ตัวต้านทาน (Resistor)

สาระสำคัญ

          ตัวต้านทาน (Resistor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า นิยมนำมาประกอบในวงจรทางด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ตัวอย่างเช่นวงจรเครื่องรับวิทยุ, โทรทัศน์,เครื่องขยายเสียง ฯลฯ เป็นต้น ตัวต้านทานที่ต่ออยู่ในวงจรไฟฟ้า ทำหน้าที่ลดแรงดัน และจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร ตัวต้านทานมีรูปแบบและขนาดแตกต่างกันตามลักษณะของการใช้งาน นอกจากนี้ยังแบ่งออกเป็นชนิดค่าคงที่และชนิดปรับค่าได้

จุดประสงค์

     1. อธิบายรายละเอียดของตัวต้านทานแบบต่าง ๆ ได้
     2. เขียนหน่วยของตัวต้านทานได้
     3. อ่านค่าความต้านทานได้
     4. นำตัวต้านทานไปต่อในวงจรแบบต่าง ๆ ได้
     5. ประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้

          ตัวต้านทาน (Resistor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า เพื่อทำให้กระแสและแรงดันภายในวงจร ได้ขนาดตามที่ต้องการ เนื่องจากอุปกรณ์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์แต่ละตัวถูกออกแบบให้ใช้แรงดันและกระแสที่แตกต่างกัน ดังนั้นตัวต้านทานจึงเป็นอุปกรณ์ที่มีบทบาทและใช้กันมากในงานด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วิทยุ, โทรทัศน์, คอมพิวเตอร์, เครื่องขยายเสียง ตลอดจนเครื่องมือเครื่องใช้ทางด้านไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ เป็นต้น สัญลักษณ์ของตัวต้านทาน ที่ใช้ในการเขียนวงจรมีอยู่หลายแบบดังแสดงในรูปที่ 1

ชนิดของตัวต้านทาน

          ตัวต้านทานที่ผลิตออกมาในปัจจุบันมีมากมายหลายชนิด ในกรณีที่แบ่งโดยยึดเอาค่าความ

ต้านทานเป็นหลักจะแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดคือ

     1. ตัวต้านทานแบบค่าคงที่  (Fixed Resistor)

     2. ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้  (Adjustable Resistor)

     3. ตัวต้านทานแบบเปลี่ยนค่าได้  (Variable Resistor)

ตัวต้านทานแบบค่าคงที่  (Fixed Resistor)

          ตัวต้านทานชนิดค่าคงที่มีหลายประเภท ในหนังสือเล่มนี้จะขอกล่าวประเภทที่มีความนิยม ในการนำมาประกอบใช้ในวงจร ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไป ดังนี้

     1. ตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม (Carbon Composition)

     2. ตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะ ( Metal Film)

     3. ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน ( Carbon Film)

     4. ตัวต้านทานแบบไวร์วาวด์ (Wire Wound)

     5. ตัวต้านทานแบบแผ่นฟิล์มหนา ( Thick Film Network)

     6. ตัวต้านทานแบบแผ่นฟิล์มบาง ( Thin Film Network)

ตัวต้านทานชนิดคาร์บอนผสม (Carbon Composition)

          เป็นตัวต้านทานที่นิยมใช้กันแพร่หลายมาก มีราคาถูก  โครงสร้างทำมาจากวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นตัวต้านทาน ผสมกันระหว่างผงคาร์บอนและผงของฉนวน อัตราส่วนผสมของวัสดุทั้งสองชนิดนี้ จะทำให้ค่าความต้านทานมีค่ามากน้อย เปลี่ยนแปลงได้ตามต้องการ บริเวณปลายทั้งสองด้านของตัวต้านทานต่อด้วยลวดตัวนำ บริเวณด้านนอกของตัวต้านทานจะฉาบด้วยฉนวน

ตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะ (Metal  Film)

          ตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะทำมาจากแผ่นฟิล์มบางของแก้วและโลหะหลอมเข้าด้วยกันแล้วนำไปเคลือบที่เซรามิค ทำเป็นรูปทรงกระบอก แล้วตัดแผ่นฟิล์มที่เคลือบออกให้ได้ค่าความต้านทานตามที่ต้องการ ขั้นตอนสุดท้ายจะทำการเคลือบด้วยสารอีป๊อกซี (Epoxy) ตัวต้านทานชนิดนี้มีค่าความผิดพลาดบวกลบ 0.1 % ถึงประมาณ บวกลบ 2% ซึ่งถือว่ามีค่าความผิดพลาดน้อยมาก นอกจากนี้ยังทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจากภายนอกได้ดี สัญญาณรบกวนน้อยเมื่อเทียบกับตัวต้านทานชนิดอื่น ๆ

ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน (Carbon Film)

          ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน เป็นตัวต้านทานแบบค่าคงที่โดยการฉาบผงคาร์บอน ลงบนแท่งเซรามิคซึ่งเป็นฉนวน หลังจากที่ทำการเคลือบแล้ว จะตัดฟิล์มเป็นวงแหวนเหมือนเกลียวน๊อต ในกรณีที่เคลือบฟิล์มคาร์บอนในปริมาณน้อย จะทำให้ได้ค่าความต้านทานสูง แต่ถ้าเพิ่มฟิล์มคาร์บอนในปริมาณมากขึ้น จะทำให้ได้ค่าความต้านทานต่ำ ตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะมีค่าความผิดพลาด บวกลบ 5% ถึงบวกลบ 20% ทนกำลังวัตต์ตั้งแต่ 1/8 วัตต์ถึง 2 วัตต์ มีค่าความต้านทานตั้งแต่ 1 โอห์ม ถึง 100 เมกกะโอห์ม

ตัวต้านทานแบบไวร์วาวด์ (Wire Wound)

          โครงสร้างของตัวต้านทานแบบนี้เกิดจากการใช้ลวดพันลงบนเส้นลวดแกนเซรามิค หลังจากนั้นต่อลวดตัวนำด้านหัวและท้ายของเส้นลวดที่พัน ส่วนค่าความต้านทานขึ้นอยู่กับวัสดุ ที่ใช้ทำเป็นลวดตัวนำ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนเซรามิคและความยาวของลวดตัวนำ ขั้นตอนสุดท้ายจะเคลือบด้วยสารประเภทเซรามิค บริเวณรอบนอกอีกครั้งหนึ่ง ค่าความต้านทานของตัวต้านทานแบบนี้ จะมีค่าต่ำเพราะต้องการให้มีกระแสไหลได้สูง ทนความร้อนได้ดี สามารถระบายความร้อนโดยใช้อากาศถ่ายเท

ตัวต้านทานแบบแผ่นฟิล์มหนา (Thick Film Network)

          โครงสร้างของตัวต้านทานแบบนี้ทำมาจากแผ่นฟิล์มหนา มีรูปแบบแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการใช้งาน ในรูปที่ 6 แสดงตัวต้านทานแบบแผ่นฟิล์มหนาประเภทไร้ขา (Chip Resistor) ตัวต้านทานแบบนี้ต้องใช้เทคโนโลยี SMT (Surface Mount Technology) ในการผลิต มีอัตราทนกำลังประมาณ 0.063 วัตต์ ถึง 500 วัตต์ ค่าความคลาดเคลื่อนบวกลบ 1 % ถึง บวกลบ 5 % (จากหนังสือ Farnell II-Semi Conductor and Passines หน้า 294-310 )

ตัวต้านทานแบบแผ่นฟิล์มบาง (Thin Film Network)

          โครงสร้างของตัวต้านทานแบบนี้ทำมาจากแผ่นฟิล์มบาง  มีลักษณะรูปร่างเหมือนกับตัวไอซี (Integreate Circuit) ใช้เทคโนโลยี SMT (Surface Mount Technology) ในการผลิตเช่นเดียวกับตัวต้านทานแบบแผ่นฟิล์มหนา โดยส่วนใหญ่จะมีขาทั้งหมด 16 ขา การใช้งานต้องบัดกรีเข้ากับแผ่นลายวงจร อัตราทนกำลัง 50 มิลลิวัตต์ มีค่าความคลาดเคลื่อนบวกลบ 0.1 % และอัตราทนกำลัง 100 มิลลิวัตต์ จะมีค่าความคลาดเคลื่อนบวกลบ 5 % ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดไม่เกิน 50 VDC

ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้

          โครงสร้างของตัวต้านทานแบบนี้มีลักษณะคล้ายกับแบบไวร์วาวด์ แต่โดยส่วนใหญ่บริเวณลวดตัวนำ จะไม่เคลือบด้วยสารเซรามิคและมีช่องว่างทำให้มองเห็นเส้นลวดตัวนำ เพื่อทำการลัดเข็มขัดค่อมตัวต้านทาน โดยจะมีขาปรับให้สัมผัสเข้ากับจุดใดจุดหนึ่ง บนเส้นลวดของความต้านทาน ตัวต้านทานแบบนี้ส่วนใหญ่มีค่าความต้านทานต่ำ  แต่อัตราทนกำลังวัตต์สูง การปรับค่าความต้านทานค่าใดค่าหนึ่ง สามารถกระทำได้ในช่วงของความต้านทานตัวนั้น ๆ เหมาะกับงาน ที่ต้องการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเสมอ ๆ

ตัวต้านทานแบบเปลี่ยนค่าได้

          ตัวต้านทานแบบเปลี่ยนค่าได้ (Variable Resistor) โครงสร้างภายในทำมาจากคาร์บอน  เซรามิค หรือพลาสติกตัวนำ ใช้ในงานที่ต้องการเปลี่ยนค่าความต้านทานบ่อย ๆ เช่นในเครื่องรับวิทยุ, โทรทัศน์ เพื่อปรับลดหรือเพิ่มเสียง, ปรับลดหรือเพิ่มแสงในวงจรหรี่ไฟ มีอยู่หลายแบบขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน เช่นโพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer) หรือพอต (Pot)สำหรับชนิด

ที่มีแกนเลื่อนค่าความต้านทาน หรือแบบที่มีแกนหมุนเปลี่ยนค่าความต้านทานคือโวลลุ่ม (Volume) เพิ่มหรือลดเสียงมีหลายแบบให้เลือกคือ 1 ชั้น, 2 ชั้น และ 3 ชั้น เป็นต้น ส่วนอีกแบบหนึ่งเป็นแบบที่ไม่มีแกนปรับโดยทั่วไปจะเรียกว่า โวลลุ่มเกือกม้า หรือทิมพอต (Trimpot)

          ตัวต้านทานแบบเปลี่ยนค่าได้นี้  สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิดด้วยกันคือโพเทนชิโอมิเตอร์(Potentiometer) และเซนเซอร์รีซิสเตอร์ (Sensor Resistor)

โพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer)

         โพเทนชิโอมิเตอร์หรือพอต (Pot) คือตัวต้านทานที่เปลี่ยนค่าได้ในวงจรต่าง ๆ โครงสร้างส่วนใหญ่จะใช้วัสดุประเภทคาร์บอน ผสมกับเซรามิคและเรซินวางบนฉนวน ส่วนแกนหมุนขา กลางใช้โลหะที่มีการยืดหยุ่นตัวได้ดี โดยทั่วไปจะเรียกว่าโวลลุ่มหรือ VR (Variable Resistor) มีหลายแบบที่นิยมใช้ในปัจจุบันคือแบบ A , B และ C

          จากรูปที่ 10 (ก) จะเห็นว่าโพเทนชิโอมิเตอร์มี 3 ขา ขาที่ 1 และ 2 จะมีค่าคงที่ส่วนขาที่ 3 เปลี่ยนแปลงขึ้นลงตามที่ต้องการ ส่วนรีโอสตาทนั้นจะมี 2 ขา ตามรูปที่ 10 (ข) แต่ในกรณีที่ต้องการต่อโพเทนชิโอมิเตอร์ให้เป็นรีโอสตาทก็ทำได้โดยการต่อขาที่ 3 เข้ากับขาที่ 2 ก็จะกลายเป็นรีโอสตาทตามรูปที่ 10 ค ส่วนรูปที่ 10 ง. แสดงโครงสร้างทั่ว ๆ ไปของโพเทนชิโอมิเตอร์้

