ตัวต้านทาน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

บทความนี้มีลิงก์แทรกในบทความที่ข้ามไปภาษาอื่นโดยเป็นลิงก์สีฟ้าอ่อน
โดยผู้เขียนใส่ไว้เพื่อสะดวกในการเขียน และควรแก้ลิงก์ภาษาอื่นเป็นข้อความธรรมดา เมื่อมีลิงก์ภาษาไทยที่ถูกต้อง หรือเห็นควร เพื่อไม่ให้ผู้อ่านสับสน



ต้วต้านทาน		ตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้

สัญลักษณ์ตัวต้านทาน

ตัวต้านทาน หรือรีซิสเตอร์ (resistor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดสองขั้ว ที่สร้างความต่างศักย์ทางไฟฟ้าขึ้นคร่อมขั้วทั้งสอง โดยมีสัดส่วนมากน้อยตามกระแสที่ไหลผ่าน อัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ และปริมาณกระแสไฟฟ้า ก็คือ ค่าความต้านทานทางไฟฟ้า หรือค่าความต้านทาน

หน่วยค่าความต้านทานไฟฟ้าตามระบบเอสไอ (SI unit) คือ โอห์ม (ohm) อุปกรณ์ที่มีความต้านทาน ค่า 1 โอห์ม หากมีความต่างศักย์ 1 โวลต์ไหลผ่าน จะให้กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ ซึ่งเท่ากับการไหลของประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ (ประมาณ 6.241506 × 1018 อิเล็กตรอน) ต่อวินาที

สารบัญ

1 ชนิดของตัวต้านทาน
2 การอ่านค่าความต้านทาน
3 การคำนวณ
- 3.1 กฎของโอห์ม
- 3.2 วงจรอนุกรม และวงจรขนาน

[แก้] ชนิดของตัวต้านทาน

A few types of resistor

ตัวต้านทานอาจแบ่งออกเป็น ตัวต้านทานที่มีค่าคงที่ และ ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้

[แก้] ตัวต้านทานแบบมีค่าคงที่

ตัวต้านทานทั่วไปอาจมีรูปร่างเป็นทรงกระบอก โดยที่มีสารตัวต้านทานอยู่ที่แกนกลาง หรือ เป็นฟิลม์อยู่ที่ผิว และมีแกนโลหะตัวนำออกมาจากปลายทั้งสองข้าง ตัวต้านทานที่มีรูปร่างนี้เรียกว่า ตัวต้านทานรูปร่างแบบ แอกเซียล ดังในรูปด้านขวามือ ตัวต้านทานใช้สำหรับกำลังสูงจะถูกออกแบบให้มีรูปร่างที่สามารถถ่ายเทความร้อนได้ดี โดยมักจะเป็น ตัวต้านทานแบบขดลวด ตัวต้านทานที่มักจะพบเห็นบนแผงวงจร เช่นคอมพิวเตอร์นั้น โดยปกติจะมีลักษณะเป็น ตัวต้านทานแบบประกบผิวหน้า (surface-mount|) ขนาดเล็ก และไม่มีขาโลหะตัวนำยื่นออกมา นอกจากนั้นตัวต้านทานอาจจะถูกรวมอยู่ภายใน อุปกรณ์วงจรรวม (IC - integrated circuit) โดยตัวต้านทานจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิต และแต่ละ IC อาจมีตัวต้านทานถึงหลายล้านตัวอยู่ภายใน

[แก้] ตัวต้านทานปรับค่าได้

ตัวต้านทานปรับค่าได้ เป็นตัวต้านทาน ที่ค่าความต้านทานสามารถปรับเปลี่ยนได้ โดยอาจมีปุ่มสำหรับ หมุน หรือ เลื่อน เพื่อปรับค่าความต้านทาน และบางครั้งก็เรียก โพเทนติโอมิเตอร์ (potentiometers) หรือ รีโอสแตต (rheostats)

ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ มีทั้งแบบที่หมุนได้เพียงรอบเดียว จนถึง แบบที่หมุนแบบเป็นเกลียวได้หลายรอบ บางชนิดมีอุปกรณ์แสดงนับรอบที่หมุน เนื่องจากตัวต้านทานปรับค่าได้นี้ มีส่วนของโลหะที่ขัดสีสึกกร่อน บางครั้งจึงอาจขาดความน่าเชื่อถือ ในตัวต้านทานปรับค่าได้รุ่นใหม่ จะใช้วัสดุซึ่งทำจากพลาสติกที่ทนทานต่อการสึกกร่อนจากการขัดสี และ กัดกร่อน

รีโอสแตต (rheostat): เป็นตัวต้านทานปรับค่าได้มี 2 ขา โดยที่ขาหนึ่งถูกยึดตายตัว ส่วนขาที่เหลือเลื่อนไปมาได้ ปกติใช้สำหรับส่วนที่มีปริมาณกระแสผ่านสูง
โพเทนติโอมิเตอร์ (potentiometer): เป็นตัวต้านทานปรับค่าได้ ที่พบเห็นได้ทั่วไป โดยเป็นปุ่มปรับความดัง สำหรับเครื่องขยายเสียง

[แก้] ตัวต้านทานชนิดอื่น ๆ

วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (metal oxide varistor-MOV) เป็นตัวต้านทานที่มีคุณสมบัติพิเศษคือ มีค่าความต้านทาน 2 สถานะ คือ ค่าความต้านทานสูงมากที่ ความต่างศักย์ต่ำ(ต่ำกว่าค่าความต่างศักย์กระตุ้น) และ ค่าความต้านทานต่ำมากที่ ความต่างศักย์สูง (สูงกว่าความต่างศักย์กระตุ้น) ใช้ประโยชน์ในการป้องกันวงจร เช่น ใช้ในการป้องกันความเสียหายจากฟ้าผ่าลงเสาไฟฟ้า หรือใช้เป็น สนับเบอร์ ในวงจรตัวเหนี่ยวนำ
เทอร์มิสเตอร์ (thermistor) เป็นตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามระดับอุณหภูมิ แบ่งเป็นสองประเภท คือ ตัวต้านทานที่
- มีค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นบวก (PTC - Positive Temperature Coefficient) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความต้านทานมีค่าสูงขึ้นตาม มีพบใช้ในวงจรเครื่องรับโทรทัศน์ โดยต่ออนุกรมกับ ขดลวดลบสนามแม่เหล็ก (demagnetizing coil) เพื่อป้อนกระแสในช่วงเวลาสั้น ๆ ให้กับขดลวดในขณะเปิดโทรทัศน์ นอกจากนั้นแล้ว ตัวต้านทานประเภทนี้ยังมีการออกแบบเฉพาะเพื่อใช้เป็น ฟิวส์ (fuse) ที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เรียกว่า โพลีสวิตช์ (polyswitch)
- มีค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นลบ (NTC - Negative Temperature Coefficient) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความต้านทานมีค่าลดลง ปกติใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดอุณหภูมิ
เซนซิสเตอร์ (sensistor) เป็นตัวต้านทานที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ มีค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นลบ ใช้ในการชดเชยผลของอุณหภูมิ ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ตัวต้านทานปรับค่าตามแสง ดูบทความหลัก โฟโตรีซิสเตอร์
ลวดตัวนำ ลวดตัวนำทุกชนิด ยกเว้น ซุปเปอร์คอนดักเตอร์ จะมีความต้านทานซึ่งเกิดจากเนื้อวัสดุที่ใช้ทำลวดนั้น โดยจะขึ้นกับ ภาคตัดขวางของลวด และ ค่าความนำไฟฟ้าของเนื้อสาร

[แก้] การอ่านค่าความต้านทาน

ตัวต้านทานแบบแอกเซียล ส่วนใหญ่จะระบุค่าความต้านทานด้วยแถบสี ส่วนแบบประกบผิวหน้านั้นจะระบุค่าด้วยตัวเลข

[แก้] ตัวต้านทานแบบมี 4 แถบสี

ตัวต้านทานแบบมี 4 แถบสีนั้นเป็นแบบที่นิยมใช้มากที่สุด โดยจะมีแถบสีระบายเป็นเส้น 4 เส้นรอบตัวต้านทาน โดยค่าตัวเลขของ 2 แถบแรกจะเป็น ค่าสองหลักแรกของความต้านทาน แถบที่ 3 เป็นตัวคูณ และ แถบที่ 4 เป็นค่าขอบเขตความเบี่ยงเบน ซึ่งมีค่าเป็น 2%, 5%, หรือ 10%

ค่าของรหัสสีตามมาตรฐาน EIA EIA-RS-279

สี	แถบ 1	แถบ 2	แถบ 3(ตัวคูณ)	แถบ 4(ขอบเขตความเบี่ยงเบน)	สัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิ
ดำ	0	0	×10⁰
น้ำตาล	1	1	×10¹	±1% (F)	100 ppm
แดง	2	2	×10²	±2% (G)	50 ppm
ส้ม	3	3	×10³		15 ppm
เหลือง	4	4	×10⁴		25 ppm
เขียว	5	5	×10⁵	±0.5% (D)
น้ำเงิน	6	6	×10⁶	±0.25% (C)
ม่วง	7	7	×10⁷	±0.1% (B)
เทา	8	8	×10⁸	±0.05% (A)
ขาว	9	9	×10⁹
ทอง			×0.1	±5% (J)
เงิน			×0.01	±10% (K)
ไม่มีสี				±20% (M)

หมายเหตุ: สีแดง ถึง ม่วง เป็นสีรุ้ง โดยที่สีแดงเป็นสีพลังงานต่ำ และ สีม่วงเป็นสีพลังงาน

[แก้] ค่าที่พึงประสงค์

ตัวต้านทานมาตรฐานที่ผลิต มีค่าตั้งแต่มิลลิโอห์ม จนถึง จิกะโอห์ม ซึ่งในช่วงนี้ จะมีเพียงบางค่าที่เรียกว่า ค่าที่พึงประสงค์ เท่านั้นที่ถูกผลิต และตัวทรานซิสเตอร์ที่เป็นอุปกรณ์แยกในท้องตลาดเหล่านี้นั้น ในทางปฏิบัติแล้วไม่ได้มีค่าตามอุดมคติ ดังนั้นจึงมีการระบุของเขตของการเบี่ยงเบนจากค่าที่ระบุไว้ โดยการใช้แถบสีแถบสุดท้าย:

เงิน 10%

ทอง 5%

แดง 2%

น้ำตาล 1%

นอกจากนี้แล้ว ตัวต้านทานที่มีความแม่นยำมากกว่าปกติ ก็มีขายในท้องตลาด

[แก้] ตัวต้านทานแบบมี 5 แถบสี

5 แถบสีนั้นปกติใช้สำหรับตัวต้านทานที่มีความแม่นยำสูง (โดยมีค่าขอบเขตของความเบี่ยงเบน 1%, 0.5%, 0.25%, 0.1%) แถบสี 3 แถบแรกนั้นใช้ระบุค่าความต้านทาน แถบที่ 4 ใช้ระบุค่าตัวคูณ และ แถบที่ 5 ใช้ระบุขอบเขตของความเบี่ยงเบน ส่วนตัวต้านทานแบบ 5 แถบสีที่มีความแม่นยำปกติ มีพบได้ในตัวต้านทานรุ่นเก่า หรือ ตัวต้านทานแบบพิเศษ ซึ่งค่าขอบเขตของความเบี่ยงเบน จะอยู่ในตำแหน่งปกติคือ แถบที่ 4 ส่วนแถบที่ 5 นั้นใช้บอกค่าสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิ

[แก้] ตัวต้านทานแบบ SMT

ตัวต้านทานแบบประกบผิวหน้า ระบุค่าความต้านทานด้วยรหัสตัวเลข โดยตัวต้านทาน SMT ความแม่นยำปกติ จะระบุด้วยรหัสเลข 3 หลัก สองหลักแรกบอกค่าสองหลักแรกของความต้านทาน และ หลักที่ 3 คือค่าเลขยกกำลังของ 10 ตัวอย่างเช่น "472" ใช้หมายถึง "47" เป็นค่าสองหลักแรกของค่าความต้านทาน คูณด้วย 10 ยกกำลังสอง $47 \times 10^2 = 47 \times 100 = 4700$ โอห์ม ส่วนตัวต้านทาน SMT ความแม่นยำสูง จะใช้รหัสเลข 4 หลัก โดยที่ 3 หลักแรกบอกค่าสามหลักแรกของความต้านทาน และ หลักที่ 4 คือค่าเลขยกกำลังของ 10

[แก้] การระบุค่าในเชิงอุตสาหกรรม

ในทางอุตสาหกรรม จะระบุค่าความต้านทานด้วยเลข 3 หลัก สองหลักแรกเป็นตัวเลขค่าความต้านทาน และ หลักที่ 3 ระบุจำนวนเลข 0 ตามหลังเลขค่าความต้านทานสองหลักแรก
สำหรับค่าความต้านทานที่น้อยกว่า 10 $Ω$ ตัวอักษร (G) ซึ่งใช้แทนในตำแหน่งตัวเลขหลักที่ 3 ใช้หมายถึงคูณค่าสองหลักแรกด้วย 0.1

ตัวอย่าง: 27G หมายถึงค่าความต้านทาน 2.7 $Ω$

ตัวเลขหลักที่ 4 ที่ตามหลังเลขระบุค่าความต้านทาน คือ ค่าเปอร์เซนต์ขอบเขตของความเบี่ยงเบน
ตัวเลขแทนค่าขอบเขตของความเบี่ยงเบน $\pm$ 5%, $\pm$ 10% and $\pm$ 20% คือ 5, 1 และ 2 ตามลำดับ
ค่าอัตรากำลังระบุเป็นตัวอักษร 2 ตัว นำหน้าตัวเลขรหัสระบุค่าความต้านทาน คือ BB, CB, EB, GB, HB, GM และ HM สำหรับ ${\frac {1}{8}}, {\frac{1}{4}}, {\frac{1}{2}}$ , 1, 2, 3 และ 4 วัตต์ ตามลำดับ

$\spadesuit$ สิ่งที่แตกต่างระหว่าง อุปกรณ์ระดับคุณภาพ เชิงพาณิชย์ และ เชิงอุตสาหกรรม คือ ช่วงอุณหภูมิของการใช้งาน

อุปกรณ์ในเชิงพาณิชย์ : $0^\circ$ C to $70^\circ$ C

อุปกรณ์ในเชิงอุตสาหกรรม : $-25^\circ$ C to $+85^\circ$ C

[แก้] การคำนวณ

[แก้] กฎของโอห์ม

กฎของโอห์ม (Ohm's law) เป็นสมการที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์, กระแสไฟฟ้า และความต้านทานของวัตถุต่างๆ มีอยู่ว่า

$V = I \cdot R$

เมื่อ V คือความต่างศักย์ในวัตถุ ในหน่วยโวลต์, I คือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวัตถุ ในหน่วยแอมแปร์ และ R คือความต้านทานในหน่วยโอห์ม

[แก้] วงจรอนุกรม และวงจรขนาน

ตัวต้านทานที่ต่อแบบขนาน จะมีความต่างศักย์เท่ากันทุกตัว เราจึงหาความต้านทานที่สมมูล (R_eq) เสมือนว่ามีตัวต้านทานเพียงตัวเดียว ได้ดังนี้

$\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n}$

เราสามารถแทนตัวต้านทานที่ต่อขนานกัน ด้วยเส้นตรง 2 เส้น "||" ได้ สำหรับตัวต้านทาน 2 ตัว เราจะเขียนดังนี้

$R_{eq} = R_1 \| R_2 = {R_1 R_2 \over R_1 + R_2}$

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรมจะเท่ากันเสมอ แต่ความต่างศักย์ของตัวต้านทานแต่ละตัวจะไม่เท่ากัน ดังนั้น ความต่างศักย์ทั้งหมดจึงเท่ากับผลรวมของความต่างศักย์ เราจึงหาความต้านทานได้เท่ากับ