خلاصه ۳ خطی
فهرست مطالب13 بخش
- مقاومت چیست؟
- انواع مقاومت و کاربرد هرکدام
- کد رنگی مقاومت
- چطور مقاومت مناسب انتخاب کنیم؟
- خازن چیست؟
- انواع خازن و کاربرد آنها
- چطور خازن مناسب انتخاب کنیم؟
- مثال: خازن صافی منبع تغذیه
- مقاومت و خازن با هم: مدار RC
- اتصال سری و موازی
- تست مقاومت و خازن با مولتیمتر
- SMD یا پایه‌دار؟
- سؤالات متداول
- فرق مقاومت و خازن چیست؟
- کد رنگی مقاومت را چطور بخوانیم؟
- توان مقاومت را چطور انتخاب کنیم؟
- ولتاژ خازن را چطور انتخاب کنیم؟
- چرا باید خازن را قبل از تعمیر تخلیه کرد؟
- جمع‌بندی
- مقاومت جریان را محدود و ولتاژ را تقسیم میکند و با اهم، توان (وات) و تلرانس انتخاب میشود. خازن انرژی را ذخیره و ریپل و نویز را صاف میکند و با ظرفیت، ولتاژ کاری، نوع و قطب انتخاب میشود.
- برای مقاومت، توان را با P = V² ÷ R حساب کنید و حاشیه بگذارید. برای خازن، ولتاژ نامی را بالاتر از بیشترین ولتاژ مدار بگیرید و در الکترولیتی و تانتالیوم جهت قطب را رعایت کنید.
- در منابع تغذیه، معمولاً یک خازن الکترولیتی بزرگ برای ریپل و یک خازن ۱۰۰ نانوفاراد سرامیکی یا پلی‌استر برای نویز فرکانس بالا کنار هم استفاده می‌شوند. مقاومت و خازن با هم مدار RC و ثابت زمانی τ = R × C را می‌سازند.
مقاومت و خازن پرمصرف‌ترین قطعات هر مدارند. ظاهرشان ساده است، اما بسیاری از مشکلات رایج پروژه‌ها مثل داغ شدن قطعه، نویز یا ریست شدن میکروکنترلر به انتخاب نادرست همین دو قطعه برمی‌گردد. در این راهنمای ایکانو انواع مقاومت و خازن، روش خواندن مقدار، فرمول‌های ساده‌ی انتخاب و روش تست را با مثال عددی مرور می‌کنیم.
مقاومت چیست؟
مقاومت (Resistor) قطعه‌ای است که در برابر عبور جریان مخالفت میکند. رابطه‌ی اصلی‌اش قانون اهم است: V = I × R. با مقاومت می‌توانید جریان LED را محدود کنید، از یک ولتاژ بزرگ ولتاژ کوچک‌تری بسازید (تقسیم‌کننده‌ی ولتاژ)، پایه‌ی ورودی میکروکنترلر را بالا یا پایین نگه دارید (Pull-up/Pull-down) و بایاس ترانزیستور را تنظیم کنید. واحد آن اهم (Ω) است؛ ۱ کیلواهم = ۱۰۰۰ اهم و ۱ مگااهم = ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ اهم.
انواع مقاومت و کاربرد هرکدام
| نوع | ویژگی | کاربرد | در ایکانو |
|---|---|---|---|
| کربنی پایه‌دار | ارزان، تلرانس رایج ۵٪، توان ۱/۸ تا ۳ وات | آموزش، بردبورد، مدارهای عمومی | مقاومت ۱/۴ وات، ۱ وات |
| آجری (سیمانی) | توان بالا (۵ و ۱۰ وات) و مقدار کم | منبع تغذیه، بار آزمایشی، محدود کردن جریان هجومی | مقاومت ۵ وات، ۱۰ وات |
| SMD | بدون پایه، کد عددی، سایز 0402 تا 2512 | بردهای صنعتی و تعمیر | مقاومت SMD 1206 |
| پتانسیومتر و مولتی‌ترن | مقاومت قابل تنظیم؛ مولتی‌ترن تنظیم دقیق‌تر دارد | تنظیم صدا، نور، ولتاژ خروجی و کالیبراسیون | پتانسیومتر، مولتی‌ترن، مثلاً ولوم B10K |
| حرارتی NTC | با افزایش دما مقاومتش کم میشود | اندازه‌گیری دما، محدود کردن جریان لحظه‌ی روشن شدن | مقاومت حرارتی |
کد رنگی مقاومت
روی مقاومت‌های پایه‌دار ۴ نواره، دو نوار اول دو رقم مقدار، نوار سوم ضریب (تعداد صفرها) و نوار چهارم تلرانس است. این رنگ‌ها در استاندارد IEC 60062 تعریف شده‌اند.
| رنگ | رقم | ضریب | تلرانس |
|---|---|---|---|
| مشکی | 0 | ×۱ | — |
| قهوه‌ای | 1 | ×۱۰ | ±۱٪ |
| قرمز | 2 | ×۱۰۰ | ±۲٪ |
| نارنجی | 3 | ×۱۰۰۰ | ±۰٫۰۵٪ |
| زرد | 4 | ×۱۰٬۰۰۰ | ±۰٫۰۲٪ |
| سبز | 5 | ×۱۰۰٬۰۰۰ | ±۰٫۵٪ |
| آبی | 6 | ×۱٬۰۰۰٬۰۰۰ | ±۰٫۲۵٪ |
| بنفش | 7 | ×۱۰٬۰۰۰٬۰۰۰ | ±۰٫۱٪ |
| خاکستری | 8 | ×۱۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ | ±۰٫۰۱٪ |
| سفید | 9 | ×۱٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ | — |
| طلایی | — | ×۰٫۱ | ±۵٪ |
| نقره‌ای | — | ×۰٫۰۱ | ±۱۰٪ |
مثال‌ها: نارنجی، نارنجی، قهوه‌ای، طلایی = ۳۳ × ۱۰ = ۳۳۰ اهم ±۵٪. قهوه‌ای، مشکی، نارنجی، طلایی = ۱۰ × ۱۰۰۰ = ۱۰ کیلواهم. مقاومت‌های SMD به‌جای رنگ کد عددی دارند. روش خواندنش را در راهنمای کد مقاومت SMD ببینید.
چطور مقاومت مناسب انتخاب کنیم؟
- مقدار: با قانون اهم حساب کنید و نزدیک‌ترین مقدار استاندارد را بردارید.
- توان: P = V² ÷ R یا P = I² × R. یک قاعده‌ی تجربی رایج این است که توان نامی حدود دو برابر توان محاسبه‌شده باشد تا مقاومت خنک‌تر کار کند.
- تلرانس: برای LED و Pull-up مقاومت ۵٪ کافی است. برای تقسیم ولتاژ دقیق، ۱٪ بهتر است.
مثال عددی: می‌خواهید یک LED با ولتاژ حدود ۲ ولت و جریان ۲۰ میلی‌آمپر را به ۱۲ ولت وصل کنید. R = (۱۲ − ۲) ÷ ۰٫۰۲ = ۵۰۰ اهم؛ مقدار استاندارد نزدیک ۴۷۰ اهم است. توان آن (۱۰ ولت)² ÷ ۴۷۰ ≈ ۰٫۲۱ وات میشود که به سقف ۱/۴ وات خیلی نزدیک است. بهتر است مقاومت ۱/۲ وات یا ۱ وات بگذارید یا جریان را کمتر کنید. جزئیات بیشتر در راهنمای انتخاب مقاومت مناسب آمده است.
خازن چیست؟
خازن (Capacitor) از دو صفحه‌ی رسانا و یک عایق بین آنها ساخته شده و بار الکتریکی را ذخیره میکند. واحد ظرفیت فاراد است. در عمل با میکروفاراد (µF)، نانوفاراد (nF) و پیکوفاراد (pF) کار می‌کنیم: ۱ µF = ۱۰۰۰ nF = ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ pF. هر خازن یک ولتاژ نامی هم دارد که نباید از آن بالاتر رفت. خازن در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ مقاومت میکند، پس ریپل منبع تغذیه را صاف و نویز را به زمین هدایت میکند. در مدار RC هم زمانبندی می‌سازد.
انواع خازن و کاربرد آنها
| نوع | ظرفیت رایج | قطب‌دار؟ | کاربرد | در ایکانو |
|---|---|---|---|---|
| الکترولیتی آلومینیومی | حدود ۰٫۱ تا چند هزار µF | بله | صاف کردن ریپل منبع تغذیه، ذخیره‌ی انرژی، کوپلاژ صوتی | خازن الکترولیتی |
| سرامیکی چندلایه (MLCC) | pF تا چند µF | خیر | بای‌پس کنار آی‌سی، حذف نویز فرکانس بالا، مبدل سوئیچینگ | خازن SMD 0805، 1206 |
| پلی‌استر و فیلم | nF تا چند µF | خیر | مدارهای صوتی و زمانبندی، ولتاژ بالاتر، فیلتر | خازن پلی‌استر، مثلاً پلی‌استر 100nF/100V (2A104J) |
| تانتالیوم | حدود ۱ تا چند صد µF در حجم کم | بله | تغذیه‌ی بردهای فشرده | خازن تانتال |
برای مقایسه‌ی کامل‌تر انواع و ولتاژها، راهنمای انتخاب و خرید خازن را بخوانید. کدهایی مثل 104 و 2A104J در راهنمای کد خازن توضیح داده شده است.
چطور خازن مناسب انتخاب کنیم؟
- ظرفیت: از نقشه یا فرمول بگیرید. در تعویض، همان ظرفیت قبلی را بگذارید.
- ولتاژ نامی: بالاتر از بیشترین ولتاژی که خازن می‌بیند، با حاشیه. مثلاً روی خط ۱۲ ولت، خازن ۲۵ ولتی مثل الکترولیتی 1000uF/25V، 100uF/25V یا 10uF/25V انتخاب رایجی است. خازن با ولتاژ بالاتر جایگزین مشکلی ندارد، فقط بزرگ‌تر است.
- قطب: الکترولیتی و تانتالیوم را برعکس نبندید. نوار روی بدنه‌ی الکترولیتی سمت منفی است.
- دما و عمر: برای منابع تغذیه‌ای که گرم می‌شوند، خازن با دمای نامی بالاتر (مثلاً ۱۰۵ درجه) مناسب‌تر است. عمر الکترولیتی با گرما کم میشود.
- فرکانس و ESR: در مبدل‌های سوئیچینگ، خازن کمESR یا سرامیکی لازم است. یک الکترولیتی معمولی در فرکانس بالا عملکرد خوبی ندارد.
مثال: خازن صافی منبع تغذیه
بعد از پل دیود روی برق ۵۰ هرتز، فرکانس ریپل ۱۰۰ هرتز است. یک تقریب ساده برای ریپل: ΔV ≈ I ÷ (f × C). اگر بار ۰٫۵ آمپر بکشد و خازن ۱۰۰۰ µF باشد، ΔV ≈ ۰٫۵ ÷ (۱۰۰ × ۰٫۰۰۱) = ۵ ولت که زیاد است. با خازن ۴۷۰۰ µF ریپل به حدود ۱٫۱ ولت می‌رسد و رگولاتوری مثل L7805CV می‌تواند خروجی را ثابت نگه دارد. این تقریب برای انتخاب اولیه است. عدد دقیق به ولتاژ ورودی و افت رگولاتور هم بستگی دارد. انتخاب رگولاتور را در راهنمای انتخاب رگولاتور ببینید.
مقاومت و خازن با هم: مدار RC
وقتی مقاومت و خازن را با هم ببندید، خازن با سرعت مشخصی شارژ و دشارژ میشود. این سرعت را ثابت زمانی τ = R × C تعیین میکند. بعد از یک τ، خازن حدود ۶۳٪ و بعد از حدود ۵τ تقریباً کامل شارژ میشود.
- تأخیر و زمانبندی: ۱۰ کیلواهم × ۱۰۰ µF = ۱ ثانیه.
- فیلتر پایین‌گذر: فرکانس قطع fc = 1 ÷ (2π × R × C). مثلاً مقاومت ۱۰ کیلواهم و ۱۰۰ نانوفاراد حدود ۱۵۹ هرتز می‌دهد که برای حذف نویز سیگنال آهسته‌ی سنسور مناسب است.
- حذف لرزش کلید (Debounce): یک RC کوچک روی ورودی کلید، پالس‌های ناخواسته‌ی لحظه‌ی فشردن را کم میکند.
- خازن بای‌پس: یک خازن ۱۰۰ نانوفاراد (مثلاً MLCC 100nF سایز 0805) نزدیک پایه‌ی تغذیه‌ی هر آی‌سی، توصیه‌ی رایج دیتاشیت‌هاست و نویز تغذیه را کم میکند. در منبع تغذیه هم معمولاً یک الکترولیتی بزرگ و یک ۱۰۰ نانوفاراد کنار هم گذاشته می‌شوند، چون هرکدام در محدوده‌ی فرکانسی متفاوتی بهتر کار می‌کنند.
اتصال سری و موازی
| اتصال | مقاومت | خازن |
|---|---|---|
| سری | جمع می‌شوند: R = R1 + R2 | کم میشود: 1/C = 1/C1 + 1/C2؛ ولتاژ کل بین خازن‌ها تقسیم میشود |
| موازی | کم میشود: 1/R = 1/R1 + 1/R2 | جمع می‌شوند: C = C1 + C2 |
در خازنهای سری، ولتاژ لزوماً مساوی تقسیم نمی‌شود. برای همین در ولتاژ بالا معمولاً یک مقاومت متعادل‌کننده موازی هر خازن می‌گذارند. دو مقاومت ۱/۴ وات موازی هم توان کل بیشتری را تحمل می‌کنند، به شرط اینکه مقدارشان یکی باشد.
