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
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
با سلام
جدا از توضیحات خیلی خوب که به شخصه برای منی که الکترونیک خونده بودم و دچار فراموشی شده بودم بخش قشنگش لوازم مورد نیاز بود
انواع مقاومت :)))))))))))))
عالی بود سر صبح کلی انرژی گرفتم
ممونم از لطف و نظر شما
خیلیی عالی و مهم همیشه برای من تازه کار سوال بود که ولتاژ رو توی مدار چطوری برای هر المانی که ولتاژ کاری خودش رو داره تنظیم میکنند.تا قبل میدونستم با استفاده از رگلاتور این کارو رو میکردن وبرای المان های ولتاژ بالاتر هم دیده بودم با ای سی سوییچینگ و ترانس ولتاژ رو زیاد میکردند بعد با رکتیفایر و رگلاتور به ولتاژ مورد نظر میرسوندند.خیلی ممنون از این آموزشتون اگه ممکنه در مورد مزایا و معایبش هم صحبت کنید
از لطف شما ممنونم
البته این روش برای تبدیلات تغذیه، همانطور که در متن هم اشاره شده، مناسب نیست و بیشتر برای دیتا مناسب است.
سلام
توی خیلی از پروژه ها در عکس شماتیک همیشه مقاومت وجود دارد اما خود من هیچوقت ازش استفاده نکردم و در این همه سال که تست کردم هیپوقت با مشکلی رو به رو نشدم. لطفا یک توضیح برای آسیب های احتمالی در دراز مدت در صورت عدم استفاده بفرمایید.
سلام
در متن آموزش نیز به این موضوع اشاره کامل شده. در رابطه با راه اندازی ماژول SIM800L، حداکثر ولتاژ قابل تحمل بر روی پایه RX، ۲٫۸ است. از طرف دیگر ولتاژ پایه TX آردویینو ۵ است. بنابراین با تقسیم مقاومتی این ولتاژ را کاهش می دهیم تا در دراز مدت، پایه RX ماژول دچار آسیب نشود.
سلام جناب مهندس خسته نباشید، یه سوال داشتم خدمت شما
در منابع تغذیه خازنی چطور باید مقدارکاهش ولتاژ را محاسبه کنیم؟ در واقع منظورم اینه که ما از طریق امپدانس خازن یا مقاومت داخلی خازن که در فرمول میزاریم ، مقاومت خازن رو بدست میاریم و با فرمول اهم مقدار جریان رو بدست میاریم
پس ولتاژ خروجی چطور بدست میاد؟
در منابع تغذیه خازنی ، برای مثال در مدار محافظ ؛خازن ۶۸۰ نانو وجود داره ،که ولتاژ ورودی اگر ۲۳۰ باشه ولتاژ خروجی خازن حدود ۲۸ ولت میشه ، منظورم اینه که چطور میتونیم ولتاژ خروجی خازن رو محاسبه کنیم؟
هیچ تقسیم مقاومتی وجود نداره و خازن بصورت سری به برق ۲۲۰ ولت وصل شده که در خروجی ولتاژ کاهش پیدا میکنه.
ببخشید مطلب طولانی شد.
لینک محاسبه امپدانس خازن :
http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Capacitor-impedance-calculator.php
سلام
در ابتدا در نظر داشته باشید که رفتار خازن در مدارهای AC و DC کاملا متفاوت با هم است؛ خازن در مدار DC در صورت موازی بودن با بار به صورت مدار باز و در AC به صورت موازی حالت اتصال کوتاه عمل می کند.
از طرفی دیگر، امپدانس خازن یا همان مقاومت خازن، تحت پارامتری با عنوان رکتانس شناخته می شود. فرمولرکتانس در لینکی که فرستادید نیز وجود دارد که با XC مشخص می شود.
حال یک نکته جالب تر وجود دارد، اینکه با ترکیب خازن و مقاومت یک فیلتر پایین گذر ساخته می شود. فیلتر پایین گذر فیلتری است که فرکانس هایی کمتر از فرکانس مد نظر را از خود عبور می دهد. مدار فیلتر پایین گذر دقیقا همانند مدار تقسیم مقاومتی است؛ با این تفاوت که در قسمت مقاومت دوم(R2) یا همان مقاومتی که به زمین متصل است؛ خازن قرار می گیرد. حال در این جا به جای اندازه مقاومت، اندازه امپدانس خازن قرار گرفته و ولتاژ خروجی محاسبه می گردد.
سلام
تو یکی از تصاویر بالا یه باطری ۱۲ ولت رو به آردوینو متصل کردید. حالا اگه من بخوام ۶ تا باطری ۱۲ ولت رو به مدار وصل کنم(با همین روش) و برای هر کدوم یه کلید بزارم که گاهی ولتاژ (با تقسیم ولتاژ ۵)داشته باشه و گاهی صفر باشه(قطع کلید) و بخوام این رو تو آردوینو دریافت کنم.سوال من= آیا مشکلی پیش نمیاد من ۱۲ تا Gnd رو به هم وصل کنم و بعدش وصل کنم به Gnd آردوینو؟ مشکلی برای مدارم پیش نمیاد؟
سلام
خیر هیچ مشکلی نخواهد بود. اتفاقا باید گراندها مشترک باشند تا بتوان دیتار را رد و بدل نمود.
شما برای تبدیل ۱۲ باطری به ۱٫۰۹ ولت از مقاومت های ۱۰کیلو و ۱ کیلو استفاده کردید. آیا می تونیم از ۱۰۰ کیلو و ۱۰ کیلو استفاده کنیم؟(دلیل خاصی داره شما اون مقدار اهم ها رو انتخاب کردید؟) چون مقدار ۱ به ۱۰ رعایت بشه طبق محاسبه همین خروجی بدست میاد؟مثل ۱۰۰۰ کیلو و ۱۰۰ کیلو…..
سوال دوم اینکه وقتی می خواهیم اینو به پایه آردوینو وصل کنیم چطور بدست میاریم چند وات باید باشه؟
ممنون
بهتر است مقدار مقاومت ها تا حد امکان کم باشد. چراکه ADC جهت خواندن مقدار، ADC باید جریان کشی نماید و در صورت افزایش مقاومت ها جریان ضعیف شده و داده ها به درستی خوانده نخواهند شد.
مفید بود
متشکرم از لطف و همراهی شما
با سلام
استاد چرا تقسیم مقاومتی؟
چرا از یک مقاومت که به صورت سری به مدار وصل شده رو به کار نمیبریم؟
با یک مقاومت هم میشه همین ولتاژ رو به دست اورد
سلام
در این جا قصد کاهش ولتاژ را داریم. طبعا برای این مورد مطابق آموزش به دو مقاومت نیاز خواهد بود.
با یک مقاومت هم میشه
چرا در کل از تقسیم مقاومتی استفاده میشه
دلیلش چیه
ببینید در صورتیکه یک مقاومت باشد، از آنجاییکه این مقاومت با منبع تغذیه موازی می شود، بنابراین ولتاژ مقاومت با ولتاژ منبع تغذیه یکسان خواهد بود. اما زمانیکه دو مقاومت با هم سری می شوند، از آنجاییکه جریان گذرنده از هر دو مقاومت باید یکسان شود، بنابراین ولتاز بین مقاومت ها تقسیم می شود. بدین ترتیب ولتاژ کاهش می یابد.
منظورم اینه که چرا تقسیم مقاومتی؟
مزایای تقسیم مقاومتی به نسبت
یک مقاومت سری چی هستش
برای اجرای تقسیم مقاومتی نیاز به دو مقاومت هست.
مدتی هست که به الکترونیک علاقه مندشدم.بارها در تحلیل و طراحی مدارات ساده از تقسیم مقاومتی صحبت میشد ولی بخوبی متوجه نقش اصلی نمیشدم .برای اولین بار و بعدازمدتی با توضیحات شما استاد عزیز بخوبی متوجه نقش ایم مقاومت در مدار شدم.و ممنون از شما که این قضیه رو بخوبی به من آموختید .سپاس
سلام
خواهش می کنم
خوشحالم که مفید بوده