مقدمه ای بر مقاومت های ترکیب کربن
مقاومت های ترکیب کربن (CCR) مقاومت هایی با ارزش ثابت هستند. آنها از ذرات کربن ریز مخلوط شده با یک چسب (به عنوان مثال خاک رس) ساخته شده اند. بعد از پخت حالت جامد پیدا می کند. اگرچه مقاومتهای ترکیب کربن به طور گسترده در مدارها به کار میروند، امروزه اکثر مقاومتها با رسوب یک فلز یا فیلم کربن بر روی یک حامل سرامیکی ساخته میشوند.
مزایا و معایب
مزیت بزرگ مقاومت های ترکیب کربن توانایی آنها در مقاومت در برابر پالس های انرژی بالا است. هنگامی که جریان از مقاومت عبور می کند، کل بدنه ترکیب کربن انرژی را هدایت می کند. به عنوان مثال، مقاومت سیمی دارای حجم بسیار کمتری از سیم برای هدایت جریان است. بنابراین، جرم حرارتی مقاومت ترکیب کربن بسیار بالاتر است و در نتیجه توانایی انرژی بالاتری دارد. مقاومتهای کربنی را میتوان با مقاومت بالاتری نسبت به مقاومتهای سیمی ساخت و بهطور قابلتوجهی ارزانتر هستند. با این حال، خواص از نظر ضریب دما، نویز، وابستگی به ولتاژ و بار پایینتر هستند.
پنجاه سال پیش، مقاومت های ترکیب کربن به طور گسترده ای در لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می شد. به دلیل پایداری پایین مقدار مقاومت، این نوع مقاومت برای هیچ کاربرد مدرن با دقت بالا مناسب نیست. به عنوان مثال، مقدار مقاومت می تواند تا 5٪ در طول عمر مفید یک سال تغییر کند. با استفاده زیاد، مقدار حتی بیشتر تغییر می کند: تا 15٪ برای یک آزمایش 2000 ساعته در درجه بندی کامل با دمای محیط 70 درجه سانتیگراد. لحیم کاری می تواند باعث تغییر 2٪ شود.
دلیل این ناپایداری در طراحی مقاومت ذاتی است. ترکیب کربن حاوی موادی با خواص انبساط حرارتی متفاوت است. هنگامی که ذرات کربن رسانا و چسب نارسانا گرم یا سرد می شوند، تنش هایی در بدنه مقاومت ایجاد می شود. تماس مکانیکی بین ذرات رسانا تغییر خواهد کرد و این منجر به تغییر در مقدار مقاومت می شود.
همچنین خواص نویز یا مقاومت های ترکیب کربن به دلیل مخلوط شدن مواد مختلف ضعیف است. سطح نویز با جریان یافتن افزایش می یابد. مقاومتهای 0.25 وات و 0.5 وات دارای حداکثر ولتاژ به ترتیب 150 ولت و 500 ولت هستند. مقاومت عایق 109 Ω ضعیف است (تقریباً یک مرتبه بزرگی بدتر از انواع دیگر). یکی دیگر از دلایل کاهش استفاده از این نوع مقاومت، ضریب دمای بالای حدود 1200 ppm/°C است. محدوده دمای عملیاتی بین -40 تا 150 درجه سانتیگراد است. با این حال، مقاومت بالاتر از 70 درجه سانتیگراد کاهش یافته است.
کاربردها
مقاومت های ترکیب کربن برای مقاومت در برابر پالس های انرژی بالا مناسب هستند، در حالی که اندازه نسبتا کوچکی دارند. به همین دلیل امروزه از مقاومت ترکیب کربن در بسیاری از کاربردها استفاده می شود. کاربردها شامل حفاظت از مدارات (حفاظت در برابر موج یا تخلیه)، محدودسازی جریان، تامین برق با ولتاژ بالا، روشنایی با توان یا استروب بالا، و جوشکاری است.
یک مثال از این کاربرد یک دفیبریلاتور پزشکی است. تجهیزات اندازه گیری حساس متصل به بیمار باید در برابر پالس های انرژی بالای حدود ۳۰ ژول محافظت شوند. مقاومت های ترکیب کربن در تجهیزات یا سرب ها به کار می روند و باید در برابر این انرژی پالس بالا مقاومت کنند.
تولید مقاومت ترکیب کربن
ماده مقاومتی برای مقاومت ترکیب کربن ترکیبی از گرافیت، گرد و غبار سرامیکی و رزین است. این مخلوط تحت فشار و دمای بالا به چوب فشرده می شود. سیم های اتصال به صورت مرکزی در دو سر مقاومت فشار داده می شوند. به همین ترتیب، درپوش های فلزی در هر دو انتهای میله نصب می شوند که اتصال سر سیم را تشکیل می دهند. پس از فرآیند پخت، یک بدنه مقاومت عظیم ایجاد می شود. یک اشکال این فرآیند دشواری تعیین مقدار مقاومت است.
بدنه مقاومتی متخلخل است و بنابراین به یک پوشش نیاز است. در گذشته، برخی از مقاومت ها بدون پوشش ساخته می شدند. مقدار مقاومت با تغییر طول بدنه ترکیب کربن برای ایجاد یک مسیر مناسب برای جریان ایجاد می شود. برای تغییر پراکندگی، مقاومت ها با قطرهای مختلف ساخته می شوند تا یک سطح به اندازه کافی بزرگ برای پراکندگی گرما فراهم شود. مقاومت های ترکیب کربن موجود تجاری دارای مقادیر اتلاف بین ۱ / ۸ W و ۱ / ۴ W هستند، در حالی که در دهه ۱۹۸۰ مقاومت های ترکیب کربن تا ۵ W در دسترس بودند. اگرچه بسیاری از تامین کنندگان به تولید انواع دیگر مقاومت ها روی آوردند، اما برخی از تامین کنندگان همچنان در زمینه مقاومت های ترکیب کربن تخصص دارند.
| Material | Resistivity Ω / m |
| graphite | 4 x 10-6 to 11 x 10-6 |
| amorphous carbon | 35 x 10-6 to 50 x 10-6 |
تاریخچه مقاومت ترکیب کربن
مقاومت ترکیب کربن بیش از صد سال است که مورد استفاده قرار قرار می گیرد. در اوایل قرن بیستم، مقاومت ها بدون پوشش تولید می شدند. سیم های سربی مستقیماً روی بدنه مقاومت لحیم شده بودند. تنها انواع مقاومت موجود تا دهه 1960، سیم پیچی و ترکیب کربن بود. در دهههای 1960 و 70، تغییری از استفاده از مقاومتهای ترکیب کربن به انواع دیگر مانند مقاومتهای فیلم کربنی و فیلمهای فلزی صورت گرفت.
