الصنّاع العرب

المقاومات (Resistors)

تعتبر المقاومات أكثر المكونات شيوعاً في عالم الإلكترونيات، فهي قطعة هامة للغاية لا تخلو منها غالباً أي دائرة كهربية، وهي جزء أساسي في معادلتنا المفضلة، قانون أوم (Ohm’s Law).

في هذا الدرس سوف نتعرف على:

• ما هي المقاومة؟
• وحدات المقاومة
• رموز المقاومات في الدوائر الكهربية
• توصيل المقاومات على التوالي (series) وعلى التوازي (parallel)
• الأنواع المختلفة من المقاومات
• تفسير الألوان الموجودة على المقاومات
• تفسير رموز المقاومات السطحية (surface mount resistors)
• أمثلة على تطبيقات المقاومات

 هام للقراءة…

بعض المفاهيم في هذا الدرس مبنية على معرفة مسبقة بالإلكترونيات؛ لذا قبل الخوض في هذا الدرس من المهم قراءة التالي أولاً (أو على الأقل تصفح):
ما هي الكهرباء؟
الجهد، التيار، المقاومة، وقانون أوم
ما هي الدائرة الكهربية؟
توصيل الدوائر الكهربية على التوالي وعلى التوازي
• كيفية استخدام جهاز القياس المتعدد (Multimeter) وخاصة الجزء الخاص بقياس المقاومات (قريباً)
• البادئات المترية (Metric prefixes) (قريباً)

أساسيات المقاومات

المقاومات هي عبارة عن مكونات إلكترونية لها مقاومة كهربية (electric resistance) محددة ثابتة لا تتغير. تقوم المقاومات بتقييد مرور الإلكترونات (التيار) خلال الدوائر الكهربية (circuits).
فهي مكونات غير فعالة (passive)، بمعنى أنها تستهلك طاقة فقط (ولا يمكنها توليدها).
غالباً يتم إضافة المقاومات للدوائر الكهربية بجانب المكونات الفعالة (active) مثل المضخم العملياتي (op-amps)، أو المتحكم الدقيق (microcontroller) وغيرها من الدوائر المتكاملة الأخرى (integrated circuits). أكثر استخدامات المقاومات شيوعاً هي تقييد التيار وتقسيم الجهد.

وحدات المقاومات (resistors units)

تقاس المقاومة الكهربية للمقاومات بالأوم (ohm)، ويرمز للأوم بالرمز اليوناني أوميجا (omega Ω). يُعرف الأوم بأنه المقاومة الكهربية بين نقطتين إذا تم تطبيق فرق جهد يساوي 1 فولت بينهما ينتج عنه مرور تيار كهربية شدته 1 أمبير.
مثل باقي وحدات نظام القياس العالمي (SI units) يتم الرمز للقيم الأكبر والأصغر من المقاومة باستخدام البادئات، مثل كيلو أو ميجا أو جيجا للدلالة على القيم الكبيرة أو ميلي وميكرو للدلالة على القيم الصغيرة.
من الشائع أن ترى مقاومات قيمتها بالكيلو أوم (KΩ) أو بالميجا أوم (MΩ)، بينما يقل وجود المقاومات في مدى ميلي أوم (mΩ). على سبيل المثال المقاوم ذو 4700 أوم يمكن كتابته 4.7 كيلو أوم، والمقاوم ذو 5600000Ω يمكن كتابته 5600 كيلو أوم أو 5.6 ميجا أوم.

الرموز التخطيطية

جميع المقاومات لها طرفين (terminals)، يتصل كل منهما بأحد نهايتي المقاوم. عندما يتم تمثيل المقاومات في الرسوم التخطيطية يتم الرمز لها بأحد الشكلين التاليين:

رمزان شائعان لتمثيل المقاومات. على اليسار (R1) طبقاً للنظام الأمريكي، وعلى اليمين (R2) طبقاً للنظام العالمي.

طرفا المقاوم هما الخطان الممتدان من نهايتي الخط المتعرج (أو المستطيل)، وهما ما يتم من خلاله توصيل المقاوم بباقي أجزاء الدائرة الكهربية.
غالباً ما يرافق رموز المقاومات في الدوائر الكهربية قيمة المقاوم واسمه. فقيمة المقاوم مُعبراً عنها بالأوم تعتبر أمراً هاماً للغاية لتقييم وبناء الدائرة الكهربية.
غالباً يسمى المقاوم بالرمز (R) متبوعاً برقم دلالي، وكل مقاوم في الدائرة لا بد أن يكون له اسم ورقم فريدان. على سبيل المثال في هذا الرسم التخطيطي نرى بعض المقاومات في دائرة مؤقت 555 (أحد الدوائر المتكاملة):

في هذا الدائرة الكهربية تلعب المقاومات دوراً هاماً في تحديد التردد الخاص بمخرجات المؤقت، وهناك مقاوم أخر (R3) وظيفته تحديد التيار المار خلال الوصلة الثنائية الباعثة للضوء (LED).

أنواع المقاوِمات

للمقاومات أشكال وأحجام عديدة ومتنوعة؛ فمن الممكن أن تكون سطحية (surface mount)، أو يتم تثبيتها عبر ثقوب (through hole). من الممكن أن تكون مقاومات قياسية، مقاومات ثابتة، مجموعة من المقاومات، أو مقاوم متغير خاص.

التوصيل والتثبيت

تأتي المقاومات في نوعين (من ناحية التثبيت)، فهي إما سطحية أو مثبتة عبر ثقوب. هذه الأنواع غالباً ما يتم اختصارها لتصبح PTH (plated through-hole) أو SMD (Surface-mount device).
تتميز المقاومات المثبتة عبر الثقوب بأن لها سلكان مرنان يمكن تثبيتهما في لوح التجارب (breadboard)، أو يتم لحامهما يدوياً في الألواح الأولية (prototyping board)، أو ألواح الدوائر المطبوعة (printed circuit board PCB). هذه المقاومات عادة ما تكون أكثر نفعاً مع ألواح التجارب وعمل النماذج الأولية، أو في أي حالة أخرى لا تريد فيها تثبيت مقاومات بالغة الصغر (بطول 0.6 ملليمتر) من نوع المقاومات السطحية. غالباً ما تحتاج تلك المقاومات لتشذيب سلكيها ثم يتم تثبيتها وتشغل مساحة كبيرة بالمقارنة بنظائرها من المقاومات السطحية.
أكثر أنواع المقاومات المثبتة عبر الثقوب شيوعاً تأتي في حزم محورية (axial package)، يتناسب حجم تلك الحزم مع معدل القدرة الخاص بها. فمثلاً المقاوم ذو معدل قدرة 1/2 وات يبلغ طوله حوالي 9.2 مليمتر، بينما المقاوم ذو معدل قدرة 1/4 وات يبلغ طوله حوالي 6.3 مليمتر.

في الأعلى: مقاوم ذو معدل قدرة 1/2 وات، في الأسفل: مقاوم ذو معدل قدرة 1/4 وات

تأتي المقاومات السطحية على شكل مستطيلات سوداء محاطة من كلا طرفيها بحواف موصلة فضية أصغر وأكثر لمعاناً. هذه المقاومات يتم تثبيتها على سطح لوحات الدوائر المطبوعة عن طريق لحامها في أماكن مخصصة. وبسبب ضآلة حجم تلك المقاومات يتم وضعها في مكانها بواسطة ذراع آلية (robot) ثم يتم وضعها في فرن حيث يذوب اللحام ويتم تثبيتها في مكانها.

مقاوم 0603 قيمته 330 أوم موضوع بجوار أنف جورج واشنطن على سطح عملة ربع دولار.

تأتي المقاومات السطحية بأحجام قياسية؛ عادة تكون إما من النوع 0805 (طول .8 مليمتر وعرض .5 مليمتر) أو0603 أو 0402. وهي مناسبة للغاية للإنتاج الضخم لألواح الدوائر الكهربية أو في التصميمات التي تكون المساحة فيها عاملاً هاماً أو في حالة عدم وجود مساحة كافية، وهي تتطلب يد دقيقة وثابتة ليتم تثبيتها يدوياً.

تكوين المقاوِمات

يمكن صناعة المقاومات من العديد من المواد، وأكثر المقاومات الحديثة شيوعاً يتم تصنيعها إما من الكاربون (carbon) أو المعدن أو من طبقة من أكسيد معدني (metal-oxide film). في هذه المقاومات يتم لف طبقة رقيقة من مادة موصلة (ولكن مقاومتها عالية) بشكل حلزوني حول مادة عازلة ويتم تغطيتها بنفس المادة كذلك. معظم المقاومات العيارية المثبتة عبر الثقوب تتكون من طبقة من الكاربون أو من طبقة من المعدن.

 

نظرة بداخل عدد من المقاومات المتكونة من طبقة من الكربون. قيمة المقاومة من أعلى لأسفل هي 27 أوم، 330 أوم و3.3 ميجا أوم. بداخل كل مقاوم يتم لف طبقة من الكربون حول مادة عازلة، وكلما زاد عدد اللفات زادت قيمة المقاومة.

توجد أنواع أخرى من المقاومات المثبتة عبر الحفر يتم صناعتها من سلك ملفوف أو من رقاقات معدنية رفيعة للغاية. هذه المقاومات تكون غالباً أغلى في السعر وهي مُكونات راقية ومتطورة يتم استخدامها خصيصاً لموصفاتها الفريدة مثل معدل القدرة المرتفع، ومدى درجة الحرارة التي تتحملها.
يتم تصنيع المقاومات السطحية إما من طبقات سميكة أو رفيعة، الطبقات السميكة عادة ما تكون أرخص ولكنها أقل دقة من المقاومات الرفيعة. وفي كلا النوعين يتم وضع طبقة صغيرة من سبيكة معدنية من مادة مقاوِمة بين قاعدة خزفية وغلاف زجاجي، ثم يتم توصيلها بأطراف موصلة.

أنواع خاصة من المقاومات

توجد أنواع مختلفة من المقاومات المصممة لأغراض خاصة ومعينة، فمن الممكن أن تأتي المقاومات في حزم متصلة مسبقاً (خمس مقاومات معاً مثلاً) ويطلق عليها “مصفوفات المقاومات (resistor arrays)”. المقاومات المستخدمة في هذه المواصفات إما يكون لها طرف مشترك للتوصيل أو يتم استخدامها كمقسمات جهد (voltage dividers).

مصفوفة مكونة من خمس مقاومات بقيمة 330 أوم، جميعها متصلة معاً من طرفها

يمكن أيضاً أن لا تكون المقاومات ثابتة (static resistance)، بل من الممكن أن تكون متغيرة وهي ما يطلق عليها ريوستات (rheostat) وهي المقاومات التي يمكن ضبط قيمتها في مدى معين من القيم، وهناك أيضاً مقياس الجهد الانزلاقي (بوتنشوميتر potentiometer ) الذي يشبه الريوستات. يقوم البوتنشوميتر بالتوصيل بين مقاومتين على التوالي، ثم يتم ضبط أداة في المنتصف بين المقاومتين وبذلك يتكون مقسم جهد قابل للضبط. هذه المقاومات المتغيرة عادة ما تستخدم لضبط المدخلات (inputs) مثلا زر ضبط الصوت والتي يتم ضبطها حسب الحاجة.

مجموعة من البوتنشوميتر بأشكال ووظائف واستخدامات متعددة

تفسير رموز وعلامات المقاومات

بالرغم من أن قيمتها لا يتم كتابتها بشكل صريح، إلا أن معظم المقاومات يتم تمييزها لمعرفة قيمة المقاومة الكهربية لها بمجرد النظر إليها. المقاومات المثبتة عبر الثقوب (PTH) يتم تمييزها باستخدام نظام ترميز لوني (color-coding system)، أما المقاومات السطحية (SMD) فلها نظام ترميز خاص بها.

تفسير حلقات الألوان (color bands)

عادة ما يتم استخدام حلقات الألوان مع المقاومات المثبتة عبر الثقوب لمعرفة قيمتها، معظم هذه المقاومات يكون لديها أربع حلقات من الألوان حولها.

أول حلقتين تدل على قيمة أول خانتين من قيمة للمقاومة، والحلقة الثالثة تعطي لنا قيمة المضروب العشري للمقاومة (أي يتم ضرب قيمة أول خانتين بعشرة مرفوعة لقوة بقيمة الحلقة الثالثة).
أما الحلقة الأخيرة فهي تدل على سماحية المقاومة (tolerance)، وهي مقدار الزيادة أو النقص لقيمة المقاومة الفعلية (actual value) مقارنة بقيمتها المفترضة (nominal value). فليس هناك مقاومة مصنوعة بشكل مثالي، وعمليات التصنيع المختلفة ينتج عنها زيادة أو نقص في قيمة المقاومة. فمثلاً، مقاومة بقيمة 1 كيلو أوم ولها سماحية بقيمة 5% تكون قيمتها الفعلية تتراوح بين 0.95 كيلو أوم و1.05 كيلو أوم.
كيف يتم التمييز بين الحلقات (أيها الأولى وأيها الأخيرة)؟ يتم وضع الحلقة الأخيرة الخاصة بالسماحية بعيداً عن باقي الحلقات بشكل مميز، وكذلك عادة ما يكون لونها فضي أو ذهبي.

الجدول التالي يوضح القيمة التي يشير إليها كل لون بالنسبة لحلقات القيمة والمضروب العشري والسماحية:

السماحية قيمة المضروب العشري المضروب العشري القيمة اللون
1 100 0 أسود
10 101 1 بني
100 102 2 أحمر
1,000 103 3 برتقالي
10000 104 4 أصفر
100,000 105 5 أخضر
1,000,000 106 6 أزرق
10,000,000 107 7 بنفسجي
100,000,000 108 8 رمادي
1,000,000,000 109 9 أبيض
±5% ذهبي
±10% فضي

 

المثال التالي لمقاوم بقيمة 4.7 كيلو أوم وله أربع حلقات ملونة:

عند تفسير حلقات ألوان المقاوم يجب الاستعانة بجدول مثل الجدول السابق، الحلقتان الأولى والثانية تشير إلى قيمة أول خانتين من المقاومة ويتم تحديدها من عمود القيم في الجدول، وفي هذا المقاوم (قيمته 4.7 كيلو أوم) نجد اللونين الأصفر (4) والبنفسجي (7)، وبذلك تصبح القيمة (47)، ننتقل بعدها للحلقة الثالثة والتي تدل على المضروب العشري وهي حمراء (2) وهذا يعني أن القيمة التي يدل عليها أول حلقتان مضروبة بعشرة مرفوعة لقوة 2 (102) أو 100، بضرب 47*100 ينتج 4700 وهي قيمة المقاومة.
إذا أردت حفظ الشفرة اللونية للمقاومات فهناك بعض العبارات المفيدة التي يمكن استخدامها بحيث يدل أول حرف كل كلمة على لون وهي عبارات سهلة الاستذكار. مثلاً في الانجليزية توجد العبارة الآتية:

Big brown rabbits often yield great big vocal groans when gingerly snapped.”

تفسير رموز المقاومات السطحية

المقاومات السطحية (مثل الحزم التي سبق ذكرها: 0603 أو 0805) لها نظام خاص لعرض قيمتها. هناك بعض الطرق الشائعة لتدوين قيمة المقاومات عليها والتي ستقابلك على سطح تلك المقاومات، عادة ما يكون هناك ثلاثة أو أربعة رموز (حروف أو أرقام) مطبوعة على سطح المقاوم.
إذا كانت كل الرموز التي تراها أرقام، فعندها يكون النظام المستخدم هو النظام (E24). هذه النظام يشبه إلى حد ما نظام حلقات الألوان المستخدم في المقاومات المثبتة عبر الثقوب. أول رقمين من جهة اليسار يشيران إلى أول خانتين من قيمة المقاومة بينما يشير الرقم الأخير إلى قيمة المضروب العشري.

