ตัวต้านทาน

ต้วต้านทาน		ตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้

สัญลักษณ์ตัวต้านทาน

ตัวต้านทาน หรือ รีซิสเตอร์ (resistor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดสองขั้ว ที่สร้างความต่างศักย์ทางไฟฟ้าขึ้นคร่อมขั้วทั้งสอง โดยมีสัดส่วนมากน้อยตามกระแสที่ไหลผ่าน อัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ และปริมาณกระแสไฟฟ้า ก็คือ ค่าความต้านทานทางไฟฟ้า หรือค่าความต้านทาน

หน่วยค่าความต้านทานไฟฟ้าตามระบบเอสไอ คือ โอห์ม อุปกรณ์ที่มีความต้านทาน ค่า 1 โอห์ม หากมีความต่างศักย์ 1 โวลต์ไหลผ่าน จะให้กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ ซึ่งเท่ากับการไหลของประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ (ประมาณ 6.241506 × 1018 อิเล็กตรอน) ต่อวินาที

ชนิดของตัวต้านทาน

ตัวต้านทานชนิดต่าง ๆ

ตัวต้านทานอาจแบ่งออกเป็น ตัวต้านทานที่มีค่าคงที่ และ ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้

ตัวต้านทานแบบมีค่าคงที่

ตัวต้านทานทั่วไปอาจมีรูปร่างเป็นทรงกระบอก โดยที่มีสารตัวต้านทานอยู่ที่แกนกลาง หรือ เป็นฟิลม์อยู่ที่ผิว และมีแกนโลหะตัวนำออกมาจากปลายทั้งสองข้าง ตัวต้านทานที่มีรูปร่างนี้เรียกว่า ตัวต้านทานรูปร่างแบบ แอกเซียล ดังในรูปด้านขวามือ ตัวต้านทานใช้สำหรับกำลังสูงจะถูกออกแบบให้มีรูปร่างที่สามารถถ่ายเทความร้อนได้ดี โดยมักจะเป็น ตัวต้านทานแบบขดลวด ตัวต้านทานที่มักจะพบเห็นบนแผงวงจร เช่นคอมพิวเตอร์นั้น โดยปกติจะมีลักษณะเป็น ตัวต้านทานแบบประกบผิวหน้า (surface-mount|) ขนาดเล็ก และไม่มีขาโลหะตัวนำยื่นออกมา นอกจากนั้นตัวต้านทานอาจจะถูกรวมอยู่ภายใน อุปกรณ์วงจรรวม (IC - integrated circuit) โดยตัวต้านทานจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิต และแต่ละ IC อาจมีตัวต้านทานถึงหลายล้านตัวอยู่ภายใน

ตัวต้านทานปรับค่าได้

ตัวต้านทานปรับค่าได้ เป็นตัวต้านทาน ที่ค่าความต้านทานสามารถปรับเปลี่ยนได้ โดยอาจมีปุ่มสำหรับ หมุน หรือ เลื่อน เพื่อปรับค่าความต้านทาน และบางครั้งก็เรียก โพเทนติโอมิเตอร์ (potentiometers) หรือ รีโอสแตต (rheostats)

ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ มีทั้งแบบที่หมุนได้เพียงรอบเดียว จนถึง แบบที่หมุนแบบเป็นเกลียวได้หลายรอบ บางชนิดมีอุปกรณ์แสดงนับรอบที่หมุน เนื่องจากตัวต้านทานปรับค่าได้นี้ มีส่วนของโลหะที่ขัดสีสึกกร่อน บางครั้งจึงอาจขาดความน่าเชื่อถือ ในตัวต้านทานปรับค่าได้รุ่นใหม่ จะใช้วัสดุซึ่งทำจากพลาสติกที่ทนทานต่อการสึกกร่อนจากการขัดสี และ กัดกร่อน

