บทที่ 4 ต้านทานไฟฟ้า

ตัวต้านทาน(RESISTOR)

     
     ตัวต้านทานเป็นตัวที่ทำหน้าที่จำกัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรตามทีได้กำหนดเอาไว้
ซึ่งจะมีสัญลักษณ์ที่ใช้เป็น R และค่าความต้านทานมีหน่วยวัดทางไฟฟ้าเป็น Ω (โอห์ม)

ชนิดของตัวต้านทาน

ตัวต้านทานที่นิยมใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

1. ตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ ( Fixed Value Resistor ) ตัวต้านทานค่าคงที่นี้จะมีค่าความต้านทานที่แน่นอน และเป็นค่าที่นิยมมาก
   ในงานด้านอิเล็กทรอนิกส์ แบ่งออกได้ดังนี้
   
   
   
   1. ตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม ( Carbon Composition Resistor )
      
      
      ตัวต้านทานชนิดนี้จะนิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย และมีราคาถูก 
      โครงสร้างภายในทำจากวัสดุซึ่งมีคุณสมบัติเป็นตัวต้านทาน 
      โดยที่ปลายทั้งสองข้างจะต่อลวดตัวนำออกมาและบริเวณผิวด้านนอก
      จะฉาบด้วยฉนวน มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกการที่เรียกตัวต้านทานชนิดนี้ว่าตัวต้านทานแบบคาร์บอนผสม 
      เนื่องจากวัสดุที่นำมาใช้ทำตัวต้านทานนี้เกิดจากการผสมกันระหว่าง
      ผงคาร์บอนและผงของฉนวน ซึ่งการเปลี่ยนอัตราส่วนผสมของวัสดุ
      ทั้งสองชนิดนี้จะให้ค่าความต้านทานที่ได้เปลี่ยนแปลงไปขนาดของตัวต้านทานจะแสดงถึงกำลังงาน ซึ่งอยู่ในรูปของความร้อน
      ที่สามารถแพร่กระจายออกมาได้ ความต้านทานทำหน้าที่จำกัดการไหล
      ของกระแสไฟฟ้าหรืออิเล็กตรอน ดังนั้นสภาวะของการต้านทาน
      หรือขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้านี้จึงเป็นสาเหตุทำให้เกิดความร้อนขึ้น
      โดยปริมาณความร้อนที่แพร่กระจายออกมาเมื่อเปรียนเทียบกับหน่วยเวลา
      จะมีหน่วยเป็น วัตต์ (Watts) และตัวต้านทานแต่ละตัวจะมีค่า อัตราทนกำลัง 
      (Wattage Rating) แตกต่างกันออกไป โดยตัวต้านทานขนาดใหญ่จะสามารถ
      แพร่กระจายความร้อนได้ดีกว่า ค่าความเคลื่อน เป็นปัจจัยอีกประการหนึ่งที่จะต้องพิจารณา 
      ซึ่งค่าความคลาดเคลื่อนนี้เป็นปริมาณความผิดพลาดของค่าความต้านทาน
      ที่แตกต่างกันออกไปจากค่าที่กำหนดไว้ เช่น ค่าความต้านทาน 1000 โอห์ม 
      มีค่าความคลาดเคลื่อน 10 % ดังนั้นค่าความต้านทานที่วัดได้จะอยู่ระหว่าง900 โอห์ม และ 1100 โอห์ม
      
   2. ตัวต้านทานชนิดฟิล์มคาร์บอน ( Carbon Film Resistor )ตัวต้านทานชนิดนี้ถูกสร้างโดยการเคลือบแผ่นฟิล์มคาร์บอน
      ที่มีคุณสมบัติของค่าความต้านทานลงบนแกนเซรามิค ซึ่งทำหน้าที่
      เป็นฉนวน หลังจากนั้นให้ทำการตัดแต่งฟิล์มคาร์บอนที่ได้ให้เป็นรูป
      วงแหวนรอบแกนเซรามิค โดยถ้ามีอัตราส่วนของเนื้อคาร์บอน
      มีปริมาณมากกว่าฉนวนจะทำให้ค่าความต้านทานที่ได้มีค่าต่ำ 
      แต่ถ้าฉนวนมีอัตราส่วนมากกว่าเนื้อของคาร์บอน ความต้านทานที่ได้
      ก็จะมีค่าสูง ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอนจะมีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำ 
      และสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสูงได้ โดยไม่ทำให้
      ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงไป นอกจากนั้นสัญญาณรบกวนที่เกิดจาก
      การใช้ตัวต้านทานชนิดนี้ก็มีค่าน้อยกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ
      ตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม
      
      
      
   3. 
      
      ตัวต้านทานชนิดฟิล์มโลหะ ( Metal Film Resistor ) 
      
      
      
      
      ตัวต้านทานชนิดฟิล์มโลหะสร้างได้โดยการพ่นฟิล์มโลหะให้เป็น
      แผ่นบางๆ ลงบนเซรามิครูปทรงกระบอก จากนั้นจึงตัดแผ่นฟิล์มนี้
      โดยให้มีส่วนที่เป็นแผ่นฟิล์มคั่นอยู่กับฉนวนซึ่งเป็นเซรามิค 
      ตัวต้านทานชนิดฟิล์มโลหะนี้จะมีค่าความคลาดเคลื่อนน้อยมาก 
      และยังทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิภายนอกได้ดี นอกจากนี้
      ยังเกิดสัญญาณรบกวนได้น้อยเมื่อเทียบกับตัวต้านทานชนิดอื่นๆ
      
   4. 
      
      ตัวต้านทานชนิดไวร์วาว์ด ( Wire Wound Resistor )โครงสร้างภายในของตัวต้านทานชนิดนี้เกิดจากพันขดลวดรอบๆ
      แกนเซรามิค ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวน จากนั้นจึงต่อเข้าด้วยลวดตัวนำ
      จากส่วนหัวและท้ายออกมา สำหรับค่าความต้านทานสามารถเปลี่ยนแปลงได้
      โดยขึ้นอยู่กับความยาวและขนาดของขดลวดที่ใช้พันตัวต้านทานแบบไวร์วาวด์ ส่วนมากนิยมใช้ในงานที่ต้องการ
      ค่าความต้านทานต่ำๆ ทั้งนี้เพื่อให้กระแสไหลผ่านได้ดี ดังนั้นการออกแบบ
      จึงควรให้มีขนาดใหญ่เพื่อช่วยให้สามารถกระจายความร้อนได้มากกว่า 
      ตัวต้านทานแบบไวร์วาวด์นี้จะมีค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 1 % แต่ด้วยโครงสร้างที่ใหญ่และขั้นตอนการผลิตที่ยุ่งยากจึงทำให้
      ตัวต้านทานชนิดนี้มีราคาแพง
      
      
      
      
      
      
      
   5. 
      
      ตัวต้านทานชนิดออกไซด์ของโลหะ ( Metal Oxide Resistor ) 
      ตัวต้านทานชนิดนี้มีโครงสร้างตัวต้านทานที่เคลือบด้วยออกไซด์โลหะ 
      ประเภทดีบุกลงบนวัสดุที่ใช้เป็นฉนวน โดยอัตราส่วนของออกไซด์โลหะ
      จะเป็นตัวกำหนดค่าความต้านทานให้กับตัวต้านทานชนิดนี้ 
      คุณสมบัติพิเศษสำหรับตัวต้านทานชนิดออกไซด์ของโลหะ คือ 
      สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้
      
      
      
      
      
      
   6. 
      
      ตัวต้านทานชนิดแผ่นฟิล์มหนา ( Thick - Film Resistor ) ตัวต้านทานแบบฟิล์มหนามีอยู่ 2 แบบ คือ แบบ SIP 
      ( Single in - line Package ) และ DIP ( Dual in - Line Package ) 
      ตัวต้านทานแบบ SIP จะต่อลวดตัวนำออกจากความต้านทานภายใน
      เพียงแถวเดียว ส่วนตัวต้านทานแบบ DIP จะมีลวดตัวนำ 2 แถว 
      ต่อออกมาภายนอก ซึ่งตัวต้านทานแบบฟิล์มหนาทั้งสองแบบจะได้รับ
      การปรับแต่งให้ค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ 2% โดยค่าความต้านทาน
      ที่ใช้ในงานทั่วไปของตัวต้านทานชนิดนี้อยู่ระหว่าง 22 โอห์ม ถึง 2.2 เมกะโอห์ม และมีอัตราทนกำลัง ประมาณ 1/2วัตต์
      
      
      
      
      
      
      
      
   
   
2. ตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้ ( Variable Value Resistor )
   ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้นี้ เราจะสามารถเลือกค่าความต้านทานที่ต้องการได้
   โดยการหมุนที่ปุ่มปรับค่าความต้านทาน
   
   
3. ตัวต้านทานชนิดพิเศษ(Special Resistor)

          1.เปลี่ยนตามอุณหภูมิ (Thermistor) ตัวต้านทานชนิดนี้ค่าความต้านทาน
จะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับชดเชยการเปลี่ยนแปลง
ต่ออุณหภูมิของวงจรหรือ ใช้เป็นตัวเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า

          2.เปลี่ยนตามความสว่าง (Light Dependent Resistor –LDR) ตัวต้านทานชนิดนี้ 
เป็นตัวต้านทานที่ไวต่อแสง โดยค่าความต้านทานจะลดลง เมื่อความเข้มของแสง
ที่ตกกระทบมีค่ามาก ส่วนใหญ่จะใช้เป็นตัวเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสง
ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า 

วิธีอ่านโค๊ตสีบนตัวต้านทาน (Resistor Color Code Read Method)

          เครื่องมือที่ใช้วัดหาค่าความต้านทานเรียกว่า โอห์มมิเตอร์(ohmmiter) 
แต่เมื่อใช้ตัวต้านทานในวงจรอิเลคทรอนิคส์ ในการที่จะวัดตัวต้านทานที่อยู่ในวงจร
ทำได้ยาก เพราะไม่สะดวกต่อการวัด ดังนั้นผู้ผลิตจึงกำหนดสัญญลักษณ์สีแทน
ค่าความต้านทาน 

          ค่าตัวต้านทานกำหนดด้วยแถบสีสามสีที่พิมพ์ติดอยู่บนตัวต้านทานและการกำหนด
ค่าความผิดพลาด(tolerance) โดยปกติมีค่าเช่นน้อยกว่า 5% หรือน้อยกว่า 10% 
จะใช้แถบสีแถบที่สี่เป็นตัวบอก

          แถบสีสองสีแรกคือแถบสีแถบ A และแถบ B เป็นตัวเลขที่บอกค่าความต้านทานของ
ตัวต้านทานที่เป็นตัวเลขนัยสำคัญ (Significuntdigit) ส่วนในแถบ C เป็นตัวที่จะบอกให้
ทราบว่า มีจำนวน 0 ต่อท้ายอยู่จำนวนเท่าใด หรือกล่าวได้ว่าเป็นตัวคูณ (multiplier) 
ด้วยสิยก กำลังค่าของแถบสีแถบ C ส่วนในแถบสีแถบ D นั้น จะเป็นสีทองหรือแถบสีเงิน 
แถบสีทองมีความหมายเป็นค่าผิดพลาดได้ไม่เกิน 5% ส่วนแถบสีเงินจะบอกความหมาย
เป็นค่าความผิดพลาด 10% ถ้าในแถบสี D มิได้พิมพ์สีใดไว้ ให้ถือว่ามีค่าความผิดพลาด
ได้ไม่เกิน 20% ค่าความผิดพลาดจะเป็นช่วงที่บอกว่าค่าความต้านทานจะผิดพลาด
ไปจากค่าที่อ่านจากแถบสีมากน้อยเพียงใด
สีแต่ละสีที่ใช้เป็นสัญญลักษณ์ที่แทนค่าตัวเลขใดตัวเลขหนึ่งมีค่า 0 ถึง 9 ดังตาราง 

แถบสี	ตัวเลขเทียบเท่า	ตัวคูณ	ความคลาดเคลื่อน
แดง	2	100	-
ส้ม	3	1,000	-
เหลือง	4	10,000	-
เขียว	5	100,000	-
น้ำเงิน	6	1,000,000	-
ม่วง	7	10,000,000	-
เทา	8	100,000,000	-
ขาว	9	1,000,000,000	-
ทอง	-	0.1	-
เงิน	-	0.01	-
ไม่มีสี	-	0.01	-

การต่อตัวต้านทาน

การต่อตัวต้านทานแบบขนาน จะมีความต่างศักย์เท่ากันทุกตัว เราจึงหาเสมือนมี
ตัวต้านทานเพียงตัวเดียว ได้ดังนี้

          เราสามารถแทนตัวต้านทานที่ต่อขนานกัน ด้วยเส้นตรง 2 เส้น "||" ได้ สำหรับ
การหาความต้านทานของตัวต้านทาน 2 ตัว เราจะเขียนดังนี้ 

          กระแฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรมจะเท่ากันเสมอ แต่ความต่างศักย์ของ
ตัวต้านทานแต่ละตัวจะไม่เท่ากัน ดังนั้นความต่างศักย์ทั้งหมดจึงเท่ากับผลรวมของ
ความต่างศักย์ เราจึงหาความต้านทานได้เท่ากับ

          ตัวต้านทานที่ต่อแบบขนานและแบบอนุกรมรวมกันนั้น เราสามารถแบ่งเป็นส่วนเล็กๆก่อน แล้วคำนวณความต้านทานทีละส่วนได้