کد رنگی مقاومت ها

کدگذاری رنگی مقاومت از نوارهای رنگی برای شناسایی آسان مقدار مقاومت قطعه و درصد تلورانس آن استفاده می‌کند.

برای کنترل جریان الکتریکی یا ایجاد افت ولتاژ در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، مقاومت های مختلفی وجود دارد. اما برای انجام این کار قطعه مورد استفاده باید مقداری «مقاومت» داشته باشد. مقاومت‌ها در دامنه‌ای از مقادیر مختلف از کمتر از یک اهم (Ω) تا میلیون‌ها اهم در دسترس هستند.

بدیهی است که در دسترس داشتن تمام مقادیر ممکن مقاومت، به عنوان مثال ۱Ω، ۲Ω، ۳Ω، ۴Ω و… عملی نخواهد بود، زیرا برای پوشش دادن تمام مقادیر ممکن، به معنای واقعی کلمه ده‌ها و صدها هزار و حتی ده‌ها میلیون مقاومت مختلف باید وجود داشته باشد. در عوض، مقاومت‌ها با «مقادیر ترجیحی» ساخته می‌شوند و مقدار مقاومت آنها با جوهر رنگی بر روی بدنه چاپ می‌شود.

عموما اگر ابعاد مقاومت به اندازه کافی بزرگ و حروف چاپ شده روی بدنه آن خوانا باشد، مانند مقاومت‌های قدرت بزرگ، مقدار مقاومت، تلورانس و توان آن بر روی بدنه به صورت اعداد یا حروف چاپ می‌شوند. اما وقتی مقاومت کوچک است، مثلا کربنی یا فیلمی با توان ¼  وات، این مشخصات باید به روشی دیگر نشان داده شود زیرا چاپ حروف، خوانا نخواهد بود.

پس برای غلبه بر این، مقاومت‌های کوچک از باندهای (نوارهای) رنگی برای نشان دادن مقدار مقاومت و تلورانس آنها استفاده می‌کنند و اندازه فیزیکی مقاومت نشان دهنده توان آن است. این باندهای رنگی، یک سیستم شناسایی ایجاد می کنند که به عنوان کد رنگی مقاومت‌ها شناخته می‌شود.

سال‌ها پیش یک طرح کد رنگی مقاومت بین‌المللی و قابل قبول در جهان به عنوان یک روش ساده و سریع برای شناسایی مقدار اهمی مقاومت، بدون توجه به اندازه و وضعیت آن، ساخته شده است. این طرح از مجموعه‌ای از حلقه‌ها یا باندهای رنگی جداگانه به ترتیب طیفی تشکیل شده است که نمایانگر مقداری از مقدار مقاومت است.

نشانه‌های کد رنگی مقاومت همیشه باند به باند و از سمت چپ به راست خوانده می‌شود؛ باند مربوط به تلورانس عریض‌تر بوده و همواره در سمت راست درج می‌شود. با تطبیق رنگ باند اول با شماره مربوط به آن در ستون رقم جدول زیر، رقم اول مشخص می‌شود و این اولین رقم مقدار مقاومت است.

بار دیگر، با تطبیق رنگ باند دوم با شماره مربوط به آن در ستون رقم جدول زیر، رقم دوم مقدار مقاومت را به دست می‌آوریم؛ باندهای باقی مانده نیز به همین روش خوانده می‌شوند. سپس، همانطور که در زیر نشان داده شده، کد رنگی مقاومت از چپ به راست خوانده می‌شود:

نمودار استاندارد کد رنگی مقاومت

سپس می توانیم موقعیت‌های مختلف وزنی هر باند رنگی که کد رنگی مقاومت‌ها را در بالا تشکیل می‌دهد، در جدول زیر خلاصه کنیم:

محاسبه مقدار مقاومت

سیستم کد رنگی مقاومت خوب است اما برای به دست آوردن مقدار صحیح مقاومت باید بدانیم که چگونه آن را اعمال کنیم. باند «سمت چپ» یا مهمترین باند رنگی آن است که پایه نزدیک‌تر باشد. باندهای رنگی از چپ به راست به شرح زیر خوانده می‌شوند:

رقم، رقم، ضریب = رنگ، رنگ × ۱۰رنگ به اهم (Ω)

به عنوان مثال، مقاومتی با باندهای رنگی زیر داریم:

زرد، بنفش، قرمز

Y V R = ۴ ۷ ۲ = ۴ ۷ × ۱۰۲ = 4700 Ω = 4.7 k Ω = 4k7 Ω

از باندهای چهارم و پنجم برای تعیین درصد تلورانس مقاومت استفاده می‌شود. تلورانس مقاومت، اندازه تغییر مقاومت از مقدار مشخص شده و نتیجه فرآیند تولید است. تلورانس یک مقاومت به عنوان درصدی از مقدار «اسمی» یا ترجیحی آن بیان می‌شود.

