معرفی مدار تقسیم مقاومتی قطعات الکترونیک، کاربرد و محاسبه مقاومت

مقاومت الکتریکی، یکی از ابزارها و قطعات اجتناب ناپذیر هر مدار الکترونیکی به شمار می رود. تاثیر استفاده از این قطعه، بر هیچ کسی پوشیده نیست. با قرار گیری این قطعه در یک مدار می توان جریان را محدود نمود. همچنین، یکی از دیگر کاربردهای مقاومت ها در مدار، کنترل و کاهش ولتاژ است. با قرارگیری مقاومت ها به شکلی خاص، که از آن تحت عنوان شبکه تقسیم مقاومتی یاد می شود، می توان یک ولتاژ کمتر، نسبت به ولتاژ ورودی ایجاد نمود. در این آموزش قصد داریم به تشریح مدار تقسیم مقاومتی، کاربرد آن و نحوه محاسبه آن بپردازیم. در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی ،دیجی اسپارک همراه باشید.

کاربرد مقاومت الکتریکی در مدار

مقاومت الکتریکی، یکی از کاربردی ترین قطعات در طراحی مدارهای الکترونیکی به شمار می رود. این قطعه در اندازه و توان های مختلف در دسترس وجود دارد. واحد اندازه گیری مقاومت، به افتخار گئورگ زیمون اهم، دانشمند آلمانی، اهم است. یک مقاومت الکتریکی، می توان اندازه ای برابر با ۱ اهم تا یک مگا اهم داشته باشد. با قرارگیری یک مقاومت در مدار، درست مثل یک مصرف کننده، به میزان اندازه مقاومت بر حسب اهم، جریان محدود خواهد شد. این موضوع، دقیقا بیان قانون اهم، با فرمول زیر است.

V=I * R

مطابق رابطه فوق، فرض کنید ولتاژ برابر با ۵ و مقاومت ما برابر با ۱ کیلو اهم باشد. مطابق رابطه فوق، از تقسیم ولتاژ (۵) بر میزان مقاومت(۱۰۰۰)، جریان گذرنده از مدار به ۰٫۰۰۵ یا ۵ میلی آمپر محدود خواهد شد.

مطابق مدار فوق، با قرارگیری مقاومت در مدار، جریان گذرنده از مدار به میزان مقاومت استفاده شده، محدود خواهد شد. در حقیقت از مقاومت می توان به عنوان محدود کننده جریان در مدار استفاده نمود.  محدود سازی جریان در مدار، امری پرکاربرد، به خصوص در استفاده از چراغ های LED است. مطابق ویژگی رفتاری دیود، زمانیکه این قطعه روشن می شود، همانند یک تکه سیم جریان الکتریکی را از خود عبور می دهد. بنابراین با قراردادن دیود LED به صورت موازی در مدار، باعث ایجاد اتصال کوتاه شده و علاوه بر آسیب دیدن چراغ LED، ممکن است منبع تغذیه نیز دچاز آسیب جدی شود. بنابراین نیاز تا یک مقاومت به صورت سری در مدار قرار بگیرد تا از اتصال کوتاه و عبور جریان بسیار بالاتر از آستانه تحمل دیود از این قطعه، جلوگیری شود.

مدار تقسیم مقاومتی و محاسبه آن

در این قسمت به بررسی مدار تقسیم مقاومتی می پردازیم. کاربرد مدار تقسیم مقاومتی، در تقسیم و کاهش ولتاژ است. این مورد به قدری مهم است که از این مدار تحت عنوان مقسم ولتاژ نیز یاد می شود. به کمک این مدار می توانیم ولتاژ مورد نیاز خود را بدون رگولاتور، البته به صورت جریان محدود شده، ایجاد نماییم. در ابتدا شماتیک این مدار را در زیر مشاهده می نمایید.

در مدار فوق، دو مقاومت با یکدیگر سری شده که مجموع این دو با منبع تغذیه، به صورت موازی قرار گرفته است. جهت محاسبه ولتاژ خروجی، از فرمول زیر استفاده می نماییم.

(VOUT=VIN*R2/(R1+R2

بنابراین، مطابق رابطه فوق، می توانیم ولتاژ خروجی را به کمک مقاومت های ورودی، تنظیم کنیم. به عنوان مثال، فرض کنید ولتاژ ورودی شما ۱۵ ولت، مقاومت R1 برابر با ۱۰ کیلو اهم و مقاومت R2 برابر با ۱ کیلو اهم است. مطابق فرمول فوق، ولتاژ خروجی برابر با مقدار زیر خواهد بود.

(VOUT=5*1/(11

بنابراین ولتاژ خروجی مدار، برابر با ۰٫۴۵ ولت خواهد بود. مدار مقسم ولتاژ(تقسیم مقاومتی) کاربردهای بسیار زیادی در مدارات الکترونیکی دارد. در قسمت بعدی، به تعدادی از این کاربردها، اشاره می نماییم.

کاربردهای مدار تقسیم مقاومتی

مدار تقسیم مقاومتی یا به عبارت دیگر مقسم ولتاژ، وظیفه کاهش ولتاژ را بر عده دارد. در بسیار از مدارات، نیاز است تا ولتاژ را در قسمتی از مدار، کاهش دهیم. به عنوان مثال، فرض کنید قصد دارید برد آردویینو خود را به ماژول SIM800L متصل نمایید. برای اتصال آردویینو به ماژول SIM800L، همانطور که مطلع هستید، میبایست از طریق پورت UART استفاده نمایید. برای اتصال UART، پایه TX برد آردویینو به پایه RX ماژول SIM800L و پایه TX ماژول SIM800L به پایه RX آردویینو متصل است.

 ولتاژ پایه GPIO یا همان TX آردویینو(چه سخت افزاری/چه نرم افزاری) ۵ ولت است. از طرفی دیگر، ماژول SIM800L نهایتا ۲٫۸ ولت می تواند روی پایه RX خود قبول کند. بنابراین، ولتاژ ۵ پایه آردویینو، سبب آسیب به ماژول SIM800L خواهد شد. بنابراین، به کمک تقسیم مقاومتی، می توانیم ولتاژ ۵ آردویینو را کاهش دهیم. به عنوان مثال، با دو مقاومت یک کیلو اهمی، ولتاژ ۵ آردویینو به ۲٫۵ کاهش یافته و موجب جلوگیری از آسیب به ماژول SIM800L خواهد شد.

از دیگر مهم ترین کاربردهای تقسیم مقاومتی، کاهش ولتاژ برای ورودی ADC است. همانطور که اطلاع دارید، هر پردازنده که قابلیت ADC در آن فعال است، برای دریافت مقدار ADC از ورودی، دارای یک ولتاژ مرجع بوده و مقدار ورودی به ADC نباید از مرجع، بیشتر شود. در حقیقت مبدل آنالوگ به دیجیتال، ورودی های دریافتی را نسبت به ولتاژ مرجع مقایسه کرده و خروجی را بر مبنای اختلاف بین ولتاژ مرجع و ولتاژ دریافتی، اعلام خواهد نمود.

به عنوان مثال، فرض کنید می خواهید یک ورودی ولتاژ، به عنوان مثال ولتاژ باتری خودرو را به کمک ADC آردویینو UNO اندازه بگیرید. ولتاژ باتری خودرو  معمولا بین ۱۰ الی ۱۴ ولت، از تخلیه کامل تا حالت در شارژ بودن، متغیر است. با اتوجه به اینکه ولتاز رفرنس آردویینو در حالت عادی ۵ است، بنابراین نمی توان باتری را مستقیما به پایه ADC اردویینو متصل نمود. چراکه این امر سبب آسیب به آردویینو خواهد شد. در این شرایط، نیاز است تا به کمک یک مدار تقسیم مقاومتی، ولتاژ ورودی باتری را کاهش دهیم.

مطابق شکل فوق، به کمک تقسیم مقاومتی، ولتاژ ورودی را کاهش داده و به ولتاژ مطلوب آردویینو می رسانیم. به عنون مثال، فرض کنید ولتاژ باتری ما ۱۲ ولت باشد. به کمک تقسیم مقاومتی، این ولتاژ را به ۱٫۰۹ ولت، ولتاژ قابل دریافت توسط آردویینو تبدیل می نماییم. در این قسمت، با توجه به اینکه میزان مقاومت ها و ولتاژ خروجی را در دست داریم، می توانیم از طریق همان رابطه تقسیم مقاومتی، ولتاژ ورودی را تعیین نماییم. کاهش ولتاژ ورودی برای خواندن مقدار آن توسط ADC، امری متداول و معمول است. به عنوان نمونه دیگر، فرض کنید به کمک ADC ماژول ESP8266، قصد خواندن اطلاعات از ورودی آن را دارید. از آنجاییکه ولتاژ مرجع ADC در این ماژول یک ولت است، بنابراین در اکثر موارد، نیاز به تقسیم مقاومتی برای کاهش ولتاژ ورودی، خواهید داشت.

وسایل مورد نیاز

انواع مقاومت

جمع بندی

در این آموزش به تشریح مدار تقسیم مقاومتی، جهت کاهش ولتاژ پرداختیم. مدار تقسیم مقاومتی که از آن به عنوان مقسم ولتاژ نیز یاد می شود، یکی از کاربردی ترین مدارات، در طراحی ها به شمار می رود. به کمک این مدار می توانید خیلی سریع و ساده، بدون نیاز به رگولاتور و تنها به کمک دو مقاومت، از میزان ولتاژ ورودی بکاهید. این مدار، در زمینه های مختلف، نظیر خواندن مقدار ورودی ADC های بالاتر از ولتاژ مرجع، اتصال UART و… به کار می رود.

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید