یکی از مهم‌ترین تجهیزات و ادواتی که در مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، مقاومت است. رئوستا یکی از مهم‌ترین انواع مقاومت محسوب می‌شود که در دسته مقاومت‌های متغیر قرار می‌گیرد. با اینکه در دنیای امروز با لطف پیشرفت دانش الکترونیک کمتر از گذاشته از رئوستا و پتانسیومتر در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شود، اما با توجه به مزایایی که این قطعات نسبت به تجهیزات جدید دارند، همچنان در بخش‌های زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل برخورداری از شناخت کافی از این ادوات و همچنین آشنایی با نحوه عملکرد آنها می‌تواند مفید و کمک کننده باشد.
رئوستا چیست؟
رئوستا (Rheostat) یک نوع مقاومت متغیر (Variable Resistor) محسوب می‌شود که دارای ساختار 3 سر بوده و می‌تواند با ایجاد مقادیر مختلف مقاومت، جریان گذرنده از مدار را کنترل کند. رئوستا از نظر ساختار شباهت زیادی به پتانسیومتر (Potentiometer) دارد اما در عمل تفاوت‌های زیادی با یکدیگر دارد. رئوستا از یک سیم با مقاومت ویژه زیاد ساخته می‌شود که این سیم معمولا به دور یک هسته نارسانا از جنس سرامیک پیچیده می‌شود. زمانی که یک پایه یا کنتاکت لغزنده بر روی این سیم حرکت می‌کند، مقدار مقاومت در مدار نیز تغییر می‌کند و به این شکل جریان در مدار کنترل می‌شود.
رئوستا را چه کسی اختراع کرد؟
رئوستا توسط دانشمند آلمانی یوهان کریستیان پوجندورف (Johann Christian Poggendorff) در سال 1843 اختراع شد. پوژندورف علاقه‌مند به مطالعه اثرات برق بر گیاهان بود و به راهی برای کنترل جریان عبوری از آزمایشات خود نیاز داشت. او رئوستا را برای انجام این کار اختراع کرد.
رئوستای پوژندورف از یک سیم بلند پیچیده شده دور یک استوانه تشکیل شده بود. یک اتصال متحرک را می‌توان در امتداد سیم حرکت داد تا مقاومت مدار را تنظیم کند. هرچه مقاومت مدار بیشتر باشد، جریان کمتری عبور می‌کند.
رئوستای پوژندورف به سرعت توسط سایر دانشمندان و مهندسان پذیرفته شد و هنوز هم به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این یک راه ساده و موثر برای کنترل جریان برق در مدار است. برخی از کاربردهای رئوستا عبارتند از:
- کنترل روشنایی لامپ‌ها
- تنظیم حجم تجهیزات صوتی
- کنترل سرعت موتورها
- محدود کردن جریان در مدار
- اندازه گیری مقاومت الکتریکی
بررسی اجزای رئوستا
رئوستا یک مقاومت سه‌پایه است که دو پایه آن به صورت ثابت و یک پایه آن به صورت متحرک است. پایه متحرک به عنوان یک کنتاکت لغزنده شناخته می‌شود که به صورت کشویی در بین دو پایه ثابت حرکت می‌کند. در واقع همین پایه سوم در رئوستا است که باعث شده امکان تغییر در مقدار مقاومت در مدار ایجاد شود.
حرکت کنتاکت لغزنده در رئوستا باعث می‌شود که میزان طول مقاومت موجود در مدار تغییر کند. با توجه به این که مقدار مقاومت با طول رابطه مستقیم دارد، هر چه طول کمتری از مقاومت رئوستا در مدار قرار گرفته باشد، مقدار مقاومت نیز کمتر می‌شود. در این شرایط عبور جریان بین دو پایه ثابت و متحرک به شکل ساده‌تری صورت می‌گیرد.
رئوستا چگونه کار می‌کند؟
ساختار رئوستا به گونه‌ای است که در آن سیم به دور هسته پیچیده و دو کنتاکت یا پایه ثابت در 2 طرف آن قرار می‌گیرند. این ابزار دارای یک کنتاکت متحرک است که در بین دو پایه ثابت واقع شده و بر روی سیم پیچیده به دور هسته حرکت می‌کند. حرکت کنتاکت متحرک بر روی سیم باعث می‌شود که طول رئوستا در مدار تغییر کند و تغییر طول باعث تغییر مقاومت در مدار شود. هر چه طول کمتر مقاومت نیز کمتر خواهد بود و هر چه طول بیشتر شود مقاومت مدار نیز افزایش پیدا می‌کند.