تست مقاومت و خازن با مولتیمتر
- مقاومت: قطعه را خارج از مدار (یا حداقل با یک پایه‌ی آزاد) با مولتیمتر اندازه بگیرید. عدد باید در محدوده‌ی تلرانس باشد. عدد بی‌نهایت (OL) یعنی مقاومت قطع شده است.
- خازن: اول خازن را تخلیه کنید. خازنهای ۴۰۰ ولتی منبع تغذیه حتی بعد از خاموش شدن می‌توانند شوک خطرناک بدهند. آنها را با یک مقاومت تخلیه کنید، نه با اتصال کوتاه. بعد با حالت ظرفیت‌سنج مولتیمتر ظرفیت را بخوانید.
- نشانه‌های ظاهری: باد کردن سر خازن الکترولیتی، نشت مایع یا ترک خازن سرامیکی یعنی باید تعویض شود. خازنی که ظاهر سالمی دارد هم ممکن است ESR بالایی داشته باشد که فقط با ESRمتر مشخص میشود.
SMD یا پایه‌دار؟
برای بردبورد، آموزش و پروژه‌های دستی، مقاومت و خازن پایه‌دار راحت‌ترند. برای بردهای کوچک و تعمیر بردهای صنعتی، نسخه‌ی SMD لازم است. سایزهای SMD و توان هرکدام را در مقاله‌ی مقاومت SMD و روش لحیم‌کاری را در اشتباهات رایج لحیم‌کاری ببینید.
سؤالات متداول
فرق مقاومت و خازن چیست؟
مقاومت جلوی عبور جریان را میگیرد و انرژی را به گرما تبدیل میکند. خازن انرژی را به شکل میدان الکتریکی ذخیره میکند، جریان DC را بعد از شارژ شدن عبور نمیدهد و جلوی تغییرات سریع ولتاژ را میگیرد. برای همین مقاومت برای محدود کردن جریان و تقسیم ولتاژ و خازن برای صاف کردن، فیلتر و زمانبندی استفاده میشود.
کد رنگی مقاومت را چطور بخوانیم؟
در مقاومت ۴ نواره، دو نوار اول دو رقم مقدار، نوار سوم ضریب و نوار چهارم تلرانس است. مثلاً نارنجی، نارنجی، قهوه‌ای، طلایی یعنی ۳۳ ضرب در ۱۰، یعنی ۳۳۰ اهم با تلرانس ۵٪. رنگ‌ها در استاندارد IEC 60062 تعریف شده‌اند.
توان مقاومت را چطور انتخاب کنیم؟
توان مصرفی را با فرمول P = I² × R یا P = V² ÷ R حساب کنید و مقاومتی با توان نامی حدود دو برابر آن انتخاب کنید. مثلاً اگر محاسبه ۰٫۲۱ وات داد، مقاومت ۱/۴ واتی در مرز است و ۱/۲ وات انتخاب امن‌تری است.
ولتاژ خازن را چطور انتخاب کنیم؟
ولتاژ نامی خازن باید با حاشیه از بیشترین ولتاژی که در مدار می‌بیند بیشتر باشد. مثلاً روی خط ۱۲ ولت، خازن ۲۵ ولتی انتخاب رایجی است. خازن با ولتاژ بالاتر جایگزین مشکلی ندارد، فقط بزرگ‌تر است.
چرا باید خازن را قبل از تعمیر تخلیه کرد؟
خازنهای بزرگ، مخصوصاً خازنهای ولتاژ بالای منبع تغذیه، ممکن است مدتها بعد از خاموش شدن دستگاه شارژ بمانند و شوک یا جرقه ایجاد کنند. قبل از کار، آنها را با یک مقاومت مناسب تخلیه کنید و با مولتیمتر مطمئن شوید ولتاژ صفر شده است.
جمع‌بندی
مقاومت را با مقدار، توان و تلرانس انتخاب کنید و توان را همیشه حساب کنید. خازن را با ظرفیت، ولتاژ نامی، نوع و قطب انتخاب کنید و برای منابع تغذیه ترکیب الکترولیتی + ۱۰۰ نانوفاراد را فراموش نکنید. همه‌ی انواع مقاومت و خازن را در ایکانو پیدا می‌کنید. اگر برای تعمیر برد مطمئن نیستید کدام مقدار یا ولتاژ را بخرید، مشخصات قطعه‌ی قبلی را برای پشتیبانی ایکانو بفرستید.
ایکانو در اصفهان امکان تحویل حضوری سفارش را هم دارد. اگر در اصفهان هستید، می‌توانید سفارش خود را حضوری تحویل بگیرید.
