ตัวต้านทานทํางานอย่างไรและการใช้งานในวงจร

ตัวต้านทานเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปที่จํากัดขนาดและทิศทางของกระแส ตัวต้านทานทํางานโดยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติตัวต้านทานของวัสดุซึ่งเป็นการปิดกั้นการไหลของกระแสไฟฟ้าได้ดีเพียงใด หน่วยของความต้านทานคือโอห์ม (Ω) และขนาดของความต้านทานขึ้นอยู่กับประเภทรูปร่างและอุณหภูมิของวัสดุ ค่าความต้านทานของตัวต้านทานมักจะระบุด้วยบาร์โค้ดสีหรือตัวเลข และสีที่แตกต่างกันแสดงถึงค่าที่แตกต่างกัน

ตัวต้านทานใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจร พวกเขาสามารถตระหนักถึงฟังก์ชันต่างๆ เช่น การควบคุมกระแส การแบ่งแรงดันไฟฟ้า การกรอง การเอนเอียง และการจับคู่ การควบคุมกระแสเป็นหน้าที่พื้นฐานที่สุดของตัวต้านทาน สามารถปรับขนาดของกระแสไฟฟ้าได้ตามกฎของโอห์ม (V=IR) โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้า I คือกระแส และ R คือความต้านทาน ตัวอย่างเช่น หากมีแหล่งจ่ายไฟ 5V และตัวต้านทาน 0Ω ในวงจร กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานคือ 5V/100Ω=0.05A หรือ 50mA หากตัวต้านทานถูกแทนที่ด้วย 0Ω$ กระแสจะกลายเป็น 5V/200Ω=0.025A ซึ่งก็คือ 25mA ด้วยวิธีนี้ขนาดของกระแสสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนค่าความต้านทานของตัวต้านทาน

ตัวต้านทานยังสามารถใช้เพื่อป้องกันส่วนประกอบอื่น ๆ ในวงจร ตัวอย่างเช่น หากมีแหล่งจ่ายไฟ 5V และตัวต้านทาน 1Ω ในวงจร กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานคือ 5V/1Ω=5A ซึ่งอาจใหญ่เกินไป ทําให้วงจรร้อนเกินไปหรือเสียหาย เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ คุณสามารถเพิ่มตัวต้านทานที่เหมาะสมลงในวงจร เช่น 0Ω$ จากนั้นกระแสจะลดลงเหลือ 5V/100Ω=0.05A ซึ่งก็คือ 50mA จึงช่วยปกป้องความปลอดภัยของวงจร

ตัวต้านทานยังสามารถใช้เพื่อแบ่งแรงดันไฟฟ้า เช่น แบ่งแรงดันไฟฟ้าหนึ่งออกเป็นแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันตั้งแต่สองแรงดันไฟฟ้าขึ้นไป สิ่งนี้ใช้ประโยชน์จากกฎการแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานซึ่งหมายความว่าหากมีตัวต้านทานตั้งแต่สองตัวขึ้นไปในอนุกรมในวงจรแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟจะถูกกระจายไปยังตัวต้านทานแต่ละตัวตามสัดส่วนของตัวต้านทาน ตัวอย่างเช่นหากวงจรมีแหล่งจ่ายไฟ 10V และตัวต้านทานสองตัว 100Ω หนึ่งตัวและ 200Ω หนึ่งตัว แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทาน 100Ω คือ 10V imes 100Ω / (100Ω + 200Ω) = 3.33V แรงดันไฟฟ้าบนตัวต้านทาน 200Ω คือ 10V imes 200Ω / (100Ω + 200Ω) = 6.67V ด้วยวิธีนี้ คุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสองแบบเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน

ตัวต้านทานยังสามารถใช้สําหรับกรอง ซึ่งก็คือการขจัดสัญญาณรบกวนหรือสัญญาณรบกวนออกจากวงจร สิ่งนี้ใช้การรวมกันของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุหรือตัวเหนี่ยวนําเพื่อสร้างตัวกรองความถี่ต่ํา ความถี่สูง แบนด์พาส หรือการปฏิเสธแถบความถี่ ตัวกรองความถี่ต่ําอนุญาตให้ส่งสัญญาณความถี่ต่ําผ่านได้เท่านั้นตัวกรองความถี่สูงอนุญาตให้สัญญาณความถี่สูงผ่านได้เท่านั้นตัวกรองแบนด์พาสอนุญาตให้สัญญาณความถี่ผ่านได้เฉพาะช่วงความถี่ที่กําหนดและตัวกรองแบนด์สต็อปจะบล็อกเฉพาะช่วงความถี่ที่กําหนดเท่านั้น สัญญาณความถี่ผ่าน ตัวอย่างเช่น หากวงจรมีตัวต้านทาน 100Ω และตัวเก็บประจุ 1μF แบบขนาน แสดงว่าวงจรจะเป็นตัวกรองความถี่ต่ํา และความถี่ตัดคือ 1/(2pi RC) = 1.59kHz นั่นคือ เฉพาะความถี่ที่ต่ํากว่า เฉพาะสัญญาณที่ 1.59kHz เท่านั้นที่สามารถผ่านได้ และสัญญาณที่สูงกว่า 1.59kHz จะถูกกรองออก

ตัวต้านทานยังสามารถใช้เพื่ออคติ นั่นคือ เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสการทํางานที่เสถียรสําหรับส่วนประกอบบางอย่างในวงจร สิ่งนี้ใช้ฟังก์ชันการแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสอคัสที่เหมาะสมสําหรับทรานซิสเตอร์ไดโอดออปแอมป์และส่วนประกอบอื่น ๆ ในวงจรเพื่อให้อยู่ในสภาพการทํางานปกติ ตัวอย่างเช่นหากมีแหล่งจ่ายไฟ 10V และตัวต้านทาน 100Ω ในวงจรจะมีแรงดันไฟฟ้า 10V ข้ามตัวต้านทาน หากฐานของทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อกับปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทานฐานของทรานซิสเตอร์จะ แรงดันไฟฟ้าคือ 10V ซึ่งจะเปิดทรานซิสเตอร์

ตัวต้านทานยังสามารถใช้เพื่อจับคู่ เช่น ความต้านทานของส่วนต่างๆ ของวงจรเท่ากันหรือใกล้เคียงกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความเสถียรของวงจร สิ่งนี้ใช้ประโยชน์จากลักษณะอิมพีแดนซ์ของตัวต้านทานนั่นคือตัวต้านทานปิดกั้นสัญญาณ AC มากน้อยเพียงใด อิมพีแดนซ์ยังวัดเป็นโอห์ม (Ω) และขนาดของอิมพีแดนซ์ขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณและความเหนี่ยวนําหรือความจุของตัวต้านทาน อิมพีแดนซ์ของตัวต้านทานสามารถคํานวณได้โดยใช้กฎของโอห์ม (V=IZ) โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้า I คือกระแส และ Z คืออิมพีแดนซ์ ตัวอย่างเช่น หากวงจรมีแหล่งจ่ายไฟ AC 10V และตัวต้านทาน 100Ω กระแสที่ผ่านตัวต้านทานคือ 10V / 100Ω = 0.1A โดยไม่คํานึงถึงความถี่ของแหล่งกําเนิด หากคุณเชื่อมต่อโหลด 100Ω เข้ากับปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทานวงจรจะตรงกันและสามารถถ่ายโอนพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟไปยังโหลดได้อย่างเต็มที่ หากอิมพีแดนซ์ของโหลดไม่เท่ากับ 100Ω แสดงว่าวงจรไม่ตรงกัน และส่วนหนึ่งของพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟจะถูกสะท้อนกลับ ทําให้เกิดการสูญเสียวงจรและการรบกวน

โดยสรุปหลักการทํางานของตัวต้านทานคือการใช้ลักษณะความต้านทานของวัสดุเพื่อ จํากัด และกระจายกระแส ตัวต้านทานใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจร พวกเขาสามารถตระหนักถึงการควบคุมกระแสการแบ่งแรงดันไฟฟ้าการกรองอคติการจับคู่และฟังก์ชั่นอื่น ๆ ซึ่งอํานวยความสะดวกในการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพของวงจร การทําความเข้าใจวิธีการทํางานของตัวต้านทานและพื้นฐานของวงจรสามารถช่วยให้เราเข้าใจและใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ดีขึ้น