ตัวต้านทาน

        ตัวต้านทานเป็นตัวที่ทำหน้าที่จำกัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรตามทีได้กำหนดเอาไว้ซึ่งจะมีสัญลักษณ์ที่ใช้เป็น ( R ) และค่าความต้านทานมีหน่วยวัดทางไฟฟ้าเป็น ( )

        ตัวต้านทานที่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ ตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ ( Fixed Value Resistor ) และตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ ( Variable Value Resistor ) ซึ่งตัวต้านทานค่าคงที่นี้จะมีค่าความต้านทานที่แน่นอน และเป็นค่าที่นิยมมากในงานด้านอิเล็กทรอนิกส์

สำหรับตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้นั้น จะสามารถเลือกค่าความต้านทานที่ต้องการได้โดยการหมุนที่ปุ่มปรับค่าความต้านทาน

สัญญลักษณ์ของตัวต้านทาน

          ตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม ( Carbon Composition Resistor )
ตัวต้านทานชนิดนี้จะนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งจะมีราคาถูก โครงสร้างภายในทำจากวัสดุซึ่งมีคุณสมบัติเป็นตัวต้านทาน โดยที่ปลายทั้งสองข้างจะต่อลวดตัวนำออกมาและบริเวณผิวด้านนอกจะฉาบด้วยฉนวน มีรูปร่างเป็นทรงกระบอก

การที่เรียกตัวต้านทานชนิดนี้ว่าตัวต้านทานแบบคาร์บอนผสม          เนื่องจากวัสดุที่นำมาใช้ทำตัวต้านทานนี้เกิดจากการผสมกันระหว่างผงคาร์บอนและผงของฉนวน ซึ่งการเปลี่ยนอัตราส่วนผสมของวัสดุทั้งสองชนิดนี้จะให้ค่าความต้านทานที่ได้เปลี่ยนแปลงไป ตัวต้านทานชนิดค่าคงที่จำนวน 4 ตัว ซึ่งมีค่าความต้านทานตั้งแต่ 2 โอห์ม จนถึง 10 เมกกะโอห์ม

        ขนาดของตัวต้านทานจะแสดงถึงกำลังงาน ซึ่งอยู่ในรูปของความร้อนที่สามารถแพร่กระจายออกมาได้ ความต้านทานทำหน้าที่จำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าหรืออิเล็กตรอน ดังนั้นสภาวะของการต้านทานหรือขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้านี้จึงเป็นสาเหตุทำให้เกิดความร้อนขึ้น โดยปริมาณความร้อนที่แพร่กระจายออกมาเมื่อเปรียนเทียบกับหน่วยเวลาจะมีหน่วยเป็น วัตต์ (Watts) และตัวต้านทานแต่ละตัวจะมีค่า อัตราทนกำลัง (Wattage Rating) เฉพาะที่แตกต่างกันออกไป โดยตัวต้านทานขนาดใหญ่จะสามารถที่จะแพร่กระจายความร้อนได้ดีกว่า เช่น ตัวต้านทานขนาดใหญ่มีอัตราการแพร่กระจายความร้อน 2 วัตต์ ในขณะที่ความต้านทานตัวเล็กสามารถกระจายความร้อนในอัตราแค่ 1/8 วัตต์

ค่าความเคลื่อน เป็นปัจจัยที่จะต้องพิจารณาอีกประการหนึ่งที่จะต้องพิจารณา ซึ่งค่าความคลาดเคลื่อนนี้เป็นปริมาณความผิดพลาดของค่าความต้านทานที่แตกต่างกันออกไปจากค่าที่กำหนดไว้ เช่น ค่าความต้านทาน 1000 โอห์ม มีค่าความคลาดเคลื่อน 10 % ดังนั้นค่าความต้านทานที่วัดได้จะอยู่ระหว่าง 900 โอห์ม และ 1100 โอห์ม

        ตัวต้านทานชนิดนี้ถูกสร้างโดยการเคลือบแผ่นฟล์มคาร์บอนที่มีคุณสมบัติของค่าความต้านทานลงบนแกนเซรามิค ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวน หลังจากนั้นให้ทำการตัดแต่งฟิล์มคาร์บอนที่ได้ให้เป็นรูปวงแหวนรอบแกนเซรามิค โดยถ้ามีอัตราส่วนของเนื้อคาร์บอนมีปริมาณมากกว่าฉนวนจะทำให้ค่าความต้านทานที่ได้มีค่าต่ำ แต่ถ้าฉนวนมีอัตราส่วนมากกว่าเนื้อของคาร์บอน ความต้านทานที่ได้ก็จะมีค่าสูง ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอนจะมีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำ และสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสูงได้ โดยไม่ทำให้ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงไป นอกจากนั้นสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการใช้ตัวต้านทานชนิดนี้ก็มีค่าน้อยกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม

        ตัวต้านทานชนิดฟิล์มโลหะมีรูปร่างลักษณะ การสร้างทำได้โดยการพ่นฟิล์มโลหะให้เป็นแผ่นบางๆ ลงบนเซรามิครูปทรงกระบอก จากนั้นจึงตัดแผ่นฟิล์มนี้โดยให้มีส่วนที่เป็นแผ่นฟิล์มคั่นอยู่กับฉนวนซึ่งเป็นเซรามิค ตัวต้านทานชนิดฟิล์มโลหะนี้จะมีค่าความคลาดเคลื่อนน้อยมาก และยังทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายนอกได้ดี นอกจากนี้ยังเกิดสัญญาณรบกวนได้น้อยเมื่อเทียบกับตัวต้านทานคาร์บอนชนิดอื่นๆ

       โครงสร้างภายในของตัวต้านทานชนิดนี้เกิดจากพันขดลวดรอบๆ แกนเซรามิค ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวน จากนั้นจึงต่อเข้าด้วยลวดตัวนำจากส่วนหัวและท้านออกมา สำหรับค่าความต้านทานสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยขึ้นอยู่กับความยาวและขนาดของขดลวดที่ใช้พัน

       ตัวต้านทานแบบไวร์วาวด์ ส่วนมากนิยมใช้ในงานที่ต้องการค่าความต้านทานต่ำๆ ทั้งนี้เพื่อให้กระแสไหลผ่านได้ดี ดังนั้นการออกแบบจึงควรให้มีขนาดใหญ่เพื่อช่วยให้สามารถกระจายความร้อนได้มากกว่า ตัวต้านทานแบบไวร์วาวด์นี้จะมีค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 1 % แต่ด้วยโครงสร้างที่ใหญ่และขั้นตอนการผลิตที่ยุ่งยากจึงทำให้ตัวต้านทานชนิดนี้มีราคาแพง

ตัวต้านทานชนิดออกไซด์ของโลหะ ( Metal Oxide Resistor )

         ตัวต้านทานชนิดนี้มีโครงสร้างตัวต้านทานที่เคลือบด้วยออกไซด์โลหะ ประเภทดีบุกลงบนวัสดุที่ใช้เป็นฉนวน โดยอัตราส่วนของออกไซด์โลหะมีคุณสมบัติเป็นตัวนำต่อฉนวน จะเป็นตัวกำหนดค่าความต้านทานให้กับตัวต้านทานชนิดนี้ คุณสมบัติพิเศษสำหรับตัวต้านทานชนิดออกไซด์ของโลหะ คือ สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้

ตัวต้านทานชนิดแผ่นฟิล์มหนา ( Thick - Film Resistor )

         ตัวต้านทานแบบฟิล์มหนามีอยู่ 2 แบบ คือ แบบ SIP ( Single in - line Package ) และ DIP ( Dual in - Line Package )
ตัวต้านทานแบบ SIP จะต่อลวดตัวนำออกจากความต้านทานภายในเพียงแถวเดียว ส่วนตัวต้านทานแบบ DIP จะมีลวดตัวนำ 2 แถว ต่อออกมาภายนอก ซึ่งตัวต้านทานแบบฟิล์มหนาทั้งสองแบบจะได้รับการปรับแต่งให้ค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 2% โดยค่าความต้านทานที่ใช้ในงานทั่วไปของตัวต้านทานชนิดนี้อยู่ระหว่าง 22 โอห์ม ถึง 2.2 เมกะโอห์ม และมีอัตราทนกำลัง ประมาณ 1/2วัตต์

          การปรับปุ่มควบคุมระดับความดัง หรือ วอลลุม ( Volume ) ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวนี้เป็นตัวอย่างของตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ประเภทหนึ่ง
ตัวต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้โดยอาศัยกลไก ตัวต้านทานชนิดนี้เปลี่ยนค่าได้โดยอาศัยกลไกมีอยู่ 2 แบบ ได้แก่
- รีโอสตัส ( Rheostat )
- โพเทนชิโอมิเตอร์ ( Potentiometer )

รีโอสตัส ( 2 ขั้ว : A และ B )
          รูปลักษณะของรีโอสตัสแบบต่างๆ ดังรูป ก ส่วนสัญลักษณ์ของรีโอสตัส ดังแสดงในรูป ข ส่วนรูป ค จะแสดงโครงสร้างภายในของรีโอสตัสแบบวงกลม ซึ่งจะเห็นว่าปลายอีกด้านหนึ่งของผิวสัมผัส เมื่อคันกรีดเคลื่อนที่ออกห่างไปจากบริเวณส่วนที่ขั้วต่ออยู่ จะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น ซึ่งจะแสดงตามรูป ง ซึ่งคันกรีดจะเคลื่อนที่ต่ำลงโดยการหมุนแกนตามเข็มนาฬิกา
ด้วยเหตุนี้กระแสไฟฟ้าจึงไหลผ่านได้น้อยเนื่องจากค่าความต้านทานที่มีค่ามาก ในทางกลับกันถ้าคันกรีดเคลื่อนที่เข้าใกล้ส่วนปลายที่มีขั้วต่ออยู่จะทำให้ค่าความต้านทานลดลง ดังแสดงในรูป จ ซึ่งคันกรีดจะเคลื่อนที่ขึ้นโดยการหมุนแกนทวนเข็มนาฬิกาและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านรีโอสตัสในกรณีนี้จะมีค่ามากเนื่องจากค่าความต้านทานที่ลดลงนั่นเอง

        รูปแสดงลักษณะภายนอกของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบต่างๆ ซึ่งบางครั้งนิยมเรียกอุปกรณ์ชนิดนี้ว่า พอต (Pot) ดังแสดงในรูป ข ความแตกต่างระหว่างโพเทนชิโอมิเตอร์และรีโอสตัส คือจำนวนขั้วต่อใช้งาน ซึ่งขั้วต่อของโพเทนชิโอมิเตอร์จะมี 3 ขั้ว โดยการนำไปใช้งานสามารถต่อค่าความต้านทานได้ 3 แบบ ได้แก่ ระหว่าง A และ B (X) ระหว่าง B และ C (Y) และระหว่าง C และ A (Z) ส่วนที่เพิ่มเข้ามาที่ทำให้โพเทนชิโอมิเตอร์แตกต่างไปจากรีโอสตัส คือ ขั้วที่ 3 ที่ต่อเข้ากับปลายอีกด้านหนึ่งของแถบค่าความต้านทาน

ต้วต้าทานแบบพิเศษ

          จากการที่ได้รู้จักกับตัวต้านทานชนิดเปลี่ยนค่าได้แบบรีโอสตัส และแบบโพเทนชิโอมิเตอร์ไปแล้ว ซึ่งทั้งสองแบบจะเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานโดยอาศัยกลไกเพื่อหมุนแกนที่เชื่อมกับคันกรีด เพื่อไปเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานภายใน แต่ยังมีอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนค่าความต้านทานได้โดยอาศัยหลักการให้พลังงานความร้อนแทนซึ่งอุปกรณ์ชนิดนี้มีชื่อว่า เทอมิสเตอร์์ (Thermister) แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

