مقاومت (R) اساسی‌ترین و رایج‌ترین عنصر الکتریکی مورد استفاده در بین تمامی ادوات الکترونیک می‌باشد که دارای دو پایه بوده و طبق قانون اهم در اثر عبور جریان الکتریکی بین پایه‌هایش اختلاف ولتاژ ایجاد می‌شود. مقاومت‌های الکتریکی در انواع مختلف ادوات نصب سطحی تا مقاومت‌های سیم‌پیچی بزرگ پرتوان را شامل می‌شوند.

اساس کار عنصر مقاومت در مدار الکتریکی یا الکترونیکی "مقاومت کردن" می‌باشد (از این رو مقاومت نامیده شده است)، و مقدار جریان الکترون های عبوری را بر اساس ماده هادی که مقاومت از آن ساخته شده، محدود می‌کند. با بهم‌بندی مقاومت‌ها بصورت سری یا موازی می توان شبکه مقاومتی ایجاد نمود که در افت دهنده و تقسیم کننده ولتاژ یا محدود کننده جریان در مدار استفاده می‌شود.

مقاومت‌ها جز عناصر غیرفعال هستند، به این معنی که هیچ منبع توان یا تقویت کنندگی در آنها وجود ندارد و تنها تضعیف کننده سیگنال ولتاژ یا جریان عبوری می‌باشند. در نتیجه تضعیف سیگنال، مقداری انرژی در اثر مقاومت جریان الکترونی بصورت حرارت تلف می‌شود.

اکثر انواع مقاومت‌ها عناصر خطی هستند که با عبور جریان الکتریکی از آنها افت پتانسیل ایجاد می‌کنند. رابطه اختلاف پتانسیل و جریان دو سر مقاومت از قانون اهم تبعیت می‌کند. شدت جریان عبوری از مقاومت با ولتاژ دو سر آن رابطه مستقیم دارد:

در این رابطه R مقاومت عنصر در واحد اهم، V اختلاف پتانسیل دو سر عنصر در واحد ولت، و I شدت جریان الکتریکی عبوری در واحد آمپر می‌باشد. با تغییر مقدار مقاومت، مقادیر ولتاژ یا جریان تغییر می‌کنند. این یک خاصیت خیلی مهم در مدارات الکترونیکی است که با کنترل جریان عبوری یا ولتاژ با استفاده از مقاومت می توان مبدل ولتاژ به جریان یا جریان به ولتاژ ایجاد کرد.

انواع خیلی متنوعی از مقاومت‌ها در اشکال و خصوصیات مختلف برای کاربردهای خاص از قبیل پایداری بالا، ولتاژ و جریان بالا یا کاربردهای عمومی که خصوصیات الکتریکی کمتر مهم هستند استفاده می‌شوند.

برخی از خصوصیات کلی مقاومت‌ها عبارتند از: ضریب دمایی، ضریب ولتاژ، نویز، پاسخ فرکانسی، توان به همراه درجه‌بندی دمایی مقاومت، سایز فیزیکی و قابلیت اطمینان آن.

مقاومت‌های ثابت تنها یک مقدار مقاومت دارند، برای مثال 100 اهم ولی مقاومت‌های متغیر (پتانسیومترها) مقادیر پیوسته بین صفر و مقدار بیشینه آنها را پوشش می‌دهند. نماد شماتیکی مقاومت ثابت در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی بصورت خطوط زیگ زاگ یا مستطیل می‌باشد.

مقاومت‌ها را می توان به چهار گروه کلی تقسیم نمود:

مقاومت‌های ترکیب کربنی – از پودر کربن یا گرافیت ساخته شده و برای کاربردهای کم وات استفاده می‌شود.

مقاومت‌های لایه‌ای یا سرمیتی- از خمیر هادی اکسید فلزی ساخته شده و برای کاربردهای خیلی کم وات استفاده می‌شود.

مقاومت‌های سیم‌پیچی – از بدنه‌های فلزی برای نصب هیت سینک ساخته شده و برای کاربردهای خیلی پر وات استفاده می‌شود.

مقاومت‌های نیمه هادی – تکنولوژی لایه نازک نصب سطحی فرکانس بالا و دقت زیاد

 

مقاومت‌های نوع ترکیبی

مقاومت کربنی معمول ترین نوع مقاومت‌های ترکیبی هستند. این نوع مقاومت ارزان و همه منظوره در مدارات الکتریکی و الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند. عنصر مقاومتی از ترکیب پودر ریز کربن یا گرافیت و پودر سرامیک نارسانا ساخته می‌شود.

نسبت پودر کربن به سرامیک (رسانا به عایق) مقدار کلی مقاومت ترکیب را تعیین می‌کند و نسبت بالاتر کربن متناسب با مقدار کمتر مقاومت است. ترکیب بشکل استوانه با وصل کردن سیم های فلزی اتصال الکتریکی در دو طرف آن قالب بندی می‌شود و در نهایت با لایه بیرونی عایق پوشش داده می‌شود و با کد رنگی برای نشان دادن مقدار مقاومت علامت گذاری می‌شود.

کاربرد مقاومت‌های ترکیبی کربن در محدوده توان کم تا متوسط می‌باشد که اندوکتانس پایین آنها را مناسب برای کاربردهای فرکانس بالا می‌کند ولی در دماهای بالا از نویز و پایداری رنج می‌برند. مقاومت‌های ترکیبی کربن معمولا با پیشوند “CR” نشان داده می‌شوند (برای مثال CR10Kꭥ) و در ترکیب های E6 (خطای مجاز %20±)، E12 (خطای مجاز %10±) و E24 (خطای مجاز %5±) با مقادیر اسمی توان از 0.125 یا 1/4 وات تا 5 وات تولید می‌شوند.

تولید این نوع مقاومت ترکیبی خیلی ارزان تمام می‌شود و معمولا در مدارهای الکتریکی از این نوع مقاومت استفاده می‌شود ولی بخاطر فرایند تولید مقاومت کربنی دارای خطای تلرانس خیلی بالا است. از این جهت در کاربردهایی که نیاز به اندازه دقیق تر و مقدار مقاومت بالا باشد از مقاومت‌های نوع لایه‌ای استفاده می‌شود.

 

 

مقاومت‌های نوع لایه‌ای

عبارت کلی "مقاومت لایه‌ای" شامل مقاومت‌های نوع لایه فلزی، لایه کربنی و لایه اکسید فلزی می‌باشد که معمولا با نشاندن فلزات خالص، مانند نیکل، یا یک لایه اکسید، مانند اکسید قلع، روی یک بستر میله‌ای عایق سرامیکی ساخته می‌شوند. مقدار مقاومت با افزایش ضخامت لایه نشانده شده کنترل می‌شود که از این جهت آنها را مقاومت‌های لایه ضخیم یا لایه نازک می‌نامند.

بعد از نشاندن لایه، با استفاده از لیزر الگوهای شیاری دقیق مارپیچ حک می‌شود. این عمل لایه برداری باعث افزایش هدایت یا مقاومت مسیر می‌شود، درست مثل اینکه یک سیم طویل راست را سیم پیچ کنیم.

این روش به ما اجازه تولید مقاومت‌های با خطای کمتر از 1% در مقایسه با مقاومت‌های ترکیبی ساده تر کربنی می‌دهد. خطای تلرانس مقاومت اختلاف بین مقدار مورد انتظار (یعنی 100 اهم) و مقدار واقعی آن (یعنی 103.6 اهم) می‌باشد که بصورت درصد نمایش داده می‌شود، برای مثال 5%، 10%، ... و در مثال ما خطای تلرانس 3.6% می‌باشد. در مقاومت‌های نوع لایه‌ای دسترسی به مقادیر اهمی خیلی بالا در مقایسه با انواع دیگر مقاومت‌ها در مقیاس 10MΩ ممکن می‌باشد.

مقاومت‌های لایه فلزی دارای پایداری حرارتی به مراتب بهتر از مشابه نوع کربنی می‌باشند و علاوه بر داشتن نویز کمتر، بطور کلی برای کاربردهای فرکانس بالا یا فرکانس رادیویی مناسب‌تر هستند. مقاومت‌های اکسید فلزی نیز دارای ظرفیت جریان ضربانی بالاتر و دمای اسمی بیشتر نسبت به مشابه نوع لایه فلزی می‌باشند.

نوع دیگر مقاومت لایه‌ای که غالبا با عنوان مقاومت لایه ضخیم شناخته می‌شود با لایه نشانی خمیر ضخیم‌تر سرامیک و فلز (سرمت) بر روی بستر سرامیک اکسید آلومینیم ساخته می‌شود. مقاومت‌های سرمت دارای مشخصه‌های مشابه با نوع لایه فلزی هستند و معمولا برای ساخت مقاومت‌های نوع نصب سطحی کوچک، مقاومت شانه‌ای در یک بسته‌بندی برای مدار چاپی و مقاومت‌های فرکانس بالا استفاده می‌شود. پایداری حرارتی آنها خوب است، نویز کم و ولتاژ اسمی خوب دارند ولی مشخصه جریان ضربانی آنها پایین است.

مقاومت‌های لایه فلزی را با نماد پیشوند“MFR” (مثلا MFR100kꭥ) و مقاومت لایه کربنی را با نماد “CF” نشان می‌دهند. مقاومت‌های لایه فلزی در ترکیب های E24 (خطای مجاز %2± و %5±)، E96 (خطای مجاز %1±) و E192 (خطای مجاز %0.1±، %0.25± و %0.5±) با مقادیر اسمی توان 0.05 (1/20 ام) وات تا 1/2 وات موجود هستند. بطور کلی مقاومت‌های لایه‌ای عناصر با دقت بالا و توان کم می‌باشند.