تلورانس معمولا برای مقاومت‌های فیلم از ۱٪ تا ۱۰٪ است در حالی که تلورانس مقاومت‌های کربنی به ۲۰٪ هم می‌رسد. مقاومت‌های با تلورانس کمتر از ۲٪ را مقاومت دقیق می‌نامند. هر چه تلورانس کمتر باشد، مقاومت گران‌تر است.

بیشتر مقاومت‌های پنچ باند، مقاومت‌های دقیق با تلورانس ۱٪ یا ۲٪ هستند، در حالی که بیشتر مقاومت‌های چهار باند دارای تلورانس ۵٪ ، ۱۰٪ و ۲۰٪ هستند. کد رنگی که برای نشان دادن تلورانس یک مقاومت استفاده می شود به صورت زیر است:

قهوه‌ای = ۱%،    قرمز = ۲%،    طلایی = ۵%،    نقره‌ای = ۱۰%

اگر مقاومت باند چهارم نداشته باشد، تلورانس پیش فرض ۲۰٪ خواهد بود.

گاهی برای به خاطر سپردن کد رنگی مقاومت می‌توان از جملات کوتاه و ساده استفاده کرد. این‌ها می‌توانند در قالب اصطلاح، شعر یا عبارت باشند که برای هرکدام از رنگ‌ها کلمه‌ای جداگانه دارند. به این گونه جملات موشّح (acrostic) گفته می‌شود (آرایه‌ای ادبی که اگر حروف اول هر کلمه، بیت یا مصرع به دنبال هم قرار گیرند، نام، جمله یا عبارت خاصی تشکیل می‌شود).

ابزار حافظه حاصل، حرف اول هر کلمه را با رنگ‌های کد رنگی مقاومت، به ترتیب از مقدار کوچک به بزرگ، مطابقت می‌دهد. عبارات مختلفی وجود دارد که می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال:

ساقی قدحی قرار نه زیر سبو – آبی بفشان خانه سنبل به نکو

سیه قهرمان قرمز ناتوان زند سبز و آبی به خاک سفید

سراب قامت قدر نگاهت زسر آتش بزد خاکسترم ساخت

کد استاندارد انگلیسی (BS1852)

به طور کلی در مقاومت‌های با توان بالاتر، به سیستم کد رنگی مقاومت نیازی نیست چراکه مقدار مقاومت، تلورانس و حتی توان (وات)، به جای استفاده از سیستم کد رنگی مقاومت، بر روی بدنه مقاومت چاپ می‌شوند. از آنجا که «اشتباه خواندن» موقعیت یک علامت اعشاری یا ویرگول بسیار آسان است، به ویژه هنگامی که قطعه تغییر رنگ داده یا کثیف شده باشد، یک سیستم آسان‌تر برای نوشتن و چاپ مقادیر مقاومت ایجاد شده است.

این سیستم مطابق با استاندارد انگلیسی BS 1852 و جایگزین آن، روش کد گذاری BS EN 60062 است که در آن موقعیت نقطه اعشاری با حرف اضافی «K» برای هزار یا کیلو اهم، یا حرف «M» برای میلیون یا مگا اهم، جایگزین شده و به طور همزمان مقدار ضریب را نشان می‌دهد؛ هر عددی که بعد از این حروف می‌آید معادل ارقام اعشار است. در جایی که ضریب برابر یا کمتر از یک باشد، از حرف «R» استفاده می‌شود.