في الصورة السابقة نجد القيم المكتوبة على المقاومات كالتالي: 104، 105، 205، 751، و754. 104 تشير إلى مقاوم بقيمة 100 كيلو أوم (10×104)، 105 تشير إلى 1 ميجا أوم (10×105)، 205 تمثل 2 ميجا أوم (20×106)، 751 تمثل 750 أوم (75×101)، و754 تشير إلى 750 كيلو أوم (75×104).
هناك نظام آخر للترميز يطلق عليه (E96)، وهو الأكثر تعقيداً بين تلك الأنظمة. في هذا النظام يتم استخدام ثلاثة رموز – رقمين في البداية من اليسار يتبعهما حرف. يدل الرقمان على أول ثلاث خانات من قيمة المقاومة، فلكل رقمين قيمة مناظرة للمقاومة مكونة من ثلاثة أرقام، ولكن ليس هناك نظام متسلسل للقيم بل يجب استخدام الجدول التالي لمعرفة القيمة المناظرة:

القيمة الرمز القيمة الرمز القيمة الرمز القيمة الرمز القيمة الرمز القيمة الرمز
681 81 464 65 316 49 215 33 147 17 100 01
698 82 475 66 324 50 221 34 150 18 102 02
715 83 487 67 332 51 226 35 154 19 105 03
732 84 499 68 340 52 232 36 158 20 107 04
750 85 511 69 348 53 237 37 162 21 110 05
768 86 523 70 357 54 243 38 165 22 113 06
787 87 536 71 365 55 249 39 169 23 115 07
806 88 549 72 374 56 255 40 174 24 118 08
825 89 562 73 383 57 261 41 178 25 121 09
845 90 576 74 392 58 267 42 182 26 124 10
866 91 590 75 402 59 274 43 187 27 127 11
887 92 604 76 412 60 280 44 191 28 130 12
909 93 619 77 422 61 287 45 196 29 133 13
931 94 634 78 432 62 294 46 200 30 137 14
953 95 649 79 442 63 301 47 205 31 140 15
976 96 665 80 453 64 309 48 210 32 143 16

 

بينما الرقم يمثل المضروب العشري ويمكن معرفة قيمته بالاستعانة بالجدول التالي:

المضروب الحرف المضروب الحرف المضروب الحرف
1000 D 1 A 0.001 Z
10000 E 10 B or H 0.01 Y or R
100000 F 100 C 0.1 X or S

إذن لنأخذ بعض الأمثلة: المقاوم 01C يمثل 10 كيلو أوم (100*100)، 01B يمثل 1 كيلو أوم (10*100)، 01D يمثل 100 كيلو أوم. الرموز السابقة سهلة للغاية، ولكن هناك رموزاً أصعب: 85A يمثل 750 أوم (1*750)، بينما (30C) يمثل 20 كيلو أوم.

معدل القدرة (power rating)

يعتبر معدل القدرة الخاص بالمقاوم من القيم الغير ظاهرة بشكل واضح، ولكن عند اختيار نوع المقاوم يصبح معدل القدرة من أهم العوامل التي تؤثر في ذلك الاختيار.
تعرف القدرة (power) بأنها المعدل الذي تتحول به الطاقة إلى صورة أخرى، ويتم حسابها من خلال ضرب فرق الجهد (voltage difference) بين نقطتين بشدة التيار (current) المار بينهما، ووحدة قياس القدرة هو الوات (watt) (W). على سبيل المثال تقوم المصابيح الضوئية بتحويل الكهرباء إلى ضوء. لكن المقاومات يمكنها فقط تحويل الطاقة الكهربية المارة خلالها إلى حرارة، ولا تعتبر الحرارة شيئاً جيداً عند التعامل مع الإلكترونيات؛ فعند زيادة الحرارة للغاية ينتج الدخان والشرارات والحرائق!
لكل مقاوم معدل قدرة أقصى (maximum power rating) محدد، وللحفاظ على المقاوم من الحرارة الزائدة لابد من جعل معدل القدرة خلال الموصل أقل من أقصى قيمة له. ويقاس معدل القدرة للمقاومات بوحدة الوات، وعادة ما تكون قيمته بين 1/8 وات (0.125 وات) و 1 وات. أما المقاومات التي لها معدل قدرة أكبر من 1w فتسمى غالباً مقاومات القدرة (power resistors)، وعادة ما يتم استخدامها لقدرتها على تشتيت القدرة.