1. Positive temperrature control thremister (PCT) ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นค่าความต้านทานเทอมิสเตอร์์ จะเพิ่มขึ้นตามด้วย ถ้าอุณหภูมิต่ำค่าความต้านทานเทอมิสเตอร์์ จะลดตามด้วย

2. Negative temperrature control thremister (PCT) ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นค่าความต้านทานเทอมิสเตอร์์ จะลดลง ถ้าอุณหภูมิต่ำค่าความต้านทานเทอมิสเตอร์์ จะเพิ่มขึ้น

 

สัญญลักษณ์ของเทอมิตเตอร์

       อุปกรณ์โฟโตริซิสเตอร์ ( Photoresistor ) มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Light - Dependent Resistor ( LDR ) ซึ่งเป็นตัวต้านทานที่ทำงานโดยอาศัยแสงที่มาตกกระทบ นั่นคือ วัสดุที่ใช้ทำโฟโตริซิสเตอร์ เมื่อถูกแสงจะมีค่าความนำมากขึ้น หรือทำให้ค่าความต้านทานลดลงนั่นเอง โฟโตริซิสเตอร์สร้างจากวัสดุนำแสงที่มีลักษณะเป็นแผ่นบางๆ ซึ่งค่าความต้านทานของวัสดุนี้ลดลงเมื่อมีแสงมาตกกระทบ โดยพลังงานแสงจะถูกดูดซึมจากอะตอมที่มีอยู่มากมายในวัสดุนำแสงนี้และทำให้เกิดการปลดปล่อยอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุด ( Valence Electron ) ออกมา ด้วยเหตุผลของจำนวนอิเล็กตรอนอิสระมากขึ้น จึงทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านโฟโตริซิสเตอร์ได้มาก ดังนั้นจึงทำให้ความต้านทานมีค่าลดลงด้วย
การนำอุปกรณ์โฟโตริซิสเตอร์ไปใช้งาน เช่น การนำไปใช้ในอุปกรณ์ปิดเปิด ไฟส่องสว่างภายนอกอาคาร โดยใช้เวลาช่วงกลางวัน แสงสว่างจากดวงอาทิตย์จะทำให้ค่าความต้านทานของโฟโตริซิสเตอร์ไปลดลง และค่าความต้านทานที่ลดลงนี้จะถูกนำไปใช้ในการปิดไฟส่องสว่าง ส่วนในช่วงเวลากลางคืนค่าความต้านทานของโฟโตริซิสเตอร์จะเพิ่มขึ้น ไฟส่องสว่างจะเปิดอีกครั้ง

             การต่อตัวต้านทานในวงจร สามารถทำได้ 2 แบบ ได้แก่ คือ การต่อแบบอันดับหรือ (แบบอนุกรม) และการต่อขนาน

             ค่าความต้านทานรวมที่เกิดจากนำตัวต้านทานมาต่อกันแบบอันดับจะมีค่าเท่ากับผลรวมของค่าความต้านทานของตัวต้านทานทุกตัวรวมกัน
สูตรที่ใช้ในการคำนวนหาค่าความต้านทานที่ต่อกันแบบอันดับ

ตัวอย่าง
จากวงจรในรูป จงคำนวนหาค่าความต้านทานรวม

         ค่าความต้านทานรวมที่เกิดขึ้นจากการนำตัวต้านทานมาต่อกันแบบขนานจะมีค่าเท่ากับ ผลรวมของส่วนกลับของค่าความต้านทานทุกตัวรวมกัน

สูตรที่ใช้ในการคำนวนหาค่าความต้านทานที่ต่อกันแบบขนาน