انواع رئوستا و کاربرد هر یک
رئوستا که به عنوان مقاومت متغیر در مدارهای الکتریکی شناخته می‌شود، در انواع مختلفی وجود دارد؛ هر کدام از مدل‌های رئوستا دارای یک سری قابلیت‌ها و ویژگی‌ها هستند که باعث می‌شود کاربرد متفاوتی در مقایسه با یکدیگر داشته باشند. به همین دلیل در صورت نیاز به استفاده از رئوستا در مدار، آشنایی با مدل‌های مختلف این ابزار و قابلیت‌ها و کاربردهای آنها از اهمیت زیادی برخوردار است.
1- رئوستای خطی
همانطور که از نام این نوع رئوستا می‌توان حدس زد، یک ساختار خطی دارد. در این نوع رئوستا، کنتاکت متحرک به صورت کشویی و افقی بر روی عنصر مقاومتی حرکت می‌کند و به این شکل مقاومت بین دو پایه ثابت را تغییر می‌دهد. به رئوستای خطی، رئوستای استوانه‌ای نیز گفته می‌شود که دلیل آن شکل استوانه‌ای مقاومت خطی موجود در آن است. بیشترین کاربرد رئوستای خطی در محیط‌های آزمایشگاهی است که به منظور آموزش مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2- رئوستای دوار یا گردان
در این نوع رئوستا، مقاومت موجود به شکل دوار قرار می‌گیرد. ساختار رئوستای دوار یا گردان (Rotary Rheostat) به این صورت است که دو کنتاکت ثابت در دو طرف ساختار دوار آن قرار گرفته‌‌اند. در این نوع رئوستا، کانتکت متحرک به صورت لغزنده بر روی مقاومت دوار حرکت می‌کند تا مقدار مقاومت مورد نیاز برای مدار را تعیین کند. با توجه به این که در این مدل عنصر مقاومتی به دایره شباهت دارد، به نام رئوستای دایره‌ای نیز شناخته می‌شود. مهم‌ترین کاربرد این نوع رئوستا مربوط به بحث‌های کنترل توان است.
3- رئوستای پیش تنظیم
این نوع از رئوستا در مقایسه با رئوستای خطی و دوار از ساختار کوچک‌تری برخوردار است. رئوستای پیش تنظیم معمولاً بر روی برد مدارهای چاپی قرار می‌گیرد و در صورتی تنظیم می‌شود که مدار مورد نظر ایجاد شده باشد. مهم‌ترین کاربرد رئوستای پیش تنظیم کالیبراسیون مدارهایی است که در آنها از این نوع رئوستا استفاده شده است.
تفاوت رئوستا و پتانسیومتر
همانطور که در تعریف رئوستا اشاره شد، در نگاه اول این ابزار با پتانسیومتر شباهت زیادی دارد. هر دو ابزار به عنوان مقاومت متغیر در مدار شناخته می‌شوند به همین دلیل بسیاری از افراد تصور می‌کنند که این دو المان با یکدیگر متفاوت نیستند و می‌توان از آنها به جای هم استفاده کرد. با اینکه رئوستا و پتانسیومتر هر دو به عنوان مقاومت متغیر در مدار بکار گرفته می‌شوند، تفاوت‌های متعددی با یکدیگر دارند. از مهم‌ترین موارد تفاوت این دو المان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- تعداد ترمینال‌‌ها
رئوستا و پتانسیومتر هر دو دارای سه پایه هستند و از نظر ظاهری شباهت زیادی به هم دارند؛ اما تفاوت این دو المان در عملکرد آنها خلاصه می‌شود. زمانی که از رئوستا به عنوان مقاومت متغیر در مدار استفاده می‌شود، با اینکه یک المان سه پایه در مدار قرار می‌گیرد این امکان وجود دارد که بتوان دو ترمینال از سه ترمینال آن را به صورت متصل در مدار قرار داد به شکلی که یکی از این پایه‌ها به صورت آزاد در مدار قرار بگیرد. در واقع زمانی که بخواهیم پایه متحرک رئوستا را به منظور تغییر مقاومت در مدار استفاده کنیم، می‌توانیم یکی از پایه‌های ثابت و متحرک را به صورت متصل در مدار قرار دهیم و یکی از پایه‌های ثابت را آزاد بگذاریم. همچنین این امکان وجود دارد که پایه متحرک را آزاد گذاشته و با اتصال دو پایه ثابت، مقاومت حداکثری را در مدار ایجاد کنیم.
در واقع با اینکه رئوستا یک المان سه پایه محسوب می‌شود، این امکان وجود دارد که در شرایط مختلف از دو پایه آن استفاده کرده و یکی از پایه‌ها را آزاد گذاشت. اما در صورتی که از پنانسیومتر در مدار استفاده کنید، نمی‌توانید یکی از پایه‌های آن را از مدار خارج کنید و هر 3 پایه آن همواره در مدار قرار دارد. در واقع پتانسیومتر یک مقاومت متغیر سه پایه است که در هر شرایطی باید هر 3 پایه آن به مدار متصل باشند.
2- وظایف رئوستا و پتانسیومتر
یکی دیگر از تفاوت‌های رئوستا و پتانسیومتر به وظایف آنها مربوط می‌شود. رئوستا در مدار می‌تواند با تغییر مقدار مقاومت در مدار، میزان جریان در شاخه‌ای که به آن متصل شده را کنترل کند. همین امر باعث شده که معمولا رئوستا به صورت سری به مدار متصل شود.
در عوض پتانسیومتر یک مقاومت متغیر در مدار است که به منظور کنترل ولتاژ یا فرکانس مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع به بیان ساده‌تر می‌توان گفت که پتانسیومتر یک نوع تقسیم‌کننده ولتاژ به حساب می‌آید که کاربرد آن اندازه‌گیری ولتاژ در مدار است. پتانسیومتر در فرایند تقسیم ولتاژ همیشه از 3 پایه متصل خود به مدار استفاده می‌کند.
3- کاربرد رئوستا و پتانسیومتر
یکی دیگر از مواردی که باعث ایجاد تفاوت بین رئوستا و پتانسیومتر می‌شود، کاربرد هر یک از این المان‌ها است. رئوستا به منظور کنترل جریان در مدار استفاده می‌شود؛ این ویژگی باعث شده که رئوستا برای استفاده به منظور کنترل سرعت در موتورهای الکتریکی گزینه مناسبی محسوب شود. یکی دیگر از کاربردهای مهم رئوستا کنترل شدت نور در لامپ‌ها است؛ به این شکل که افزایش مقدار مقاومت توسط رئوستا باعث کاهش نور و کاهش مقاومت توسط رئوستا باعث افزایش نور لامپ می‌شود.
در خصوص پتانسیومتر باید به این موضوع اشاره کرد که کاربرد اصلی‌ها آنها تقسیم و اندازه‌گیری ولتاژ در یک شاخه از مدار است. از پتانسیومتر می‌توان به منظور تغییر در مقدار ولتاژ ورودی مدارهای الکترونیکی استفاده کرد. تنظیم سطح سیگنال‌های آنالوگ (به عنوان مثال تنظیم میزان بلندی صدا در دستگاه‌های صوتی) از دیگر کاربردهای پتانسیومتر به حساب می‌آید.
4- دامنه استفاده رئوستا و پتانسیومتر
یکی از مهم‌ترین موارد تفاوت رئوستا و پتانسیومتر، دامنه کاربرد آنها است؛ از یک پتانسیومتر می‌توان به عنوان رئوستا استفاده کرد اما نمی‌توان از رئوستا یه جای پتانسیومتر استفاده کرد. یکی از مهم‌ترین دلایل این موضوع که امکان استفاده از رئوستا به جای پتانسیومتر وجود ندارد، این است که رئوستا توانایی تقسیم ولتاژ که اصلی‌ترین عملکرد و کاربرد پتاسیومتر است را ندارد. به همین دلیل می‌توان گفت که پتانسیومتر در شرایط مشابه دامنه کاربرد وسیع‌ترین نسبت به رئوستا دارد.
