سوالات تشریحی مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف

• مقدار اهم مقاومت: مهم‌ترین مشخصه یک مقاومت مقدار آن است که بر حسب اهم (Ω)، کیلو اهم (KΩ) یا مگا اهم (MΩ) بیان می‌شود.
• توان مجاز: ماکزیمم توانی که مقاومت به‌طور دائم می‌تواند تحمل کند را «توان قابل تحمل» یا «توان مجاز» گویند.
• تلرانس: به مقدار اختلاف اهمی که بین مقدار واقعی یک مقاومت با مقداری که توسط سازنده قید می‌شود «تلرانس یا خطا» گفته می‌شود و آن را به‌صورت ±٪ بیان می‌کنند.

مقاومت‌ها را بر حسب مقدار تلرانس به چهار دسته تقسیم می‌کنند:

• مقاومت‌های معمولی (دارای تلرانس ۵٪ تا ۲۰٪)
• مقاومت‌های نیمه‌دقیق (دارای تلرانس ۱٪ تا ۵٪)
• مقاومت‌های دقیق (دارای تلرانس ۰/۵٪ تا ۱٪)
• مقاومت‌های خیلی دقیق (دارای تلرانس کمتر از ۰/۵٪)

مقاومت آرایه‌ای شامل چند عدد مقاومت یکسان هستند که در یک بسته‌بندی کنار هم قرار گرفته‌اند. نحوه بسته‌بندی این مقاومت‌ها به دو صورت است:

• مقاومت‌ها با هم ارتباطی ندارند و سرهای آنها از یکدیگر جدا می‌باشد.
• از یک سر به یکدیگر متصل شده‌اند که به عنوان سر مشترک با حرف O روی بدنه مشخص می‌شود، بقیه سرهای مقاومت‌ها آزاد هستند.

• حالت رئوستایی: هرگاه از یک پایه ثابت و پایه متغیر استفاده شود، مقاومت متغیر در حالت رئوستایی قرار گرفته است. از این حالت برای کنترل جریان مصرف‌کننده استفاده می‌شود؛ یعنی به واسطه تغییر در مقدار مقاومت می‌توانیم جریان مدار را کم یا زیاد کنیم.
• حالت پتانسیومتری: اگر از هر سه پایه (دو پایه ثابت و پایه متغیر) یک مقاومت متغیر استفاده شود، مقاومت در حالت پتانسیومتری بسته شده است. از این حالت برای کنترل ولتاژ مصرف‌کننده استفاده می‌شود؛ یعنی با تغییر در مقدار مقاومت می‌توان ولتاژ مصرف‌کننده را کم و زیاد کرد.

• مقاومت وابسته به حرارت (ترمیستور): تابع حرارت است و تغییرات دما روی مقدار مقاومت آن اثر می‌گذارد؛ در دو نوع NTC (با افزایش دما مقاومت کاهش می‌یابد) و PTC (با افزایش دما مقاومت افزایش می‌یابد) وجود دارد.
• مقاومت وابسته به نور (فتورزیستور یا LDR): مقدار مقاومت آن وابسته به شدت نور تابیده شده است و هر قدر شدت نور بیشتر شود، مقدار مقاومت کاهش می‌یابد.
• مقاومت وابسته به ولتاژ (واریستور یا VDR): مقدار مقاومت آن به ازای ولتاژهای مختلف ثابت نیست و تغییر می‌کند؛ هر قدر ولتاژ داده شده بیشتر شود، مقدار مقاومت کاهش می‌یابد.
• مقاومت وابسته به میدان مغناطیسی (MDR): مقاومتی که به سبب اثر میدان مغناطیسی بر آن، مقدار اهمش تغییر می‌کند.