کد گذاری حروف برای مقاومت‌ها مطابق استاندارد BS1852

بعضی اوقات، بسته به سازنده، بعد از مقدار مقاومت نوشته شده، یک حرف اضافی وجود دارد که نشان دهنده مقدار تلورانس مقاومت است، مانند 4K7 J. این حروف پسوند در جدول زیر آمده است:

کد گذاری حروف تلورانس برای مقاومت‌ها

همچنین، هنگام خواندن این کدها مراقب باشید که حرف مقاومت k به معنی کیلو اهم را با حرف تلورانس K به معنی 10%، یا حرف مقاومت M به معنی مگا اهم را با حرف تلورانس M به معنی 20% اشتباه نگیرید.

تلورانس مقاومت، سری E و مقادیر ترجیحی

امیدواریم تاکنون متوجه شده باشید که مقاومت‌ها در اندازه‌ها و مقادیر متنوعی وجود دارند، اما برای در دسترس داشتن تمام مقادیر ممکن مقاومت، به معنای واقعی کلمه ده‌ها و صدها هزار و حتی ده‌ها میلیون مقاومت مختلف باید وجود داشته باشد. در عوض، مقاومت‌ها در مقادیری تولید می‌شوند که معمولا به عنوان مقادیر ترجیحی شناخته می شوند.

به جای مقادیر متوالی مقاومت از 1 اهم به بالا، مقادیر خاصی از مقاومت در محدوده‌های تلورانس خاص وجود دارد. تلورانس یک مقاومت، حداکثر تفاوت بین مقدار واقعی آن و مقدار مورد نیاز است و به طور کلی به عنوان مقدار درصد کمتر یا میشتر بیان می‌شود. به عنوان مثال، یک مقاومت 1KΩ با تلورانس ±20% ممکن است دارای مقاومت حداکثر و حداقل زیر باشد:

حداکثر مقدار مقاومت:

۱۰۰۰Ω + ۲۰% = ۱,۲۰۰Ω

حداقل مقدار مقاومت:

۱۰۰۰Ω – ۲۰% = ۸۰۰Ω

پس طبق مثال بالا، یک مقاومت 1KΩ با تلورانس ±20% دارای حداکثر مقدار 1200 اهم و حداقل مقدار 800 اهم باشد که این اختلافی برابر با 400 اهم برای همان مقدار مقاومت است!!

در بیشتر مدارهای الکتریکی یا الکترونیکی، این تلورانس بزرگ ۲۰ درصدی معمولا مشکلی ایجاد نمی‌کند. اما هنگامی که مقاومت‌هایی با تلورانس کم برای مدارهایی با دقت بالا مانند فیلترها، اسیلاتورها یا تقویت کننده‌ها تعیین شده باشد، باید از مقاومتی با تلورانس صحیح استفاده کرد چراکه مقاومتی با تلورانس ۲۰٪ نمی‌تواند جایگزینی برای تلورانس ۲٪ یا حتی ۱٪ باشد.

کد رنگی مقاومت پنج و شش باند بیشتر در مقاومت‌های نوع فیلم با دقت بالای 1 و 2 درصدی مشاهده می‌شود، در حالی که انواع معمول 5 و 10 درصدی با اهداف عمومی معمولا از کد رنگی مقاومت چهار باند استفاده می‌کنند. مقاومت‌ها با تلورانس‌های متنوعی موجود هستند، اما رایج‌ترین آنها سری E12 و E24 است.

جدول تلورانس مقاومت و سری E

پس با استفاده از مقدار مناسب سری E برای درصد تلورانس مورد نیاز و افزودن ضریب به آن، هر مقدار اهم مقاومت در آن سری را می‌توان یافت. به عنوان مثال، یک مقاومت سری E12 با تلورانس 10٪ و مقدار ترجیحی 3.3 را در نظر بگیرید. مقادیر مقاومت برای این محدوده عبارتند از:

مقاومت = ضریب × مقدار

۳.۳ × ۱ = ۳.۳Ω

۳.۳ × ۱۰ = ۳۳Ω

۳.۳ × ۱۰۰ = ۳۳۰Ω

3.3 × 1,000 = 3.3kΩ

3.3 × 10,000 = 33kΩ

3.3 × 100,000 = 330kΩ

3.3 × 1,000,000 = 3.3MΩ

مبنای ریاضی این مقادیر ترجیحی از مقدار ریشه مربع سری مورد استفاده ناشی می‌شود. به عنوان مثال، برای سری E6 20% شش مقاومت جداگانه به صورت پله‌ای (1.0 تا 6.8) وجود دارد و به عنوان ششمین ریشه ده (6√10) داده می شود؛ بنابراین برای سری E12 10% دوازده مقاومت یا پله (1.0 تا 8.2) وجود دارد و به عنوان دوازدهمین ریشه ده (12√10) داده می‌شود. برای مقادیر باقی مانده سری E نیز به همین روش محاسبه می‌شود.

مجموعه تلورانس مقادیر ترجیحی که در بالا آمده است، مطابق با استاندارد انگلیسی BS 2488 ساخته شده و این محدوده از مقادیر مقاومت به گونه‌ای انتخاب می‌شود که در حداکثر یا حداقل تلورانس، مقدار مقاومت با مقدار همسایه خود همپوشانی داشته باشد. به عنوان مثال، مقاومت‌های E24 با تلورانس 5٪ را در نظر بگیرید. مقادیر مقاومت همسایه در آن به ترتیب 47 و 51 اهم است.

۴۷Ω + ۵% = ۴۹.۳۵Ω

۵۱Ω – ۵% = ۴۸.۴۵Ω

یک همپوشانی برابر با ۰.۹ اهم.

مقاومت‌های نصب-سطحی

مقاومت‌های نصب-سطحی یا SMD، مقاومت‌های بسیار کوچک مستطیلی شکل از جنس فیلم اکسید فلز هستند که برای اتصال مستقیم به سطح یک مدار طراحی شده‌اند (نام آن‌ها نیز از همین رو انتخاب شده است). مقاومت‌های نصب-سطحی به طور کلی دارای یک بستر بدنه سرامیکی هستند که بر روی آن یک لایه ضخیم از اکسید فلز ته نشین می‌شود.

مقدار مقاومت با افزایش ضخامت یا طول و یا تغییر نوع فیلم مورد استفاده کنترل می‌شود و مقاومت‌های بسیاردقیق با تلورانس کم، تا ۰.۱ درصد قابل تولید است. آنها همچنین در هر دو انتهای بدنه خود دارای ترمینال یا پوشش فلزی هستند که به آنها امکان می‌دهد مستقیما بر روی صفحه‌های مدار چاپی لحیم شوند.

مقاومت‌های نصب-سطحی با یک کد عددی 3 یا 4 رقمی برای نمایش مقدار مقاومت آنها چاپ می‌شوند که مشابه روشی است که در مقاومت‌های متداول‌تر از نوع محوری استفاده می شود. مقاومت‌های SMD استاندارد با یک کد سه رقمی مشخص شده‌اند، که در آن دو رقم اول نشان دهنده دو عدد اول مقدار مقاومت و رقم سوم نشان دهنده ضریب است، که می‌تواند ×1، ×10، ×100 و غیره باشد. به عنوان مثال:

“103” = 10 × 1,000 = 10kΩ

“392” = 39 × 100 = 3.9kΩ

“563” = 56 × 1,000 = 56kΩ

“105” = 10 × 100,000 = 1MΩ

مقاومت‌های نصب-سطحی که مقداری کمتر از ۱۰۰ اهم دارند، معمولا به این صورت نوشته می‌شوند: “۳۹۰”، “۴۷۰”، “۵۶۰” که در آن صفر نهایی نشان دهنده ضریب ۱۰۰، برابر با ۱ است. به عنوان مثال:

“390” = 39 × 1 = 39Ω or 39RΩ

“470” = 47 × 1 = 47Ω or 47RΩ

مقادیر مقاومت کمتر از 10 دارای حرف «R» برای نشان دادن موقعیت نقطه اعشاری است که قبلا در استاندارد BS1852 دیده شده است، به طوری که 4R7 = 4.7Ω.

مقاومت‌های نصب-سطحی که دارای علامت های “۰۰۰” یا “۰۰۰۰” هستند، مقاومت‌های صفر اهم (۰Ω) یا به عبارت دیگر اتصال کوتاه هستند، زیرا این قطعات مقاومت صفر دارند.

پس دیدیم که از سیستم کد رنگی مقاومت برای شناسایی مقدار مقاومت یک قطعه استفاده می‌شود.

در آموزش بعدی در مورد مقاومت‌ها، اتصال مقاومت‌ها را به صورت سری به یکدیگر بررسی خواهیم کرد و ثابت می‌کنیم که مقاومت کل حاصل جمع تمام مقاومت‌ها و جریان عبوری از همه آنها یکسان می باشد.