تعيين معدل القدرة لمقاوم

يمكن تعيين معدل القدرة لمقاوم عادة من خلال ملاحظة حجمه، فالمقاومات العيارية المثبتة عبر الثقوب تأتي غالباً بمعدل قدرة 0.25W أو 0.5W. أما مقاومات القدرة فيمكن أن نجد معدل القدرة الخاص بها مدوناً عليها.

مقاومات القدرة هذه يمكن أن تتحمل قدرة عالية قبل أن تتلف. من الأعلى للأسفل أمثلة لمقاومات ذات معدل قدرة 25W، 5W، و3W على الترتيب، وقيمة المقاومة الكهربية لها 2Ω، 3Ω، و22KΩ. أما مقاومات القدرة الأصغر فهي تستخدم لاستشعار التيار.

أما معدل القدرة للمقاومات السطحية فيمكن أيضاً تقديره بدلالة حجمها. المقاومات من الحجم 0402 و0603 يكون معدل القدرة الخاص بها W1/16 غالباً، بينما المقاومات من الحجم 0805 تكون 1/10W

قياس القدرة خلال مقاوم

يتم حساب القدرة غالباً عن طريق ضرب فرق الجهد وشدة التيار (P=IV)، ولكن بتطبيق قانون أوم يمكن استخدام قيمة المقاومة في حساب القدرة، فعن طريق معرفة شدة التيار (I) المار خلال المقاوم يمكن حساب القدرة من العلاقة:

أما عند معرفة فرق الجهد بين طرفي المقاوم فيمكن أيضاً حساب القدرة من العلاقة:

 

توصيل المقاومات على التوالي (series) وعلى التوازي (parallel)

دائما يتم توصيل المقاومات معاً في الإلكترونيات، ويتم توصيلها إما على التوالي أو على التوازي. عندما يتم توصيل المقاومات معاً (سواء على التوالي أو التوازي) تنتج مقاومة كلية (total resistance)، ويمكن حسابها باستخدام أحد طريقتين. من المفيد معرفة كيفية حساب قيمة المقاومة الكلية للحصول على قيمة معينة للمقاومة الكهربية من عدة مقاومات.

توصيل المقاومات على التوالي (series resistors)

عند التوصيل على التوالي يتم حساب قيمة المقاومة الكلية عن طريق جمع قيم المقاومات ببساطة.

 

عدد من المقاومات موصلة على التوالي، قيمة المقاومة الكلية لهم تساوي مجموعهم

على سبيل المثال للحصول على مقاوم بقيمة 12.33KΩ يتم استخدام مقاومان بقيمة 12KΩ و330Ω وتوصيلهما معاً على التوالي.

توصيل المقاومات على التوازي (parallel resistors)

حساب المقاومة الكلية لمقاومات موصلة على التوازي ليس بنفس سهولة حسابها عند توصيلها على التوالي. المقاومة الكلية لمجموعة من المقاومات (عددها ن) موصلة معاً على التوازي تساوي مقلوب حاصل جمع مقلوبات جميع المقاومات، وهذا ما تمثله المعادلة التالية:

مقاومات عددها (N) موصلة معاً على التوازي، لحساب قيمة المقاومة الكلية قم بحساب معكوس كل مقاومة وجمعها معاً ثم قم بحساب معكوس الناتج.

(معكوس المقاومة يسمى التوصيلية (conductance)، لذلك من الممكن القول إن التوصيلية الكهربية لمجموعة من المقاومات موصلة معاً على التوازي يساوي حاصل جمع التوصيلية الكهربية لكل منهم).
توجد حالة خاصة لهذه المعادلة عن توصيل مقاومين معاً على التوازي، فيمكن حساب قيمة المقاومة الكلية لهما من خلال المعادلة المبسطة التالية:

هناك حالة خاصة أكثر تبسيطاً، عند توصيل مقاومين لهما نفس القيمة معاً على التوازي تكون قيمة المقاومة الكلية المكافئة نصف قيمة أي منهما. على سبيل المثال: عند توصيل مقاومين بقيمة 10KΩ لكل منهما معاً على التوازي تكون قيمة المقاومة الكلية المكافئة 5KΩ.
هناك طريقة مبسطة للدلالة على أن المقاومين موصلان معاً على التوازي باستخدام رمز التوازي: ||. على سبيل المثال إذا كان المقاوم R1 موصلاً على التوازي مع المقاوم R2 يمكن تمثيل ذلك عن طريق كتابة R1||R2.

شبكات المقاومات (resistor networks)

كمدخل لحساب المقاومة الكلية، عادة ما يحب مدرسو الإلكترونيات طرح بعض شبكات المقاومات المعقدة والمتشابكة لحساب المقاومة الكلية لها.
أحد أسئلة إيجاد المقاومة الكلية المكافئة الكلية المألوفة هو: “ما هي قيمة المقاومة بين الطرفين A وB في الدائرة التالية؟”

لحل هذا المثال يجب البدئ من نهاية الدائرة وتبسيطها بالتدريج حتى الوصول إلى الطرفين. في هذه الحالة نجد أن المقاومات R7، R8، وR9 موصلة معاً على التوالي ويتم جمع قيمها معاً. هذه المقاومات الثلاثة موصلة على التوازي مع المقاوم R6، لذلك يمكن تحويل المقاومات الأربعة إلى مقاوم واحد بقيمة R6||(R7+R8+R9) مما يجعل الدائرة بالشكل التالي:

الآن يمكن تبسيط الدائرة بشكل أكبر، فالمقاوم الناتج من الأربعة مقاومات السابقة موصل على التوالي مع المقاومين R4، وR5 وبالتالي يمكن جمعهم، والمقاومة الناتجة بعد ذلك موصلة على التوالي مع المقاوم R3.

وبالتالي ينتج فقط ثلاثة مقاومات بين الطرفين A وB، قم بجمعهم معاً. في النهاية نجد أن المقاومة الكلية للدائرة بأكملها هي: R1+R2+R3||(R4+R5+R6||(R7+R8+R9)).

أمثلة تطبيقية

تجد المقاومات دوماً في جميع الدوائر الإلكترونية، وفي هذا الجزء نطرح بعض الأمثلة لدوائر تعتمد بشكل كبير على المقاومات.

تحديد التيار المار خلال وصلة ثنائية باعثة للضوء (LED)

تلعب المقاومات دورا مهماً في ضمان عدم تلف الوصلات الثنائية الباعثة للضوء عند توصيلها بمصدر للطاقة، فعن طريق توصيل مقاومة على التوالي مع الوصلة يتم التحديد التيار المار خلال كل منهما إلى قيمة آمنة.

عند اختيار مقاوم لتحديد التيار يجب معرفة قيمتين مميزين للوصلة الباعثة للضوء وهما: الجهد الأمامي المثالي (typical forward voltage)، وأقصى تيار أمامي (maximum forward current). الجهد الأمامي المثالي هو الجهد المطلوب لجعل الوصلة الثنائية تضيء وهو يتراوح بين 1.7 فولت و3.4 فولت اعتماداً على لون الوصلة الثنائية الباعثة للضوء. أما أقصى تيار أمامي فيتراوح غالباً في حدود 20 ملي أمبير لمعظم الوصلات؛ والتيار المستمر المار خلال الوصلة الباعثة للضوء يجب أن يكون دائماً مساوياً أو أقل من قيمة التيار تلك.
عند معرفة تلك القيمتين يمكنك تعيين حجم المقاوم المطلوب لتحديد التيار المار من خلال تلك المعادلة:

VS هو فرق الجهد الخاص بالمصدر، وعادة ما يكون بطارية أو مصدر للطاقة.
VF وIF هما الجهد الأمامي والتيار المطلوب اللذان يسريان خلال الوصلة الثنائية.
على سبيل المثال، بفرض أن لديك بطارية ذات جهد 9V لإضاءة وصلة ثنائية باعثة للضوء. إذا كانت حمراء فمن المحتمل أن يكون جهدها الأمامي في نطاق 1.8V. وإذا أردت تحديد التيار المار خلالها ب 10mA فعندها يجب استخدام مقاوم قيمته 720Ω.