          อีกชนิดหนึ่งคือจำพวกฟิล์มคาร์บอนใช้วิธีการฉาบหรือพ่นฟิล์มคาร์บอนลงในสารที่มีโครงสร้างแบบเฟโนลิค (Phenolic) ส่วนแกนหมุนจะใช้โลหะประเภทที่ใช้ทำสปริงเช่นเดียวกัน ตัวอย่างเช่น VR 100 KA หมายความว่า การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน ต่อการหมุนในลักษณะของลอกการิทึม (Logarithmic) หรือแบบล๊อกคือเมื่อหมุนค่าความต้านทานจะค่อย ๆ เปลี่ยนค่า พอถึงระดับกลางค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนิยมใช้เป็นโวลลุ่มเร่งความดังของเสียง ส่วนแบบ B นั้นค่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปในลักษณะแบบลิเนีย (Linear) หรือเชิงเส้นคือค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นตามการหมุนที่เพิ่มขึ้น ส่วนมากนิยมใช้ในวงจรชุดควบคุมความทุ้มแหลมและวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า

          ตัวต้านทานแบบโพเทนชิโอมิเตอร์อีกประเภทหนึ่งคือ ตัวต้านทานแบบปรับละเอียด(Trimmer Potentiometers) ตัวต้านทานแบบนี้ส่วนมากมักใช้ประกอบในวงจรประเภทเครื่องมือวัดและทดสอบ เพราะสามารถปรับหมุน เพื่อต้องการเปลี่ยนค่าความต้านทานได้ทีละน้อย และสามารถหมุนได้ 15 รอบหรือมากกว่า ซึ่งเมื่อเทียบกับโพเทนชิโอมิเตอร์ แบบที่ใช้ในเครื่องรับวิทยุและเครื่องเสียง ซึ่งจะหมุนได้ไม่ถึง 1 รอบก็จะทำให้ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

ตัวต้านทานชนิดพิเศษ

          ตัวต้านทานชนิดพิเศษ เป็นตัวต้านทานที่มีคุณสมบัติและการใช้งานที่แตกต่างจากตัวต้านทานทั่ว ๆ ไป เช่นใช้ในการควบคุมอุณหภูมิ ใช้เป็นสวิตช์เปิดปิดไฟด้วยแสง ฯลฯ เป็นต้น

แอลดีอาร์  (LDR : Light Dependent Resistor)

          LDR คือตัวต้านทานชนิดที่มีความไวต่อแสงมาก บางครั้งเรียกว่าตัวต้านทานแบบโฟโต้คอนดัคตีฟเซล (Photoconductive Cells) หรือโฟโต้เซล โครงสร้างภายในโดยทั่วไปจะทำด้วยสารแคดเมียมซัลไฟต์ (Cadmium Sulfide) หรือแคดเมียมเซลีไนต์ (Cadmium Selenide) มีความเข้มของแสงระหว่าง 4,000 A. (Blue Light) ถึง 10,000 A.  (Infrared) 1 A. เท่ากับ 1 x 10-10 M Light

          เมื่อมีแสงมาตกกระทบที่ LDR จะทำให้ค่าความต้านทานภายในตัว LDR ลดลง จะลดลงมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแสงที่ตกกระทบ ในกรณีที่ไม่มีแสงหรืออยู่ในตำแหน่งที่มืดค่าความต้านทานภายในตัว LDR จะมีค่าเพิ่มมากขึ้นตามรูปที่ 16 การทดสอบ LDR อย่างง่าย ๆ คือต่อสายมิเตอร์เข้ากับ LDR ตั้งย่านวัดโอห์ม หาอุปกรณ์ให้แสงสว่างเช่นไฟฉายหรือหลอดไฟ โดยให้แสงตกกระทบที่ตัว LDR ตรงด้านหน้า แล้วสังเกตค่าความต้านทานจากมิเตอร์จะมีค่าลดลง ถ้ามีอุปกรณ์ไปบังแสงทำให้มืด  ค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