 

مقاومت نوع سیم‌پیچی

نوع دیگر مقاومت که مقاومت سیم‌پیچی نامیده می‌شود از پیچاندن سیم نازک آلیاژ فلزی (نیکل کروم) روی حالت دهنده عایق سرامیکی بشکل مارپیچ ساخته می‌شود که مشابه مقاومت لایه‌ای می‌باشد.

این نوع مقاومت‌ها معمولا فقط در مقادیر اهمی خیلی کم و با دقت بالا (از 0.01 تا 100kΩ) موجود هستند که با توجه به قطر سیم و تعداد دورهای سیم پیچ آنها را انتخاب ایده آل برای مدارهای اندازه‌گیری و کاربردهایی مانند پل وتستون کرده است.

این مقاومت‌ها همچنین قادر به تحمل جریان های بیشتر از انواع دیگر مقاومت‌ها به ازای مقادیر اهمی یکسان با توان های اسمی بالای 300 وات هستند. با قالب کردن یا فشرده سازی این نوع مقاومت‌های توان بالا بر روی بدنه هیت سینک آلومینیومی با پره‌های جانبی به منظور افزایش مساحت سطحی باعث بهینه‌سازی تلفات حرارتی و خنک‌سازی بهتر می‌شود.

این نوع خاص مقاومت‌ها برای نصب روی هیت سینک یا صفحات فلزی برای پراکندگی بهتر تلفات حرارتی طراحی شده‌اند و از این جهت "مقاومت‌های نصب شاسی" نیز نامیده می‌شوند. نصب مقاومت بر روی هیت سینک باعث افزایش بیشتر قابلیت حمل جریان آنها می‌شود.

نوع دیگر مقاومت سیم پیچ، "مقاومت سیم پیچ توان" نامیده می‌شود که نوع مقاومت غیرالقائی توان و دمای زیاد می‌باشد و دارای روکش شیشه‌ای یا اپوکسی لعاب شیشه‌ای برای استفاده در بانک مقاومتی یا کنترل سرو موتور DC و کاربردهای دینامیک ترمزی می‌باشند.

سیم مقاومتی غیرالقائی دور لوله سرامیکی یا چینی با پوشش میکا برای جلوگیری از حرکت سیم های آلیاژی در اثر حرارت پیچانده شده است. مقاومت‌های سیم پیچ در مقادیر مختلف مقاومت و توان اسمی وجود دارند که یکی از کاربردهای اصلی آنها در المان حرارتی اجاق برقی است که جریان الکتریکی را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند و می تواند تا 1000 وات اتلاف انرژی داشته باشد.

سیم‌پیچی حول هسته داخل بدنه مقاومت باعث ایجاد خاصیت القایی می‌شود که در نتیجه این نوع مقاومت داراری اندوکتانس نیز می‌باشد و در مدارهای AC این خاصیت با ایجاد شیفت فاز در فرکانس‌های بالا بخصوص در مقاومت‌های زیاد رفتار مدار را تغییر می‌دهد. اثر طول مسیر مقاومت و پایه‌ها در اندوکتانس بصورت سری با مقاومت DC در امپدانس کلی مسیر Z خود را نشان می‌دهد.

امپدانس Z ناشی از مقاومت (R) و اندوکتانس (X) در واحد اهم اندازه‌گیری می‌شود و برای مدار سری AC از رابطه Z² = R² +X² محاسبه می‌شود.

در مدارات AC مقدار امپدانس با فرکانس تغییر می‌یابد (رآکتانس القایی X_L = 2πfL) و در نتیجه مقدار کلی مقاومت تغییر می‌کند. اندازه رآکتانس القایی با فرکانس افزایش می‌یابد ولی مقدار DC آن (فرکانس صفر) صفر است. پس مقاومت‌های سیم ‌پیچ نبایستی در مدارات AC یا تقویت کننده‌هایی که فرکانس آنها تغییر می‌کند استفاده شوند. بدین منظور مقاومت‌های مخصوص غیرالقایی سیم پیچ نیز موجود هستند.

نوع مقاومت سیم پیچ با نماد پیشوند “WH” یا “W” (برای مثال WH10Ω) نشان داده می‌شوند که نوع WH با بسته‌بندی آلومینیومی (خطای تلرانس %1±، %2±، %5± و %10±) و نوع W با بسته‌بندی لعاب شیشه‌ای (خطای تلرانس %1±، %2± و %5±) با توان اسمی از 1W تا 300W یا بیشتر موجود هستند.