اقرأ في هذا المقال
- تعريف مقاومات تكوين الكربون
- على ماذا تعتمد مقاومة تكوين الكربون؟
- الضوضاء الناتجة عن مقاومة تكوين الكربون
- مزايا وعيوب مقاومات تكوين الكربون
تعريف مقاومات تكوين الكربون:
مقاومة تكوين الكربون (carbon composition resistor)، هي نوع من أنواع المقاومات الثابتة التي تقلل أو تقيد تدفق التيار الكهربائي إلى مستوى معين، هذه المقاومات هي المقاومات الأكثر استخدامًا في الستينيات وما قبلها، ومع ذلك، نادرًا ما يتم استخدام مقاومات تكوين الكربون حاليًا بسبب تكلفتها العالية وثباتها المنخفض، تسمّى مقاومات تكوين الكربون أيضًا “بتكوين الكربون” (carbon composition) أو “مقاومات الكربون” (carbon resistors).
بنية مقاومات تكوين الكربون:
تصنع مقاومات تكوين الكربون من عنصر مقاوم أسطواني صلب مع أسلاك مدمجة أو أغطية طرفية معدنية، يتكون عنصر المقاومة الأسطواني لمقاومة تكوين الكربون من خليط من الكربون أو مسحوق الجرافيت والسيراميك “مصنوع من الطين”، يعمل مسحوق الكربون كموصل جيد للتيار الكهربائي.
العنصر المقاوم الأسطواني الصلب مغطى بالبلاستيك لحماية المقاومة من الحرارة الخارجية، يتم ربط الخيوط المصنوعة من النحاس عند طرفي عنصر المقاومة، في الزمن القديم، لم يتم استخدام أي مواد عازلة في مقاومات تكوين الكربون، ومن ثمّ، حتى في درجات الحرارة المنخفضة، تدخل الحرارة بسهولة في المقاومة وتتلفها، مقاومات تكوين الكربون متوفرة بقيم مقاومة مختلفة تتراوح من أوم واحد (1Ω) إلى (22) ميجا أوم (22 MΩ).
على ماذا تعتمد مقاومة تكوين الكربون؟
تعتمد مقاومة تكوين الكربون على ثلاثة عوامل: كمية الكربون المضافة، وطول القضيب الأسطواني الصلب، ومساحة المقطع العرضي للقضيب الأسطواني الصلب.
كمية الكربون المضافة:
تتناسب مقاومة تكوين الكربون عكسًا مع كمية الكربون المضافة، نحن نعلم أنّ الكربون هو موصل جيد للكهرباء، ومن ثمّ، إذا تمت إضافة كمية أكبر من الكربون، فإنّ كمية أكبر من التيار الكهربائي تتدفق ويتم حظر كمية صغيرة فقط من التيار الكهربائي.
وبالتالي، فإنّ مقاومة تكوين الكربون مع المزيد من الكربون لديها مقاومة منخفضة، إذا تمت إضافة كمية أقل من الكربون، يتم حظر تدفق كمية صغيرة فقط من التيار الكهربائي وكمية أكبر من التيار الكهربائي، وبالتالي، فإنّ مقاومة تكوين الكربون مع كمية أقل من الكربون لديها مقاومة أكبر.
طول القضيب الأسطواني الصلب:
مقاومة تكوين الكربون تتناسب طرديًا مع طول القضيب الأسطواني الصلب، يوفر القضيب الأسطواني ذو الطول الطويل مقاومة عالية للتيار الكهربائي لأنّ الإلكترونات الحرة يجب أن تنتقل لمسافات كبيرة، ومن ثمّ، فإنّ احتمال اصطدام الإلكترونات بالذرات مرتفع، وهكذا، يصطدم عدد كبير من الإلكترونات الحرة بالذرات، يفقد العدد الكبير من الإلكترونات الحرة، التي تصطدم بالذرات طاقتها على شكل حرارة، ويتحرك العدد الصغير المتبقي من الإلكترونات الحرة بحرية، العدد الصغير من الإلكترونات الحرة، التي تتحرك بحرية، سيحمل التيار الكهربائي، لذلك، تتدفق كمية صغيرة فقط من التيار الكهربائي عبر مقاومة تكوين الكربون.
يوفر القضيب الأسطواني ذو الطول القصير مقاومة منخفضة للتيار الكهربائي لأنّ الإلكترونات الحرة يجب أن تنتقل لمسافة صغيرة فقط، ومن ثمّ، فإنّ احتمال اصطدام الإلكترونات بالذرات أقل، وهكذا، يصطدم عدد قليل فقط من الإلكترونات الحرة بالذرات، يفقد العدد القليل من الإلكترونات الحرة، التي تصطدم بالذرات طاقتها على شكل حرارة، ويتحرك العدد الكبير المتبقي من الإلكترونات الحرة بحرية، العدد الكبير من الإلكترونات الحرة، التي تتحرك بحرية، سيحمل التيار الكهربائي، لذلك، تتدفق كمية كبيرة من التيار الكهربائي عبر مقاومة تكوين الكربون.
مساحة المقطع العرضي للقضيب الأسطواني الصلب:
تتناسب مقاومة تكوين الكربون عكسًا مع مساحة المقطع العرضي للقضيب الأسطواني، يوفر القضيب الأسطواني ذو مساحة المقطع العرضي الكبيرة مساحة كبيرة للإلكترونات الحرة للتحرك بحرية، ومن ثمّ، فإنّ احتمالية اصطدام الإلكترونات الحرة بالذرات منخفضة، وبالتالي، تتدفق كمية كبيرة من التيار الكهربائي عبر مقاومة تكوين الكربون.
يوفر القضيب الأسطواني ذو مساحة المقطع العرضي الصغيرة مساحة صغيرة فقط لتحرك الإلكترونات الحرة، ومن ثمّ، فإنّ احتمال اصطدام الإلكترونات الحرة بالذرات مرتفع، وبالتالي، فإنّ كمية صغيرة فقط من التيار الكهربائي تتدفق عبر مقاومة تكوين الكربون.
الضوضاء الناتجة عن مقاومة تكوين الكربون:
تولد مقاومة تكوين الكربون نوعين من الضوضاء: ضوضاء جونسون (Johnson noise) أو الضوضاء الحرارية (thermal noise) وضوضاء التيار (current noise).
ضوضاء جونسون – Johnson noise:
ضوضاء جونسون هي الضوضاء الحرارية الناتجة عن ناقلات الشحنة بسبب التحريض الحراري (thermal agitation).
ضوضاء التيار – Current noise:
ضوضاء التيار هي الضوضاء الناتجة عن التغيرات الداخلية في المقاومة عندما يتدفق التيار من خلاله.
مزايا وعيوب مقاومات تكوين الكربون:
مزايا مقاومات تكوين الكربون:
- الميزة الرئيسية لمقاومة تكوين الكربون هي قدرته على تحمل نبضات الطاقة العالية.
- تكلفة مقاومة تكوين الكربون منخفضة.
عيوب مقاومات تكوين الكربون:
- ضعف الاستقرار (Poor stability): ضعف الاستقرار هو العيب الرئيسي لمقاومة تكوين الكربون، حتى في غضون فترة قصيرة، ستتغير مقاومة تكوين الكربون بسرعة.
- توليد ضوضاء عالية.
- الدقة المنخفضة.
- المشكلة الأكثر شيوعًا التي حدثت في مقاومة تكوين الكربون هي امتصاص الماء، عندما تلاحظ مقاومة تكوين الكربون الماء، قد تزيد المقاومة أو تنقص.
