مقاومت حرارتی و نوری چیست و چگونه کار می کند؟

همانطور که می دانیم، مقاومت ها به دو نوع ثابت و متغیر دسته بندی می شوند. جالب اینجاست که مقاومت ها فقط برای محدود کردن جریان، افت ولتاژ و اتلاف توان ختم نمی شوند. انواع خاصی از مقاومت ها وجود دارند که به عنوان مبدل نیز عمل می کنند و بنابراین می توان از آنها به عنوان حسگر در مدارها استفاده نمود. مبدل، وسیله ای است که تغییرات کمیت فیزیکی را به سیگنال های الکتریکی یا بالعکس تبدیل می کند. برخی از انواع خاصی از مقاومت ها، مقاومت خود را به کمیت فیزیکی مانند نور فرودی، فشار، دما، ولتاژ یا میدان مغناطیسی وابسته هستند. این وابستگی مقاومت آنها به یک کمیت فیزیکی، به اندازه گیری کمیت فیزیکی خاص یا طراحی حسگر مربوطه کمک می کند.

در این مقاله قصد داریم به معرفی و چگونگی عملکرد دو مقاومت حرارتی یا ترمیستور و مقاومت نوری یا LDR بپردازیم.

دوره های آموزش طراحی برد و آموزش تعمیرات برد الکترونیکی در آموزشگاه فنی حرفه ای فن آموزان بصورت کاملا عملی و تخصصی ویژه بازار کار برگزار می شود. تمامی دوره ها تحت نظارت سازمان فنی حرفه ای در کارگاههای مجهز و با اعطای مدرک معتبر برگزار می شود. برای دریافت اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان تماس بگیرید.

فیلم تشریح کامل مقاومت حرارتی و نوری

ترمیستور یا مقاومت حرارتی چیست؟

ترمیستور یا مقاومت حرارتی، به عنوان نوعی از مقاومت تعریف می شود که مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما، تغییر می کند. اگرچه مقاومت تمام مقاومت ها با دما کمی نوسان دارند، ترمیستور به تغییرات دما بسیار حساس تر است.

ترمیستورها به عنوان یک جزء غیرفعال یا به عبارت دیگر پسیو، در مدار عمل می کنند. آنها روشی دقیق، ارزان و قوی برای اندازه گیری دما هستند. در حالی که ترمیستورها در دماهای بسیار گرم یا سرد به خوبی کار نمی کنند، اما کاربردهای مختلف بسیاری دارند.

لازم به ذکر است، ترمیستورها زمانی ایده آل هستند که نیاز به خواندن دقیق دما باشد. نماد مدار یک ترمیستور در زیر نشان داده شده است:

کاربرد ترمیستورها

ترمیستورها کاربردهای مختلفی دارند. آنها به طور گسترده ای صورت روشی برای اندازه گیری دما به عنوان دماسنج، در بسیاری از محیط های مختلف مایع و هوای محیط استفاده می شوند. برخی از رایج ترین کاربردهای ترمیستورها عبارتند از:

• دماسنج دیجیتال (ترموستات)
• کاربردهای خودرو (برای اندازه گیری دمای روغن و مایع خنک کننده در خودروها و کامیون ها)
• لوازم خانگی (مانند مایکروویو، یخچال و فر)
• حفاظت مدار (مثلاً حفاظت از نوسانات)
• باتری های قابل شارژ (از حفظ دمای صحیح باتری اطمینان حاصل کنید)
• برای اندازه گیری هدایت حرارتی مواد الکتریکی
• در بسیاری از مدارهای الکترونیکی اولیه (مثلاً به عنوان بخشی از کیت استارت آردوینو مبتدی) مفید است.
• جبران دما (یعنی حفظ مقاومت برای جبران اثرات ناشی از تغییرات دما در قسمت دیگری از مدار)
• در مدارهای پل وتستون

نحوه عملکرد ترمیستور

اصل کار یک ترمیستور این است که میزان مقاومت آن، به دمای آن بستگی دارد. می توانیم مقاومت ترمیستور را با استفاده از اهم متر اندازه گیری کنیم. اگر رابطه دقیقی بین چگونگی تأثیر تغییرات دما بر مقاومت ترمیستور بدانیم، با اندازه گیری مقاومت ترمیستور می توانیم دمای آن را بدست آوریم.

میزان تغییر مقاومت به نوع ماده استفاده شده در ترمیستور بستگی دارد. لازم به ذکر است که رابطه بین دما و مقاومت ترمیستور غیر خطی است. یک نمودار ترمیستور معمولی در زیر نشان داده شده است:

اگر یک ترمیستور همانند نمودار بالا داشته باشیم، می‌ توانیم به سادگی مقاومت اندازه ‌گیری شده توسط اهم ‌متر را با دمای نشان ‌داده شده در نمودار ردیف کنیم.

به این صورت که با رسم یک خط افقی در مقابل مقاومت در محور y، و کشیدن یک خط عمودی به پایین از جایی که این خط افقی با نمودار قطع می شود، می توانیم دمای ترمیستور را بدست آوریم.

انواع ترمیستور

به طور کلی دو نوع ترمیستور وجود دارد:

• ترمیستور ضریب دمایی منفی (NTC)
• ترمیستور ضریب دمای مثبت (PTC)

1. ترمیستور NTC

در ترمیستور NTC با افزایش دما، مقاومت کاهش می یابد و با کاهش دما، مقاومت افزایش می یابد. بنابراین در یک ترمیستور NTC دما و مقاومت نسبت عکس دارند.

2. ترمیستور PTC

در یک ترمیستور PTC، هنگامی که دما افزایش می یابد، مقاومت نیز افزایش می یابد و با کاهش دما، مقاومت کاهش می یابد.  اگرچه ترمیستورهای PTC به اندازه ترمیستورهای NTC رایج نیستند، اما اغلب به عنوان نوعی محافظ مدار استفاده می شوند. مشابه عملکرد فیوزها، ترمیستورهای PTC می توانند به عنوان دستگاه محدود کننده جریان عمل کنند.

هنگامی که جریان از دستگاه عبور می کند، مقدار کمی گرمایش مقاومتی ایجاد می کند. اگر جریان به اندازه ‌ای زیاد باشد که گرمای بیشتری نسبت به آنچه دستگاه می ‌تواند به محیط اطراف خود از دست بدهد، تولید کند، دستگاه گرم می ‌شود.

در ترمیستور PTC این گرم شدن باعث افزایش مقاومت آن نیز می شود. این یک اثر خود تقویت کننده ایجاد می کند که مقاومت را به سمت بالا هدایت می کند، بنابراین جریان را محدود می کند. به این ترتیب، به عنوان یک وسیله محدود کننده جریان عمل می نماید و  از مدار محافظت می کند.

مقاومت نوری چیست؟

LDR یا مقاومت وابسته به نور، همانطور که از نامش مشخص است نوع خاصی از مقاومت است که بر اساس اصل رسانایی نوری کار می کند به این معنی که مقاومت با توجه به شدت نور تغییر می کند. مقاومت آن با افزایش شدت نور کاهش می یابد. اغلب به عنوان سنسور نور، نورسنج، چراغ های خیابانی خودکار و در مناطقی که نیاز به حساسیت نوری داریم استفاده می شوند.

مقاومت‌ های نوری قطعات الکترونیکی هستند که اغلب در طراحی مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که تشخیص وجود یا سطح نور ضروری است.

LDRها با سایر اشکال مقاومت مانند مقاومت فیلم کربنی، مقاومت فیلم اکسید فلزی، مقاومت فیلم فلزی و موارد مشابه که به طور گسترده در سایر طراحی های الکترونیکی استفاده می شوند بسیار متفاوت هستند. آنها به طور خاص برای حساسیت به نور و تغییر در مقاومت آنها طراحی شده اند.

