوان،

أخضر	أزرق	أحمر	ذهبي
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

وبالتالي، فإن قيمة المقاومة هي $5600\,\,\Omega$ مع ${\pm 5}{\%}$ تحمل الخطأ.

وبالتالي، فإن قيمة المقاومة تقع بين

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

وبالتالي، فإن قيمة المقاومة تقع بين $5880\,\,\Omega$ و $5320\,\,\Omega$ .

ترميز الحرف أو الرمز (رمز RKM)

في بعض الأحيان، يمكن أن تكون المقاومات صغيرة جداً بحيث يكون ترميز الألوان صعب التطبيق. في هذه الحالات، يتم استخدام ترميز بالحروف أو الرموز لمواصفات المقاومات. ويشار إليه أيضاً باسم رمز RKM.

الحروف المستخدمة لترميز المقاومات هي R و K و M. عندما يوجد حرف بين رقمين عشريين، فإنه يعمل كنقطة عشرية. على سبيل المثال، يشير الحرف R إلى الأوم، وK إلى الكيلو أوم، وM إلى الميغا أوم. دعونا نرى أمثلة على ذلك.

المقاومة	رمز الحرف
0.3 أوم	R3
0.47 أوم	R47
1 أوم	1R0
1 كيلوأوم	1K
4.7 كيلوأوم	4K7
22.3 ميجاأوم	22M3
9.7 ميجاأوم	9M7
2 ميجاأوم	2M

مثال – رمز حرف أو رقم

يُشار إلى التسامح كـ

حرف	تسامح
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

مثال – المقاومة ذات الرمز الأبجدي:

أنواع المقاومات

هناك أنواع مختلفة من المقاومات، كل منها له خصائص فريدة واستخدامات محددة.

هناك نوعان أساسيان من المقاومات المتاحة: المقاومات الثابتة والمقاومة المتغيرة. كلا النوعين مدرج أدناه.

المقاومات الثابتة

تعتبر المقاومات الثابتة الأكثر استخدامًا بين أنواع المقاومات. يتم استخدامها على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية لضبط وإدارة الظروف المناسبة في الدائرة. أنواع المقاومات الثابتة مدرجة أدناه.

المقاومات المركبة الكربونية (المقاومات الكربونية)
المقاومات ذات الركائز الكربونية
المقاومات الفيلمية الكربونية
الثيرميستور (المقاومة الحرارية)
المقاومات ملفوفة السلك
المقاومات المنصوبة على السطح
المقاومات الفيلمية المعدنية
المقاومات الفيلمية الأكسيدية المعدنية
المقاومات الفيلمية السميك
المقاومات الفيلمية الرقيقة
المقاومات الفويلية
المقاومات المطبوعة بالكربون
مقاومات شنت الأمبير (المقاومة الحساسة للتيار)
المقاومات الشبكية

المقاومات المتغيرة

تتكون المقاومات المتغيرة من عنصر أو أكثر من العناصر الثابتة للمقاومة ومزلقة. تمنح هذه ثلاثة اتصالات للعنصر؛ اثنان متصلان بعنصر المقاومة الثابت، والثالث هو المزلقة. من خلال تحريك المزلقة إلى أطراف مختلفة، يمكننا تغيير قيمة المقاومة.

أنواع المقاومات المتغيرة مدرجة أدناه.

المقاومات القابلة للتعديل
المقاومات المتغيرة (بوتنتيامتر)
المقاومات المتغيرة (ريستات)
صندوق العقد المقاومة (صندوق الاستبدال المقاوم)
فاريسور (مقاوم غير خطي)
المقاومة المعتمدة على الضوء (LDR) أو فوتوريسستور
تريمرز

تشمل الأنواع الخاصة الأخرى من المقاومات:

المقاومة المائية (ريستات الماء، ريستات السائل)
مقاومة الكرة
مقاومة مركبة الفينوليك
مقاومات السيرميت
مقاومات التانتالوم

أحجام المقاومات (الأقيم الأكثر شيوعًا للمقاومات)

تم تنظيم أحجام المقاومات في مجموعة مختلفة من سلاسل القيم المعيارية للمقاومات. في عام 1952، قررت اللجنة الكهروتقنية الدولية تحديد القيم المعيارية للمقاومة والتسامح لزيادة توافق المكونات وتسهيل تصنيع المقاومات.

تُعرف هذه القيم المعيارية باسم سلسلة E من القيم المفضلة IEC 60063. يتم تصنيف هذه السلسلة E كـ E12، E24، E48، E96، وE192 مع 12، 24، 48، 96، و192 قيمة مختلفة ضمن كل عقد.

يُذكر أدناه القيم الأكثر شيوعًا للمقاومات. وهي قيم المقاومات المعيارية E3، E6، E12، وE24.

سلسلة مقاومات E3 القياسية:

تعتبر سلسلة مقاومات E3 هي القيم الأكثر شيوعًا المستخدمة في صناعة الإلكترونيات.

١٫٠

٢٫٢

٤٫٧

سلسلة المقاومات القياسية E6:

تعتبر سلسلة المقاومات E3 الأكثر استخدامًا أيضًا، وهي توفر نطاقًا واسعًا من قيم المقاومات الشائعة.

١٫٠	١٫٥	٢٫٢
٣٫٣	٤٫٧	٦٫٨

سلسلة المقاومات القياسية E12:

1.0	1.2	1.5
1.8	2.2	2.7
3.3	3.9	4.7
5.6	6.8	8.2

سلسلة المقاومات القياسية E24:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

تُحدد عادةً تحمل المقاومات بـ ${\pm 20}{\%}$ ، ${\pm 10}{\%}$ ، ${\pm 5}{\%}$ ، ${\pm 2}{\%}$ ، و ${\pm 1}{\%}$ .

ما هي المواد المستخدمة في صنع المقاومة؟

يعتمد نوع المواد المستخدمة في صنع المقاومة على التطبيق.

تصنع المقاومات من الكربون أو النحاس مما يجعل من الصعب مرور التيار الكهربائي عبر الدائرة.
النوع الأكثر شيوعًا للمقاومة هو المقاومة الكربونية وهي مناسبة بشكل أساسي للدوائر الإلكترونية ذات الطاقة المنخفضة.
تستخدم سبائك المانغانيين والكونستانتان في تصنيع المقاومات السلكية القياسية لأنها تتميز بمقاومة عالية وعامل مقاومة درجة حرارة منخفض.
تُستخدم أفلام ومعدن المنغنيز في تصنيع مقاومات مثل مقياس التيار الكهربائي التي تستخدم كفرعات، حيث أن منغنيز له تقريبًا معامل حرارة مقاومة يساوي الصفر.
يتم استخدام سبيكة النيكل والنحاس والمنغنيز لتصنيع المقاومات القياسية؛ المقاومات الملفوفة بالأسلاك، المقاومات الدقيقة الملفوفة بالأسلاك، وغيرها. تتكون هذه السبيكة من: نيكل = 4٪؛ نحاس = 84٪؛ منغنيز = 12٪.

ما هي الاستخدامات الشائعة للمقاومة (تطبيقات المقاومة)

تشمل بعض التطبيقات للمقاومة:

تُستخدم المقاومات في المكبرات, المذبذبات, المقاييس الرقمية المتعددة, المعدلات، المفككات، المرسلات، وغيرها.
المقاومات الضوئية تُستخدم في أنظمة إنذار السرقة، أجهزة اكتشاف اللهب، الأجهزة التصويرية، وغيرها.
تُستخدم المقاومات الملفوفة بالأسلاك كفرع مع مقياس التيار الكهربائي حيث تكون حساسية عالية، وتحكم متوازن في التيار، وقياس دقيق مطلوب.