• รีโอสแตต (rheostat): เป็นตัวต้านทานปรับค่าได้มี 2 ขา โดยที่ขาหนึ่งถูกยึดตายตัว ส่วนขาที่เหลือเลื่อนไปมาได้ ปกติใช้สำหรับส่วนที่มีปริมาณกระแสผ่านสูง
• โพเทนติโอมิเตอร์ (potentiometer): เป็นตัวต้านทานปรับค่าได้ ที่พบเห็นได้ทั่วไป โดยเป็นปุ่มปรับความดัง สำหรับเครื่องขยายเสียง

ตัวต้านทานชนิดอื่น ๆ

• วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (metal oxide varistor-MOV) เป็นตัวต้านทานที่มีคุณสมบัติพิเศษคือ มีค่าความต้านทาน 2 สถานะ คือ ค่าความต้านทานสูงมากที่ ความต่างศักย์ต่ำ(ต่ำกว่าค่าความต่างศักย์กระตุ้น) และ ค่าความต้านทานต่ำมากที่ ความต่างศักย์สูง (สูงกว่าความต่างศักย์กระตุ้น) ใช้ประโยชน์ในการป้องกันวงจร เช่น ใช้ในการป้องกันความเสียหายจากฟ้าผ่าลงเสาไฟฟ้า หรือใช้เป็น สนับเบอร์ ในวงจรตัวเหนี่ยวนำ
• เทอร์มิสเตอร์ (thermistor) เป็นตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามระดับอุณหภูมิ แบ่งเป็นสองประเภท คือ
  • ตัวต้านทานที่มีค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นบวก (PTC - Positive Temperature Coefficient) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความต้านทานมีค่าสูงขึ้นตาม มีพบใช้ในวงจรเครื่องรับโทรทัศน์ โดยต่ออนุกรมกับ ขดลวดลบสนามแม่เหล็ก (demagnetizing coil) เพื่อป้อนกระแสในช่วงเวลาสั้น ๆ ให้กับขดลวดในขณะเปิดโทรทัศน์ นอกจากนั้นแล้ว ตัวต้านทานประเภทนี้ยังมีการออกแบบเฉพาะเพื่อใช้เป็น ฟิวส์ (fuse) ที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เรียกว่า โพลีสวิตช์ (polyswitch)
  • ตัวต้านทานที่มีค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นลบ (NTC - Negative Temperature Coefficient) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความต้านทานมีค่าลดลง ปกติใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดอุณหภูมิ
• เซนซิสเตอร์ (sensistor) เป็นตัวต้านทานที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ มีค่าสัมประสิทธิ์ของความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นลบ ใช้ในการชดเชยผลของอุณหภูมิ ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
• แอลดีอาร์ (LDR : Light Dependent Resistor) ตัวต้านทานปรับค่าตามแสงตกกระทบ ยิ่งมีแสงตกกระทบมากยิ่งมีความต้านทานต่ำ
• ลวดตัวนำ ลวดตัวนำทุกชนิด ยกเว้น ซุปเปอร์คอนดักเตอร์ จะมีความต้านทานซึ่งเกิดจากเนื้อวัสดุที่ใช้ทำลวดนั้น โดยจะขึ้นกับ ภาคตัดขวางของลวด และ ค่าความนำไฟฟ้าของเนื้อสาร

การอ่านค่าความต้านทาน

ตัวต้านทานแบบแอกเซียล ส่วนใหญ่จะระบุค่าความต้านทานด้วยแถบสี ส่วนแบบประกบผิวหน้านั้นจะระบุค่าด้วยตัวเลข

ตัวต้านทานแบบมี 4 แถบสี

ตัวต้านทานแบบมี 4 แถบสีนั้นเป็นแบบที่นิยมใช้มากที่สุด โดยจะมีแถบสีระบายเป็นเส้น 4 เส้นรอบตัวต้านทาน โดยค่าตัวเลขของ 2 แถบแรกจะเป็น ค่าสองหลักแรกของความต้านทาน แถบที่ 3 เป็นตัวคูณ และ แถบที่ 4 เป็นค่าขอบเขตความเบี่ยงเบน ซึ่งมีค่าเป็น 5%, 10%, หรือ 20%