مجزئات الجهد (voltage divider)

مجزئ الجهد هو عبارة عن دائرة إلكترونية ذات مقاومات تقوم بتحويل قيم الجهد الكبيرة إلى قيم أقل. فعن طريق استخدام مقاومين فقط على التوالي يمكن جعل جهد الخرج (output voltage) جزء (كسر) من جهد الدخل.
الصورة التالية توضح دائرة إلكترونية لمجزئ جهد:

المقاومان R1 و R2 موصلان على التوالي مع مصدر الجهد (Vin)، الجهد بين Vout والأرضي يمكن حسابه كالتالي:

على سبيل المثال لو كانت قيمة R1 هي 1.7KΩ وقيمة R2 هي 3.3KΩ، وقيمة جهد الدخل 5V، ينتج عن ذلك جهد خرج بقيمة 3.3V.
تعتبر مقسمات الجهد مفيدة للغاية في قراءة الحساسات المعتمدة على المقاومة (resistive sensors) مثل الخلايا الضوئية (photocells)، والحساسات المنحنية (flex sensors)، والمقاومات الحساسة للقوة (force-sensitive resistors). يشكل الحساس نصف مجزئ الجهد بينما النصف الآخر هو المقاومة العيارية. ويتم توصيل جهد الخرج بين المكونين بمحول تناظري رقمي (analog-to-digital converter) على متحكم دقيق (microcontroller) لقراءة قيمة الحساس.

 

مقاوم (R1) وخلية ضوئية يشكلان مجزئ جهد لإنتاج جهد خرج متغير.

مقاومات الرفع (pull-up resistors)

يتم استخدام مقاومات الرفع عند الحاجة لتحديد أحد منافذ الدخل لمتحكم دقيق لقيمة معروفة. يتم توصيل أحد طرفي المقاوم بمنفذ المتحكم الدقيق بينما يتم توصيل الطرف الآخر بجهد عالي (غالباً 3 فولت أو 5 فولت).
بدون استخدام مقاوم الرفع تبقى مدخلات المتحكم الدقيق عائمة، وليس هناك تأكد من قيمة المنفذ العائم إذا كان عالي أو منخفض (high or low).
تستخدم مقاومات الرفع عادة مع دخل مفتاح أو زر. ويمكن لمقاوم الرفع تحديد حالة منفذ الدخل عندما يكون المفتاح مفتوح، وهذا يحمي الدائرة من القصر عندما يكون المفتاح مغلق.

في الدائرة السابقة عندما يكون المفتاح مفتوح يكون منفذ دخل المتحكم الدقيق متصلاً عبر المقاوم إلى جهد 5V. وعندما يُغلق المفتاح يكون منفذ الدخل متصلاً مباشرة مع الأرضي (GND).
قيمة مقاوم الرفع لا تحتاج غالباً لأن تكون محددة، ولكن يجب أن تكون كبيرة بشكل كافي لكيلا تُفقد كمية كبيرة من القدرة إذا تم تطبيق 5V خلالها، وغالباً ما تكون القيمة مقاربة ل 10KΩ لكي تعمل بشكل جيد.

المصادر والمضي قدماً

الآن أصبحت خبيراً ناشئاً بالمقاومات، ما رأيك في استكشاف المزيد من المفاهيم الإلكترونية الأساسية! بالتأكيد المقاومات ليست هي المكون الأساسي الوحيد الذي نستخدمه في الإلكترونيات، هناك أيضاً (ملاحظة: معظم هذه الدروس غير موجودة الآن وسيتم نشرها تباعاً على الموقع بإذن الله):
المكثفات (capacitors)
الوصلات الثنائية (Diodes)
• الترانزستور (Transistors)
• الدوائر المتكاملة (Integrated circuits)
أو ربما تود القراءة أكثر عن تطبيقات المقاومات:
مجزئات الجهد
• مقاومات الرفع

تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع sparkfun تحت تصريح كرييتف كومّونز 3 (Creative Commons 3.0)

عبدالله خيري

أضف تعليق

اترك رد

تابعنا