پتانسیومتر (Potentiometer) و رئوستات (Resistor) دو عنصر الکتریکی هستند که در اداره جریان الکتریکی و کنترل ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر، تفاوت‌ها و مشابهات این دو عنصر در یک جدول مقایسه شده‌اند:
| ویژگی | پتانسیومتر | رئوستات |
|---|---|---|
| نوع | مقاومت متغیر | مقاومت متغیر |
| تعداد ترمینال | سه | سه |
| استفاده | برای تنظیم ولتاژ و فرکانس و تقسیم ولتاژ | برای محدود کردن جریان الکتریکی |
| دقت تنظیم | دقت بالا (معمولاً 1٪ یا بیشتر) دقت بیشتر از رئوستا | دقت معمولاً بالا (مثلاً 1٪) |
| تغییر خودکار مقاومت | بله | خیر |
| مواد ساخت | معمولاً کربن یا فلزات مختلف | فلزات مختلف (مانند آلومینیوم) |
| قیمت | نسبتاً گران‌تر از رئوستا | ارزانتر از پتانسیومترها |
| مثالهای کاربردی | تنظیم صدا در رادیوها، کنترل سرعت موتورها در الکترونیک، تنظیم روشنایی در لامپ‌های روشنایی | محدود کردن جریان در مدارهای الکتریکی، تقسیم ولتاژ در مدارهای تقسیم ولتاژ |
| اندازه | کوچکتر از رئوستا | بزرگتر از پتانسیومتر |
نکاتی که به هنگام خرید رئوستا باید در نظر داشته باشید
با توجه به اینکه رئوستا یک نوع مقاومت متغیر است که در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرد، در صورت نیاز به خرید باید برخی عوامل و نکات را برای انتخاب رئوستای مناسب مورد توجه قرار دهید. از مهم‌ترین نکاتی که در زمان خرید رئوستا باید مورد توجه قرار بگیرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نوع رئوستا: رئوستاها در انواع مختلفی مانند رئوستاهای خطی، رئوستاهای غیرخطی، رئوستاهای سرامیکی، رئوستاهای فیلم فلزی و رئوستاهای سیمی موجود هستند. نوع رئوستای مناسب برای کاربرد شما به نیازهای خاص شما بستگی دارد.
- مقدار مقاومت: مقدار مقاومت رئوستا مشخص می‌کند که چه مقدار جریان از آن عبور می‌کند. مقدار مقاومت مورد نیاز شما به کاربرد رئوستا بستگی دارد.
- حداکثر توان: حداکثر توان رئوستا مشخص می‌کند که بیشترین مقدار توانی که رئوستا می‌تواند تحمل کند چقدر است. توان مورد نیاز شما به کاربرد رئوستا بستگی دارد.
- اندازه و شکل: اندازه و شکل رئوستا باید با فضای موجود در مدار شما مطابقت داشته باشد.
- نوع اتصال: رئوستاها در انواع مختلفی از انواع اتصال مانند اتصال سیمی، اتصال لحیم کاری و اتصال نوار موجود هستند. نوع اتصال مورد نیاز شما به کاربرد رئوستا بستگی دارد.
- کیفیت: هنگام خرید رئوستا، به کیفیت آن توجه کنید. رئوستاهای با کیفیت بالا معمولاً از مواد و ساخت بهتری ساخته می‌شوند و طول عمر بیشتری دارند.
- قیمت: قیمت رئوستاها بسته به نوع، مقدار مقاومت، حداکثر توان، اندازه و شکل آنها متفاوت است. قبل از خرید، قیمت‌های مختلف را مقایسه کنید تا بهترین معامله را پیدا کنید.
- گارانتی: برخی از تولیدکنندگان رئوستا گارانتی برای محصولات خود ارائه می‌دهند. خرید رئوستایی با گارانتی می‌تواند خیال شما را راحت کند که در صورت خرابی رئوستا، مشکلی نخواهید داشت.
جمع‌بندی
مقاومت در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی یک المان مهم محسوب می‌شود که در تنظیم جریان در مدار نقش مهمی ایفا می‌کند. در این راستا تجهیزات و ابزارهای تولید شده‌اند که با عملکرد خود می‌توانند مقاومت متغیر در مدار ایجاد کنند؛ به این معنی که در زمان مورد نیاز مقاومت را افزایش داده و جریان را کاهش دهند و در شرایطی که به جریان بیشتری نیاز است، مقاومت را افزایش دهند. رئوستا یکی از مهم‌ترین ابزارهای در این حوزه محسوب می‌شود که به لطف برخورداری از دو پایه ثابت و یک پایه متحرک از طریق تغییر طول که رابطه مستقیم با میزان مقاومت دارد، جریان در مدار را کنترل می‌کند.
سلام وقت بخیر
خیلی توضیحات خوبی بود . ولی قسمت مثالهای کاربردی رو جابجا نوشتین