المقاومات المتغيرة عملها وبنيتها وأنواعها وتطبيقاتها

تعدّ المقاومة واحدةً من أهمّ العناصر في الدّارات الالكترونيّة، وتُعتبَر العنصر الإلكترونيّ الأكثر شيوعاً، وتتوفّر بأنواع متعددة، وتُستخدم في تطبيقات متنوعة.
تُصنَّف المقاومات تبعاَ لقيمة المقاومة إلى: ثابتة ومتغيّرة.يناقش هذا المقال تعريف المقاومات المتغيّرة وأنواعها واستخداماتها.

ماهي المقاومة المتغيّرة؟

تُعَدّ المقاومة المتغيِّرة أحد أنواع المقاومات التي تتحكّم بتغيّر تدفُّق التّيّار من خلال تقديم مجموعة مختلفة من القيم، فكلّما ازدادت قيمة المقاومة تَنقص قيمة التّيّار المتدفِّق عبر الدّارة والعكس صحيح.
يمكن للمقاومات المتغيّرة التحكّم بالجهد في الدّارات الالكترونيّة، لذلك تكون هذه المقاومات مفيدة في التّطبيقات التي تتطلَّب التحكّم بالجهد أو التّيّار.

رمزها في الدّارات الالكترونيّة:

تُمثَّل المقاومات بخط متعرِّج zig-zag وسهم فوقها أو يَعبُرها.

                                               الشكل (1): رمز المقاومة المتغيرة

 مبدأ عمل المقاومة المتغيّرة وبنيتها:

عندما نستخدم مصطلح المقاومة المتغيّرة يعني أنّنا نتعامل بشكل افتراضي مع المقاومات الخطيّة، وهي المقاومات التي تبقى مقاومتُها ثابتةً حتّى إذا تغيَّر الجهد أو التّيّار عبرها حيث يخضع الجهد والتيار لقانون أوم، وهما متناسبان معاً.
تملك المقاومة المتغيّرة التقليدية ثلاثة أطراف مصنوعة من معدن موصل، اثنان منهما ثابتان في نهاية المسار المقاوِم.
الطرف المتبقي هو الطرف المتحرّك ويدعىwiper، يحدِّد موقع الطرف المتحرك على المسار المقاوِم قيمة المقاومة المتغيّرة.

                                                                                                     الشكل (2): بنية المقاومة المتغيرة

 

تُقدِّم المقاومات المتغيّرة قيماً مختلفة، وبالتّالي يمكن ضبط قيم المقاومات حسب قيمة الجهد أو التّيّار المطلوبة.

يُوضَع الشريط المقاوِم بين الطّرفين الثّابتين و صُمِّم الطّرف المتحرّك لينزلقَ على هذا الشّريط.
ينصّ أحد المبادئ الأساسية للمقاومة على أنّ قيمة مقاومة المادّة تتناسب مع طولها، وهذا المبدأ مستخدم هنا.

                                                    الشكل (3): العلاقة بين الجهد والتّيّار (مخطّط قانون أوم)

يتوضَّع السّهم على الشّريط المقاوِم (المصمّم على شكل قوس) مشيراً للموضع الحالي للطّرف المتحرّك.
لنفرض على سبيل المثال أنّ الطّرف المتحرّك يتموضَع في مكان معيَّن ولتكن النقطة a من الشريط المقاوِم بحيث تقسمه إلى شريطين بأطوال مختلفة، الأوّل من الطّرف الأوّل إلى النقطة a، والشريط الثّاني من a إلى الطّرف الثّابت الثّاني، فكلّما غيّرنا الطّرف المتحرِّك فإنّ طول الشّريط الثّاني يتغيّر، وهذا يسبّب تغيُّر قيمة المقاومة. وقد يكون الشّريط بشكل خطّ لا قوسٍ، عندئذ يسمّى الطّرف المتحرّك بالطّرف المنزلِق slider.

لا يمكن رؤيةُ موضِع الطّرف المتحرّك ولا تثبيتُه، حيث يتطلّب هذا الأمرُ آليّة َتوقُّفٍ لمنع تجاوز حدود الدّوران.