مقدار اهم مقاومت‌ها را روی بدنه مقاومت با دو روش مشخص می‌کنند:

• روش مستقیم: مقدار مقاومت‌ها را روی بدنه آنها می‌نویسند (مانند مقاومت‌های سیمی). در این روش مقدار مقاومت همراه با میزان تلرانس و توان مجاز آن روی بدنه نوشته می‌شود.
• روش غیرمستقیم: مقدار مقاومت‌ها را به‌کمک نوارهای رنگی (کد رنگی) یا رمز عددی مشخص می‌کنند (مانند مقاومت‌های کربنی، لایه‌ای، نصب سطحی). این روش برای مقاومت‌هایی به کار می‌رود که ابعاد آن کوچک است.

در این روش:

• نوارهای رنگی اول و دوم معرف ارقام اول و دوم مقدار مقاومت هستند.
• نوار سوم نشان‌دهنده ضریب مقاومت است.
• نوار چهارم بیان‌کننده تلرانس مقاومت است.

اگر نوار رنگی چهارم وجود نداشته باشد (بدون رنگ)، مقدار تلرانس درصد خط را ۲۰٪ در نظر می‌گیریم. همچنین هیچ‌گاه نوار رنگی سیاه به عنوان حلقه اول به کار نمی‌رود.

در این روش:

• سه نوار اول، دوم و سوم نشان‌دهنده ارقام اول، دوم و سوم مقدار مقاومت هستند.
• نوار چهارم معرف ضریب (تعداد صفر) است.
• حلقه پنجم تعیین‌کننده میزان تلرانس مقاومت است.

در صورتی که حلقه رنگی پنجم وجود نداشته باشد (بی‌رنگ باشد) مقدار تلرانس ۲۰٪ است. ضمناً نوار رنگی سیاه در حلقه چهارم از هیچ‌گونه ارزش رقمی برخوردار نیست.

از آنجایی که مقاومت الکتریکی دارای مقداری ثابت و درصد معینی تلرانس است، هر مقاومت اهمی محدوده مشخصی را می‌پوشاند. در ساخت مقاومت‌ها سعی شده است که مقادیر مقاومتی طوری انتخاب شوند که محدوده مقاومت‌ها روی یکدیگر هم‌پوشانی نداشته باشند. بنابراین برای تولید مقاومت‌های اهمی، اعداد پایه‌ای را تحت عناوین سری مقاومت‌های استاندارد تعریف می‌کنند. این سری‌ها را E6، E12، E24، E48، E96، E192 می‌نامند.

در این روش برای مشخص کردن کمیت‌های مربوط به مقاومت، ترکیب عدد و حرف به کار می‌رود. اگر مقدار مقاومت عدد صحیح باشد مقدار آن عدد عیناً نوشته می‌شود و در جلوی آن عدد از دو حرف استفاده می‌شود: حرف اول نشان‌دهنده واحد (R برای اهم، K برای کیلواهم، M برای مگااهم) و حرف دوم نشان‌دهنده تلرانس (J برای ±۵٪، K برای ±۱۰٪، M برای ±۲۰٪) است.

مثال: مقاومت ۱۰Rj یعنی ۱۰Ω ± ۵٪ و مقاومت ۳۳KK یعنی ۳۳KΩ ± ۱۰٪.

اگر مقدار مقاومت عدد ممیزدار باشد، حرف مربوط به واحد به عنوان ممیز (اعشار) در محل مربوط به ممیز قرار می‌گیرد؛ مثلاً ۲K۲ یعنی ۲/۲ کیلواهم.

برد برد یا برد آزمایشگاهی کوچک وسیله‌ای است که توسط آن به آسانی می‌توانید آزمایش‌های الکترونیک را بدون نیاز به لحیم‌کاری با سیم‌های رابط جداگانه اجرا کنید. چون این برد (صفحه تخته) به صورت یک صفحه ساده ساخته شده است و مشابه یک تکه نان به نظر می‌آید، نام Bread board یا تخته آزمایشگاهی شبیه قطعه نان به آن داده شده است.

سوراخ‌های حروف‌گذاری شده در جهت عمودی با هم ارتباط دارند و در جهت افقی بین آنها هیچ‌گونه ارتباطی وجود ندارد. سوراخ‌های ردیف‌های بالا و پایین در جهت افقی به هم مربوط هستند.

مولتی‌متر وسیله‌ای است که توسط آن می‌توان چندین کمیت الکتریکی را اندازه‌گیری کرد. کلمه multi به معنی چند و meter به معنی اندازه‌گیر است. در انجام آزمایش‌ها از مولتی‌متر برای اندازه‌گیری مقدار اهم مقاومت‌ها و جریان و ولتاژ مدارها استفاده می‌شود. مولتی‌مترها در دو نوع عقربه‌ای و دیجیتالی ساخته می‌شوند.

مولتی‌متر دیجیتالی دستگاهی است که کمیت‌های مورد نظر را به صورت عدد و رقم نشان می‌دهد. یکی از روش‌های کسب توانایی در کاربرد دستگاه‌های الکترونیکی مطالعه دفترچه راهنمای آن است. دفترچه راهنما معمولاً همراه با دستگاه در اختیار کاربران قرار می‌گیرد. یک تکنسین الکترونیک باید توانایی خواندن دفترچه راهنمای دستگاه‌های اندازه‌گیری در الکترونیک را داشته باشد.

خازن قطعه‌ای (المانی) است که انرژی الکتریکی را در خود به صورت میدان‌های الکترواستاتیک (بارهای الکتریکی) ذخیره می‌کند. ساختمان داخلی خازن از سه قسمت تشکیل شده است:

• صفحات هادی که به آنها جوشن نیز گفته می‌شود. این صفحات معمولاً ورقه‌هایی نازک از جنس آلومینیوم، روی یا نقره هستند.
• عایق بین صفحات هادی که به دی‌الکتریک نیز گفته می‌شود. معمولاً خازن‌ها از نظر دی‌الکتریک به کار رفته در ساختمان آنها تقسیم‌بندی می‌شوند.
• پایه‌های اتصال خازن پایه‌هایی هستند که به جوشن‌ها اتصال دارند.

نسبت بین بارهای الکتریکی ذخیره شده در خازن به اختلاف پتانسیل ایجاد شده در دو سر آن را ظرفیت خازن می‌نامند و آن را با حرف C نشان می‌دهند. رابطه ظرفیت خازن با ولتاژ و مقدار بار به صورت زیر است:

C = Q / V (که در آن C ظرفیت بر حسب فاراد، Q بار الکتریکی بر حسب کولمب و V ولتاژ دو سر خازن بر حسب ولت است). واحد اندازه‌گیری ظرفیت فاراد است.

ظرفیت خازن به عوامل فیزیکی زیر بستگی دارد:

• سطح صفحات خازن (A)
• فاصله بین صفحات خازن (d)
• ماده عایق یا دی‌الکتریک (K)

رابطه: C = K × (A / d)

بدین معنی که ظرفیت خازن با سطح صفحات خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. همچنین جنس عایق بین صفحات خازن نیز در مقدار ظرفیت آن مؤثر است.

خازن‌ها به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• خازن‌های ثابت: ظرفیت این خازن‌ها ثابت است و نمی‌توان مقدار آنها را تغییر داد. معمولاً این نوع خازن‌ها بر اساس جنس مادهٔ دی‌الکتریک نام‌گذاری می‌شوند. از انواع خازن‌های ثابت می‌توان خازن‌های کاغذی، سرامیکی، میکا و الکترولیتی را نام برد.
• خازن‌های متغیر: خازن‌هایی که ظرفیت ثابت ندارند و قابل تغییر هستند.

خازن‌های الکترولیتی به خاطر ساختمان مخصوصی که دارند، دارای ظرفیت زیادی هستند. یکی از جوشن‌های این خازن صفحهٔ نازکی از آلومینیوم است که بر روی آن قشر بسیار نازکی از اکسید آلومینیوم قرار می‌گیرد. جوشن دیگر این خازن یک صفحهٔ آلومینیوم خالص است که همراه با مایع هادی اطراف دو جوشن، تشکیل جوشن دوم را می‌دهند. این خازن‌ها را «خازن‌های قطب‌بندی شده» نیز می‌نامند زیرا هنگام کاربرد این خازن حتماً باید قطب مثبت منبع ولتاژ به قطب مثبت خازن و قطب منفی منبع ولتاژ به قطب منفی خازن وصل شود، در غیر این صورت خازن به سرعت معیوب می‌شود.

خازن‌های متغیر به خازن‌هایی گفته می‌شود که دارای ظرفیت ثابت نیستند. در این نوع خازن‌ها عایق بین دو هادی هوا است. در خازن‌های متغیر با تغییر سطح مؤثر بین صفحات (A) می‌توان مقدار ظرفیت خازن را تغییر داد. ساختن ظرفیت‌های خیلی بالا از این نوع خازن غیرممکن است. از این نوع خازن بیشتر به عنوان خازن متغیر در فرکانس‌های بالا و در گیرنده‌های رادیویی استفاده می‌شود.

ظرفیت خازن واریابل با کمک دست یا با چرخاندن محور تغییر می‌کند، ولی ظرفیت خازن تریمر با چرخاندن پیچ آن به‌وسیله پیچ‌گوشتی تغییر می‌کند.

در بسیاری از موارد، واحد ظرفیت بر روی بدنهٔ خازن نوشته نمی‌شود. در این صورت چنانچه عدد مزبور کوچک‌تر از یک باشد ظرفیت خازن بر حسب میکروفاراد و چنانچه عدد نوشته شده بر روی خازن بزرگ‌تر از یک باشد، ظرفیت بر حسب پیکو فاراد است. در عدد سه رقمی نوشته شده معمولاً دو عدد اول، نشان‌دهندهٔ «رقم اول» و «رقم دوم» است و عدد سوم «ضریب» یعنی تعداد صفر را مشخص می‌کند. عدد به دست آمدهٔ نهایی، مقدار ظرفیت را بر حسب پیکو فاراد تعیین می‌کند.

مثال: عدد ۱۰۴ یعنی ۱۰ × ۱۰۰۰۰ = ۱۰۰۰۰۰ پیکوفاراد (یا ۱۰۰ نانوفاراد).

پاره‌ای از مشخصه‌های خازن عبارت است از:

• ظرفیت خازن (Capacitance): ظرفیت خازن مقدار گنجایش بار الکتریکی در خازن را نشان می‌دهد.
• تلرانس یا درصد خطا: مقدار واقعی ظرفیت یک خازن در عمل با مقداری که توسط کارخانه سازنده قید می‌شود اختلاف دارد. این اختلاف را تلرانس یا درصد خطا می‌نامند و آن را بر حسب درصد بیان می‌کنند.
• ولتاژ مجاز یا ولتاژ کار (Working voltage-wv): ماکزیمم ولتاژی را که به دو سر خازن اعمال می‌شود تا مولکول‌های عایق درون خازن شکسته نشوند، ولتاژ کار می‌نامند.
• ضریب حرارتی خازن: به حداکثر میزان تغییر ظرفیت خازن به ازای تغییر یک درجه حرارت ضریب حرارتی می‌گویند.
• نشت خازن: همهٔ خازن‌ها دارای مقداری نشتی هستند.

همهٔ خازن‌ها دارای مقداری نشتی هستند. اگر یک خازن ایده‌آل را شارژ کنیم و از مدار جدا کنیم باید ولتاژ دو سر خازن برای همیشه حفظ شود، ولی در عمل خازن پس از مدتی ولتاژ خود را از دست می‌دهد. علت این پدیده ایده‌آل نبودن عایق بین صفحات خازن است. برای توجیه پدیده نشتی در خازن می‌توان مقاومتی را به نام مقاومت نشتی، به صورت موازی با خازن در نظر گرفت. در مورد خازن‌های کاغذی، میکا و سرامیک مقاومت نشتی خیلی زیاد بوده، در نتیجه جریان نشتی خیلی کم است.

ظرفیت خازن‌ها را می‌توان با دستگاه LC متر یا RLC متر یا مولتی‌مترهایی که دارای رنج ظرفیت‌سنج هستند اندازه‌گیری کرد.

از پیچیدن چند دور سیم در کنار هم، یا روی هم، سیم پیچ یا سلف ساخته می‌شود. یک سلف را با اسامی دیگر، مانند بوبین، پیچه، خود القا و چوک (سولونوئید) نیز نام‌گذاری می‌کنند. سلف انرژی الکتریکی را به صورت میدان مغناطیسی در اطراف خود ذخیره می‌کند. سیم‌پیچ‌ها را می‌توان به دو دسته کلی طبقه‌بندی کرد:

• سیم‌پیچ بدون هسته (با هسته هوا)
• سیم‌پیچ با هسته فلزی یا فریت

مهم‌ترین مشخصه سلف، خودالقایی آن است که آن را با عنوان ضریب خودالقایی سلف مشخص می‌کنند و با حرف L نمایش می‌دهند. مقدار L بستگی به مشخصه‌های فیزیکی سلف دارد. واحد ضریب خودالقایی (L) هانری (H) است و واحدهای کوچک‌تر آن میلی‌هانری (هانری ۱/۱۰۰۰) و میکروهانری (هانری ۱/۱۰۰۰۰۰۰) است. عوامل مؤثر بر ضریب خودالقایی بوبین عبارت‌اند از:

• سطح مقطع سیم‌پیچ
• طول مفید سیم‌پیچ
• تعداد دور سیم‌پیچ
• ضریب نفوذ مغناطیسی جنس هسته

سه عنصر آهن، نیکل و کبالت و بعضی از آلیاژهای آنها که به شدت جذب آهن ربا می‌شوند، را مواد مغناطیسی، مغناطیس‌شونده یا «فرومغناطیس» می‌نامند. موادی مانند مس، برنج، شیشه و چوب که جذب آهن ربا نمی‌شوند، مواد «غیر مغناطیسی» نام دارند. مواد مغناطیسی وقتی در کنار یک آهن ربا قرار می‌گیرند مولکول‌های آنها منظم شده و خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. میزان نفوذ خطوط نیروی مغناطیسی در مواد مغناطیس‌شونده را ضریب نفوذ مغناطیسی نامند. هر قدر این ضریب در مواد بیشتر باشد میزان قابلیت مغناطیس شدن ماده بیشتر است. چنانچه هسته‌ای از جنس مواد مغناطیسی در داخل قرفه بوبین قرار گیرد، متناسب با ضریب نفوذ مغناطیسی، مقدار ضریب خودالقای بوبین زیاد می‌شود.

برای مشخص کردن مقدار خاصیت اندوکتانسی سلف‌ها مشابه مقاومت‌ها از روش‌های نوار رنگی و رمز استفاده می‌شود.

• روش نوارهای رنگی: ارزش مقدار هر نوار رنگی مشابه جدول رنگی مقاومت‌ها می‌باشد. مقدار به دست آمده از جدول نوارهای رنگی بر حسب میکروهانری است.
• روش رمز: در این روش مقدار ضریب خودالقایی سلف‌ها را در قالب یکی از شکل‌های زیر می‌خوانند: نمایش با سه عدد (مقدار بر حسب میکروهانری)، نمایش با دو عدد و یک حرف (حرف R برای نقطه ممیز)، و نمایش با سه عدد و یک حرف (حرف نشان‌دهنده تلرانس).