نحوه عملکرد مقاومت نوری (LDR)

این ماده بر اساس اصل رسانایی نوری کار می کند، هرگاه نور بر روی ماده رسانای نوری آن بیفتد، انرژی خود را جذب می کند و الکترون های آن ماده رسانای نوری که در باند ظرفیت قرار دارند برانگیخته می شوند و به نوار رسانایی می روند و در نتیجه رسانایی را با افزایش مقدار افزایش می دهد.  همچنین انرژی در نور فرودی باید بیشتر از انرژی شکاف باند باشد تا الکترون های نوار ظرفیت برانگیخته شده و به نوار رسانایی بروند.

LDR در تاریکی حدود 1012 اهم بیشترین مقاومت را دارد و با افزایش نور این مقاومت کاهش می یابد.

تفاوت بین فوتوسل و LDR

فتودیودها پاسخ سریع می دهند و در جاهایی که لازم است برای تشخیص واکنش سریع روشن و خاموش مانند ارتباطات نوری، اپتوایزولاتورها استفاده می شوند. فتودیودها دستگاه های نیمه هادی هستند و روی اتصالات PN کار می کنند. فتودیود بر اساس اصل تبدیل انرژی نور به انرژی الکتریکی کار می کند در حالی که LDR یک مقاومت است و مقاومت آن با افزایش شدت نور کاهش می یابد.

انواع مقاومت نوری (LDR)

مقاومت نوری دو نوع مختلف دارد که عبارتند از:

1. مقاومت نوری ذاتی

این نوع مقاومت نوری با نیمه هادی های خالص و بدون هیچ گونه دوپینگ ساخته می شود. این نیمه هادی های خالص عبارتند از سیلیکون و ژرمانیوم. وقتی نور فرودی با مقدار کافی انرژی روی آن می افتد، الکترون ها آن انرژی را به دست می آورند و برانگیخته می شوند و تعداد کمی از آنها به باند رسانایی می روند.

2. مقاومت نوری خارجی

این نوع مقاومت نوری از نیمه هادی دوپ شده استفاده می کند. این بدان معناست که مقداری ناخالصی با نیمه هادی مخلوط می شود تا این مقاومت نوری ساخته شود.

کاربرد مقاومت نوری

مقاومت‌ های نوری در کاربردهای مختلف یافت شدهو در بسیاری از طرح ‌های مدارهای الکترونیکی مختلف دیده می ‌شوند. ساختار بسیار ساده ای دارند و دستگاه های کم هزینه و مقاومی هستند. آنها به طور گسترده در بسیاری از موارد مختلف تجهیزات الکترونیکی و طرح های مدار استفاده می گردند، از جمله نورسنج های عکاسی، هشدارهای آتش یا دود و همچنین دزدگیر. علاوه بر آن، از آنها به عنوان کنترل روشنایی برای لامپ های خیابان استفاده می شود.

مقاومت نوری بیرونی برای طول موج ‌های طولانی‌ تر حساسیت ایجاد می‌ کنند و در نتیجه در طرح‌ های مدارهای الکترونیکی مختلف به ‌عنوان آشکارسازهای نوری مادون قرمز محبوب هستند. برای تشخیص تشعشعات هسته ای نیز می توان از مقاومت نوری استفاده کرد.

آموزشگاه فن آموزان در دپارتمان برق خود دوره ها تخصصی الکترونیک ، تعمیرات و کنترل ابزار دقیق از جمله دوره آموزش تعمیرات موبایل ، آموزش تابلو برق ، آموزش برق صنعتی ، آموزش برق ساختمان ، آموزش آردوینو و بالغ بر هشتاد دوره آموزشی دیگر را بصورت کاربردی ویژه بازار کار ارائه می دهد. جهت اطلاع از نحوه برگزاری دوره ها و مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.