يُعتبَر الجزء الأهمُّ في المقاومة المتغيِّرة التقليديّة هو المادّة المقاوِمة، ولها عدّة أنواع:

  1. مركَّب كربونيّ Carbon Composition:
    أحد الأنواع الأكثر شيوعاً، ويُصنَع من حبيبات الكربون، وتكلفة هذه الأنواع منخفضةٌ وذاتُ ضجيج مقبول، وتكون أقلَّ احتكاكاً من بقيّة الموادّ ممّا يجعلها أكثرَ المكوِّنات شعبيّةً لدى الشّركات المصنِّعة، ولكن أخطاء التّشغيل جعلَتْ المصنِّعين يبحثون عن بدائلَ أخرى.
  2. سلك ملفوف Wire wound:
    طبقة عازلة تلَفّ على سلك من النكروم nichrome، تُستخدَم غالباً في تطبيقات الاستطاعة العاليةِ طويلة ِالأمد والدقيقة، مشكلتُها الوحيدة هي محدوديّة الدقّة.
  3. البلاستيك النّاقل Conductive plastic:
    يُستخدَم عادةً بسبب جودته في طرفيات التّطبيقات السمعيّة، لكنّ استخدامَه محدود بسبب كلفته العالية، ويُستخدَم أيضاً في تطبيقات الاستطاعة المنخفضة فقط.
  4. سيرميت Cermet:
    نوع مستقرٌّ من المواد ّيتميّز بمعامل حراريّ منخفض، ومقاومة عاليةٌ للحرارة، ولكنّ زمن حياتِه قصير ويمكن أن يشكِّل خطراً على الشّخص.

خصائص المقاومات المتغيّرة:

تعدّ العلاقة بين الموضع الميكانيكيّ للطّرف المتحرّك ونسبة المقاومة resistance ratio الخاصيّة الأكثر أهميّة في المقاومات المتغيّرة.

يتمّ تمثيل هذه الخاصيّة بمنحنٍ بيانيّ خطيّ أو لوغاريتميّ.
يشير المنحني الخطيّ إلى أنّ العلاقة خطيّة، أي أنّ نسبة المقاومة متناسبة طرداً مع الموضع الميكانيكيّ، وهذا يتمّ تمثيلُه بيانيّاً بخط ٍّمستقيم بميل ثابت.
المنحني الآخر لوغاريتميّ وهنا تكون العلاقة لوغاريتميةّ، و يُستخدم هذا النّمط من المقاومات في التحكّم بالأجهزة الصوتيّة والسمعيّة.

                                             الشكل (4): خصائص المقاومات المتغيّرة:

نحتاج قبل اختيار المقاومة المناسبة لتطبيق معيّن إلى معرفة خاصيّة مهمّة ألا وهي دقّة المقاومة resolution of the resistor.

تُعرَف دقّة المقاومة بأنّها قيمة التغيُّر الأصغريّ للمقاومة المتغيَّرة.
على سبيل المثال، لدينا مقاومة متغيِّرة ذات دقّة 0.005، هذا يعني أنّ أصغرَ قيمة تتغيّر بها قيمة المقاومة هي 0.005 أوم، وتعدّ الدقّة العالية أحد الخصائص المفضّلة للمقاومة المتغيِّرة.

أنواع المقاومات المتغيِّرة:

تُحدِّد كلّا ًمن طريقة التّوصيل والهدف من المقاومة المتغيّرة أنواع المقاومات المتغيِّرة وهي:

  1. المقاومة المتغيِّرة التي تعمل كمقسم جهد Potentiometer:
    عندما نستخدم الأطراف الثّلاثة في دارة ونحصل على جهد الخَرْج من الطّرف المتحرّك عندها تُعرّف المقاومة على أنها Potentiometer ، وتبدو كأنّها دارة مقسّم جهد.
                                                                                          الشكل (5)يتّصل هنا الطّرفين الثابتَين مع منبع الجهد، أي أنّ هبوط الجهد على كامل مسار المقاومة مساوٍ لقيمة جهد المنبع، أمّا دارة الخَرْج فتوصَل مع الطّرف المتحرّك، ويؤدي تغيير موضع الجزء المتحرّك إلى تغيير قيمة المقاومة وكذلك الجهد على الحمل.
    يمكن أن يأخذَ المسارُ المقاوِم شكلَ قوس أو شكل خطّ، وتُحدِّد بنيةُ المقاومة هذا الشّكل.
    تُمثَّل Potentiometer بالشّكل التّالي:
                                                                            الشكل (6)
  2. ريوستات Rheostat :

عندما نستخدم المقاومة المتغيّرة للتحكّم بتدفُّق التّيّار تُعرَف باسم ريوستات . نستخدم هنا واحداً من الأطراف الثاّبتة مع الطّرف المتحرّك فقط ، أمّا الثّالث فيبقى حرّاً غيرَ مستخدم.
يساعد التّوصيل بهذه الطريقة على زيادة وإنقاص التّيّار في الدّارة عبر تغيير موضع الطّرف المتحرّك، حيث كلّما تغيّرت المقاومة يتغيّر التّيّار بشكل عكسيّ، أي كلّما زادت المقاومة ينقص تدفُّق التّيّار في الدّارة.
طالما أنّ المقاومات عليها تحمّل مقدار كبير من التّيّار، فلابدّ أن تمتلك قوّةً ميكانيكيّةً كافية لتحمّل تغيّرات تدفّق التّيّارعبرها، ولذلك فإنّ المقاومة المصنوعة من سلك ملفوف wire-wound  هي الخيار الأكثرُ شيوعاً عندما تعمل المقاومة كـ ريوستات.
يمكن توصيل أيّ مقاومة متغيّرة بثلاثة أطرافٍ لتصبح ريوستات عبر قصر الطّرف الثّابت غير المستخدَم مع الطّرَف المتحرّك ليشكِّلا سويةً طرفاً وحيداً.

                                                                            الشكل (7)

3.المقاومة المعدّة مسبقاً Presets:

تُعَدّ نسخةً مصغَّرةً من المقاومات المتغيِّرة، لها ثلاثة أطراف.
يمكن أن تركَّب على الدّارة مباشرةً، وغالباً تُضبَط قيمتُها مرةً واحدةً فقط عند عملية معايرة الدّارة.
لها برغي يمكن تدويرُه باستخدام مفكّ البراغي للحصول على المقاومة المطلوبة، وتتغيَّر المقاومة هنا بشكل لوغاريتميّ.

                                                                 الشكل (8)

التطبيقات:

تُستخدَم المقاومة المتغيِّرة عندما يُطلَب التّحكّم بالجهد وضبط التّيّار.
في تطبيقات التّحكّم بالجهد يفضّل حينها استخدام الـ Potentiometer، حيث يتّصل المنبع مع المسار المقاوِم عبر الطّرفين الثابتَين، أما الحَمْل فيوصَل مع الطّرف المتحرّك، وكلّما تغيّر المسار المقاوِم يتغيَّر الجهد على الحمل.

في تطبيقات أخرى نستخدم ريوستات عندما يُطلَب الحدّ من التّيّار، حيث يكون لدينا نهايةً واحدةً من الشّريط المقاوم ويتّصل الطّرف المتحرّك مع الدّارة.
تزداد قيمة المقاومة ويتدفق التّيّار عبر الدّارة بشكل أقلَّ كلّما انزلق الطرف المتحرِّك بعيداً عن النهاية المتّصلة بالمسارالمقاوم.

أما الـ Presets قد تتواجد في دارات التّحكّم الصوتيّ، والتلفزيون، والتّحكّم بالحركة، ومحولات الطّاقة، والحوسبة، وتطبيقات المنزل الالكترونيّ، والهزّازات، والحسّاسات وغيرها.


المصدر: من هنا
ترجمة: رهام حبيب , مراجعة: علي العلي , تدقيق لغوي: مي همدر , تصميم: وليد برهوم , تحرير: قحطان غانم

 

 

 

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *