مقاومت الکتریکی متغیر (Variable Resistor)

مقاومت الکتریکی متغیر قطعه‌ای الکتریکی است که با عبور جریان مخالفت می‌کند و یا سبب محدود شدن شدت جریان تولیدی و عبوری از مدار با توجه به میزان مقاومت آن دارد که این مقدار مقاومت را می‌توان به صورت دستی یا با تابعی از برخی موارد تغییر داد. در سیستم های مکانیکی دمپر یا کمک فنر مانند مقاومت می باشد، یعنی با نیرو مخالفت می کند و مقداری از شتاب حرکت را کم می کند. واحد مقاومت الکتریکی اهم (Ω) بوده و با حرف R نمایش داده می شود.

انواع مقاومت‌های الکتریکی را می توان به مقاومت الکتریکی ثابت(برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مقاومت الکتریکی ثابت به مقاله “مقاومت الکتریکی ثابت” مراجعه کنید) و مقاومت الکتریکی متغیر تقسیم کرد. در ادامه به بررسی مقاومت الکتریکی متغیر پرداخته می‌شود.

مقاومت الکتریکی متغیر

مقاومت‌های الکتریکی، مقاومت هایی هستند که مقدار آنها به صورت دستی یا با تغییر کمیت خاصی تغییر می کند که مطابق شکل 1 به دو دسته‌ی، مقاومت الکتریکی متغیر قابل تنظیم و مقاومت الکتریکی متغیر وابسته دسته‌بندی می‌شوند که در ذیل به بررسی آنها پرداخته می‌شود.

شکل 1-دسته‌بندی مقاومت الکتریکی متغیر

مقاومت‌ الکتریکی متغیر قابل تنظیم

مقاومت‌ الکتریکی متغیر قابل تنظیم به دو دسته رئوستا و پتانسیومتر دسته بندی می‌شوند که در ذیل به بررسی آنها پرداخته می‌شود.

رئوستا

شکل 2 نوعی رئوستا را نشان می دهد.

شکل2-نوعی رئوستا

رئوستا دارای دو ترمینال بوده و مطابق شکل 3 به صورت سری در مدار قرار می‌گیرد و جریان الکتریکی را کنترل می‌کند به طوری که با چرخاندن پیچ تنظیم، مقدار مقاومت رئوستا تغییر می‌کند.

شکل 3-نحوه قرارگیری رئوستا در مدار الکتریکی

در خودرو برای تنظیم نور چراغ های درون داشبورد جهت جلوگیری از خسته شدن و یا خیرگی چشم راننده از رئوستا استفاده می‌شود.

پتانسیومتر

شکل 4 پتانسیومتر را نشان می دهد. جریان برقی ورودی به پتانسیومتر از یک ترمینال وارد شده و از دو ترمینال دیگر خارج شده و به واحد کنترل یا مدار مربوطه ارسال می شود.

1-لغزنده الکتریکی 2-برق ورودی(+) 3-سیگنال 4-منفی 5-مقاومت الکتریکی

شکل4-تصویر شماتیک پتانسیومتر

با توجه به شکل 4، پتانسیومتر از یک مقاومت سیمی فلزی، یک جاروبک فلزی و دو یا سه ترمینال تشکیل شده است. شکل 5، نمای واقعی یک نوع پتانسیومتر را نشان می‌دهد.

شکل 5- یک نوع پتانسیومتر

از پتانسیومتر برای اندازه گیری حجم بنزین باک، موقعیت دریچه گاز، اندازه گیری حجم هوای ورودی به موتور و غیره استفاده می‌شود. به این صورت که جاروبک پتانسیومتر به عضو متحرک از دستگاه مورد نظر وصل بوده (مثلا محور دریچه گاز یا شناور باک) و با تغییر موقعیت عضو متحرک، جاروبک نیز تغییر کرده و با تغییر مقاومت، پارامتر مورد نظر اندازه گیری می‌شود.
به طور مثال اگر در شکل 4 جریان ورودی از ترمینال 2 وارد شود، جریان خروجی پتانسیومتر از ترمینال 2 و 3 خارج می شود. هر چقدر جاروبک به سمت چپ بیشتر دوران کند، مقاومت مسیر جاروبک زیادتر شده و بنابراین اختلاف پتانسیل بین ترمینال 2 و 3 بیشتر می‌شود. تغییر مقاومت به صورت تغییر در سیگنال ولتاژ به واحد کنترل یا مدار مربوطه ارسال شده و پارامتر مورد نظر اندازه‌گیری می‌شود. لازم به ذکر است منفی (ترمینال 4) می بایست وجود داشته باشد تا بتوان ولتاژ را به درستی اندازه‌گیری کرد.

مقاومت الکتریکی متغیر وابسته

در این بخش به بررسی مقاومت‌هایی پرداخته می شود که مقدار مقاومت آنها با تغییر پارامتری دستخوش تغییر می‌شود.

مقاومت الکتریکی متغیر وابسته به دما (TDR) یا ترمیستور(Thermaly Sensitive Resistor)

این نوع مقاومت‌ها با توجه به تغییر دما از خود واکنش نشان داده و مقاومت آنها تغییر می کند و از اینرو به آنها ترمیستور نیز گفته می شود. این نوع مقاومت به دو دسته مقاومت با ضریب دمایی منفی یا Negative Temperature Coefficient که اصطلاحا NTC نامیده می‌شود و مقاومت با ضریب دمایی مثبت یا Positive Temperature Coefficient که PTC نامیده می‌شود، دسته‌بندی می‌شوند. در ذیل به بررسی آنها پرداخته می‌شود.

مقاومت الکتریکی با ضریب دمایی منفی (NTC)

این نوع مقاومت، همانگونه که از نام آن مشخص است، ضریب دمایی منفی دارد، یعنی با افزایش دما، مقاومت آن کم می شود. از NTCها به عنوان سنسور اندازه‌گیری دما در قسمت های مختلف خودرو استفاده می‌شود. یک نوع از مقاومت الکتریکی با ضریب دمایی منفی در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6-مقاومت با ضریب دمایی منفی

مقاومت الکتریکی با ضریب دمایی مثبت (PTC)

مقاومت این نوع ترمیستور، با افزایش دما، افزایش می‌یابد. برای مشخص کردن PTCها، مقاومت آنها در دمای 25 درجه سانتی‌گراد و دمایی که در آن دما، مقاومت PTC دو برابر می شود را ذکر می‌کنند. شکل 7 یک نمونه PTC را نشان می‌دهد.

شکل 7-یک نمونه PTC

از مشخصه بارز PTC این است که با افزایش دما، مقاومت آن زیاد شده و بنابراین جریان کمتری از آن عبور می‌کند، بنابراین از PTC به عنوان المنت گرمکن مانیفولد برخی موتورهای بنزینی، شمع گرمکن بعضی موتورهای دیزلی وگرمکن شیشه و آینه‌های برخی از خودروها استفاده می‌شود.
در این صورت دمای موضع مورد نظر در حد مجاز تنظیم شده و از آسیب دیدن PTC و موضع مورد نظر جلوگیری می شود.
شکل 8 منحنی تغییرات مقاومت NTC، PTC و مقاومت فلزات معمولی را نسبت به تغییر دما نشان می دهد.

1-NTC
2- PTC
3- فلزات معمولی

شکل 8-منحنی تغییرات مقاومت مواد مختلف نسبت به دما

همانگونه که ملاحظه می شود، در فلزات معمولی با افزایش دما، مقاومت آنها به صورت خطی افزایش می‌یابد و میزان تغییر مقاومت آنها نیز کم است.
از طرفی میزان تغییرات مقاومت NTC و PTC نسبت به تغییر دما زیاد می باشد. با توجه به شکل 8 ملاحظه می شود که نمودار مقاومت NTC و PTC نسبت به یکدیگر متقارن نیستند. یعنی تغییر مقاومت NTC یکنواخت تر و قابل پیش بینی‌تر است. در حالی که مقاومت PTC نسبت به تغییر دما (به خصوص در عمل) رفتار کاملا پیش‌بینی شده و یکنواختی را نخواهد داشت. از اینرو برای اندازه گیری دما بیشتر از NTC استفاده می‌شود.
لازم به ذکر است که جنس مقاومت‌های الکتریکی متغیر وابسته به دما از نیمه هادی‌ها می‌باشد.

مقاومت الکتریکی متغیروابسته به نور (LDR) یا فتورزیستور(Photoresistor)

مقدار مقاومت الکتریکی تابع نور یا LDR، تابع شدت نور تابیده شده به سطح آن می باشد. مقاومت LDR در فضای تاریک دارای مقاومت خیلی زیاد در حد مگا اهم می باشد، در حالی که در روشنایی دارای مقاومت کم در حد کیلو اهم یا اهم است. از آنجایی که نور عامل تغییر مقدار مقاومت LDR می باشد، به آن فتورزیستور هم گفته می شود. شکل 9 یک نوع LDR را نشان می‌دهد.

شکل 9-یک نوع LDR

شکل 10 تغییرات مقاومت فتورزیستور یا LDR را نسبت به شدت نور نشان می دهد.

شکل 10-تغییر مقاومت LDR نسبت نور

ملاحظه می شود که تغییرات مقاومت LDR نسبت به تغییر شدت نور، به صورت خطی با شیب منفی می باشد. برای آنکه نور به راحتی بر روی مقاومت LDR تاثیر گذارد، سطح ظاهری LDR را با شیشه یا پلاستیک شفاف می پوشانند. از LDR در مدارهای الکترونیکی به عنوان سنسور اندازه گیری شدت نور به خصوص در دوربین های عکاسی، کلیدهای نوری، چشم های الکترونیکی و در بعضی از سیستم های تهویه مطبوع اتوماتیک خودرو استفاده می شود.

مقاومت الکتریکی متغیر وابسته به ولتاژ (VDR)

در این نوع مقاومت با افزایش اختلاف پتانسیل دو سر آن، مقاومت آن مطابق شکل 11 کاهش می‌یابد. از اینرو به این نوع مقاومت واریستور(Varistor) هم گفته می‌شود.

شکل 11-تغییر مقاومت VDR نسبت به ولتاژ

شکل 12 یک نوع VDR را نشان می‌دهد.

شکل 12-یک نوع VDR

بنابراین از این نوع مقاومت مطابق شکل 13 می‌توان به عنوان رگلاتور کنترل ولتاژ استفاده نمود. یعنی با افزایش ولتاژ ورودی مقاومت VDR کم شده و بنابراین جریان بیشتری را عبور داده و بنابراین ولتاژ خروجی این مدار همواره ثابت می‌ماند.

شکل 13-استفاده از مقاومت VDR برای کنترل ولتاژ

از طرفی در مدارهای الکتریکی که سیم پیچ و کلید قطع و وصل وجود دارد (مانند سیم پیچ اولیه کویل جرقه و پلاتین‌ها، رله‌ها و غیره) در هنگام قطع و وصل کلید، ولتاژ خودالقایی سیم پیچ، باعث سوختن کلید و یا آسیب رساندن به قطعات الکترونیکی می شود. از اینرو مطابق شکل 14 با استفاده از یک مقاومت VDR موازی با سیم پیچ باعث می شود که جریان خودالقایی در حلقه VDR و سیم پیچ آنقدر دوران کند که کاملا مستهلک شده و از بین برود. بدین ترتیب از آسیب دیدن قطعات حساس جلوگیری شود.

شکل 14-استفاده از VDR برای مستهلک کردن جریان خود القایی سیم پیچ‌ها

همچنین می‌توان مدار را مطابق شکل 15 طراحی نمود که از ایجاد جرقه در کلید و سوختن کلید جلوگیری شود.

شکل 15-استفاده از VDR برای محافظت از کلید در مقابل جریان خود القایی سیم پیچ

مقاومت الکتریکی متغیر وابسته به میدان مغناطیسی (MDR)

مقدار مقاومت MDR، در اثر قرار گرفتن در میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. برای ساختن MDR از نیمه هادی با ضریب دمایی منفی استفاده شده است. بنابراین در صورت تغییر دما نیز مقاومت آنها تغییر می‌کند. از این نوع مقاومت ها در ساخت سنسور اندازه گیری سرعت خطی و دورانی نیز استفاده می‌شود که در بخش‌هایی از سیستم‌های خودرو مورد استفاده قرار گرفته است. نوعی از این مقاومت در شکل 16 نشان داده شده است.

شکل 16-نوعی مقاومت MDR

نویسنده: مهندس صیاد نصیری