ค่าของรหัสสีตามมาตรฐาน EIA EIA-RS-279

สี	แถบ 1	แถบ 2	แถบ 3 (ตัวคูณ)	แถบ 4 (ขอบเขตความเบี่ยงเบน)	สัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิ
ดำ	0	0	×100
น้ำตาล	1	1	×101	±1% (F)	100 ppm
แดง	2	2	×102	±2% (G)	50 ppm
ส้ม	3	3	×103		15 ppm
เหลือง	4	4	×104		25 ppm
เขียว	5	5	×105	±0.5% (D)
น้ำเงิน	6	6	×106	±0.25% (C)
ม่วง	7	7	×107	±0.1% (B)
เทา	8	8	×108	±0.05% (A)
ขาว	9	9	×109
ทอง			×0.1	±5% (J)
เงิน			×0.01	±10% (K)
ไม่มีสี				±20% (M)

หมายเหตุ: สีแดง ถึง ม่วง เป็นสีรุ้ง โดยที่สีแดงเป็นสีพลังงานต่ำ และ สีม่วงเป็นสีพลังงานสูง

ค่าที่พึงประสงค์

ตัวต้านทานมาตรฐานที่ผลิต มีค่าตั้งแต่มิลลิโอห์ม จนถึง จิกะโอห์ม ซึ่งในช่วงนี้ จะมีเพียงบางค่าที่เรียกว่า ค่าที่พึงประสงค์ เท่านั้นที่ถูกผลิต และตัวทรานซิสเตอร์ที่เป็นอุปกรณ์แยกในท้องตลาดเหล่านี้นั้น ในทางปฏิบัติแล้วไม่ได้มีค่าตามอุดมคติ ดังนั้นจึงมีการระบุของเขตของการเบี่ยงเบนจากค่าที่ระบุไว้ โดยการใช้แถบสีแถบสุดท้าย:

เงิน 10%

ทอง 5%

แดง 2%

น้ำตาล 1%

นอกจากนี้แล้ว ตัวต้านทานที่มีความแม่นยำมากกว่าปกติ ก็มีขายในท้องตลาด 66

ตัวต้านทานแบบมี 5 แถบสี

5 แถบสีนั้นปกติใช้สำหรับตัวต้านทานที่มีความแม่นยำสูง (โดยมีค่าขอบเขตของความเบี่ยงเบน 1%, 0.5%, 0.25%, 0.1%) แถบสี 3 แถบแรกนั้นใช้ระบุค่าความต้านทาน แถบที่ 4 ใช้ระบุค่าตัวคูณ และ แถบที่ 5 ใช้ระบุขอบเขตของความเบี่ยงเบน ส่วนตัวต้านทานแบบ 5 แถบสีที่มีความแม่นยำปกติ มีพบได้ในตัวต้านทานรุ่นเก่า หรือ ตัวต้านทานแบบพิเศษ ซึ่งค่าขอบเขตของความเบี่ยงเบน จะอยู่ในตำแหน่งปกติคือ แถบที่ 4 ส่วนแถบที่ 5 นั้นใช้บอกค่าสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิ

ตัวต้านทานแบบ SMT

ตัวต้านทานแบบประกบผิวหน้า ระบุค่าความต้านทานด้วยรหัสตัวเลข โดยตัวต้านทาน SMT ความแม่นยำปกติ จะระบุด้วยรหัสเลข 3 หลัก สองตัวแรกบอกค่าสองหลักแรกของความต้านทาน และ หลักที่ 3 คือค่าเลขยกกำลังของ 10 ตัวอย่างเช่น "472" ใช้หมายถึง "47" เป็นค่าสองหลักแรกของค่าความต้านทาน คูณด้วย 10 ยกกำลังสอง $47\times 10^{2}=47\times 100=4700$ โอห์ม ส่วนตัวต้านทาน SMT ความแม่นยำสูง จะใช้รหัสเลข 4 หลัก โดยที่ 3 หลักแรกบอกค่าสามหลักแรกของความต้านทาน และ หลักที่ 4 คือค่าเลขยกกำลังของ 10

การระบุค่าในเชิงอุตสาหกรรม

• ในทางอุตสาหกรรม จะระบุค่าความต้านทานด้วยเลข 3 หลัก สองหลักแรกเป็นตัวเลขค่าความต้านทาน และ หลักที่ 3 ระบุจำนวนเลข 0 ตามหลังเลขค่าความต้านทานสองหลักแรก
• สำหรับค่าความต้านทานที่น้อยกว่า 10$\Omega$ ตัวอักษร (G) ซึ่งใช้แทนในตำแหน่งตัวเลขหลักที่ 3 ใช้หมายถึงคูณค่าสองหลักแรกด้วย 0.1

ตัวอย่าง: 27G หมายถึงค่าความต้านทาน 2.7$\Omega$

• ตัวเลขหลักที่ 4 ที่ตามหลังเลขระบุค่าความต้านทาน คือ ค่าเปอร์เซนต์ขอบเขตของความเบี่ยงเบน
• ตัวเลขแทนค่าขอบเขตของความเบี่ยงเบน $\pm$5%, $\pm$10% and $\pm$20% คือ 5, 1 และ 2 ตามลำดับ
• ค่าอัตรากำลังระบุเป็นตัวอักษร 2 ตัว นำหน้าตัวเลขรหัสระบุค่าความต้านทาน คือ BB, CB, EB, GB, HB, GM และ HM สำหรับ ${\frac {1}{8}},{\frac {1}{4}},{\frac {1}{2}}$, 1, 2, 3 และ 4 วัตต์ ตามลำดับ

$\spadesuit$ สิ่งที่แตกต่างระหว่าง อุปกรณ์ระดับคุณภาพ เชิงพาณิชย์ และ เชิงอุตสาหกรรม คือ ช่วงอุณหภูมิของการใช้งาน

อุปกรณ์ในเชิงพาณิชย์ : $0^{\circ }$C to $70^{\circ }$C

อุปกรณ์ในเชิงอุตสาหกรรม : $-25^{\circ }$C to $+85^{\circ }$C

การคำนวณ

กฎของโอห์ม

กฎของโอห์ม (Ohm's law) เป็นสมการที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์, กระแสไฟฟ้า และความต้านทานของวัตถุต่างๆ มีอยู่ว่า

$V=I\cdot R$

เมื่อ V คือความต่างศักย์ในวัตถุ ในหน่วยโวลต์, I คือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวัตถุ ในหน่วยแอมแปร์ และ R คือความต้านทานในหน่วยโอห์ม

วงจรอนุกรม และวงจรขนาน

ตัวต้านทานที่ต่อแบบขนาน จะมีความต่างศักย์เท่ากันทุกตัว เราจึงหาความต้านทานที่สมมูล (R_eq) เสมือนว่ามีตัวต้านทานเพียงตัวเดียว ได้ดังนี้

${\frac {1}{R_{eq}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{R_{n}}}$

เราสามารถแทนตัวต้านทานที่ต่อขนานกัน ด้วยเส้นตรง 2 เส้น "||" ได้ สำหรับตัวต้านทาน 2 ตัว เราจะเขียนดังนี้

$R_{eq}=R_{1}\|R_{2}={R_{1}R_{2} \over R_{1}+R_{2}}$

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรมจะเท่ากันเสมอ แต่ความต่างศักย์ของตัวต้านทานแต่ละตัวจะไม่เท่ากัน ดังนั้น ความต่างศักย์ทั้งหมดจึงเท่ากับผลรวมของความต่างศักย์ เราจึงหาความต้านทานได้เท่ากับ

$R_{eq}=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}$

ตัวต้านทานที่ต่อแบบขนานและแบบอนุกรมรวมกันนั้น เราสามารถแบ่งเป็นส่วนเล็กๆก่อน แล้วคำนวณความต้านทานทีละส่วนได้ ดังตัวอย่างนี้

$R_{eq}=\left(R_{1}\|R_{2}\right)+R_{3}={R_{1}R_{2} \over R_{1}+R_{2}}+R_{3}$

แหล่งข้อมูลอื่น

• อิเล็คทรอนิกส์ง่ายๆกับเรื่องตัวต้านทาน