หน่วยของความต้านทาน

     หน่วยของความต้านทานวัดเป็นหน่วย “โอห์ม” เขียนแทนด้วยอักษรกรีกคือตัว “โอเมก้า” ค่าความต้านทาน 1 โอห์มหมายถึงการป้อนแรงดันไฟฟ้าขนาด 1 โวลท์ ไหลผ่านตัวต้านทานแล้วมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 1 แอมแปร์

การอ่านค่าความต้านทาน

          ค่าความต้านทานโดยส่วนใหญ่จะใช้รหัสแถบสีหรืออาจจะพิมพ์ค่าติดไว้บนตัวต้านทาน ถ้าเป็นการพิมพ์ค่าติดไว้บนตัวต้านทานมักจะเป็นตัวต้านทานที่มีอัตราทนกำลังวัตต์สูง ส่วนตัวต้านทานที่มีอัตราทนกำลังวัตต์ต่ำมักจะใช้รหัสแถบสี ที่นิยมใช้มี 4 แถบสีและ 5 แถบสี

                   การอ่านค่ารหัสแถบสี สำหรับผู้เริ่มต้นศึกษาอาจจะมีปัญหาเรื่องของแถบสีที่ 1 และแถบสีที่ 4 ว่าแถบสีใดคือแถบสีเริ่มต้น ให้ใช้หลักในการพิจารณาแถบสีที่ 1,2 และ 3 จะมีระยะห่างของช่องไฟเท่ากัน ส่วนแถบสีที่ 4 จะมีระยะห่างของช่องไฟมากกว่าเล็กน้อย

ตัวอย่างที่ 1  ตัวต้านทานมีรหัสแถบสี ส้ม แดง น้ำตาล และทอง มีความต้านทานกี่โอห์ม ?

อ่านค่ารหัสแถบสีได้                              320 โอห์ม

ตัวต้านทานนี้มีความต้านทาน                320 โอห์ม          ค่าผิดพลาด 5 เปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างที่ 2  ตัวต้านทานมีรหัสแถบสี เขียว ดำ ส้ม และเงิน มีความต้านทานกี่โอห์ม ?

อ่านค่ารหัสแถบสีได้                              50,000 โอห์ม

ตัวต้านทานนี้มีความต้านทาน                50 กิโลโอห์ม          ค่าผิดพลาด 10 เปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างที่ 3  ตัวต้านทานมีรหัสแถบสี ม่วง แดง เขียว และน้ำตาล มีความต้านทานกี่โอห์ม ?

อ่านค่ารหัสแถบสีได้                              7,200,000 โอห์ม

ตัวต้านทานนี้มีความต้านทาน                7.2 เมกกะโอห์ม          ค่าผิดพลาด 1 เปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างที่ 4  ตัวต้านทานมีรหัสแถบสี เหลือง เทา แดง ส้ม และน้ำตาลมีความต้านทานกี่โอห์ม ?

อ่านค่ารหัสแถบสีได้                              920 โอห์ม

ตัวต้านทานนี้มีความต้านทาน                920 โอห์ม          ค่าผิดพลาด 2 เปอร์เซ็นต์

          ค่าผิดพลาดหมายถึงความคลาดเคลื่อนจากความเป็นจริง ตัวต้านทานที่มีค่าผิดพลาด 2 % หมายความว่าความต้านทาน 100 โอห์ม ถ้าวัดด้วยมัลติมิเตอร์แล้วอ่านค่าได้ตั้งแต่ 98 โอห์ม ถึง 102 โอห์มถือว่าตัวต้านทานตัวนั้นอยู่ในสถานะปกติใช้งานได้ นอกจากนี้ยังมีตัวต้านทาน ประเภทที่พิมพ์ค่าของความต้านทานไว้บนตัวต้านทานซึ่งในตารางที่ 1 และ 2 ได้เขียนเป็นอักษรภาษาอังกฤษเอาไว้ แต่ละตัวมีความหมายดังนี้คือ

          จากรูป จะมีการพิมพ์ค่าอัตราทนกำลัง,  ค่าความต้านทาน  และ  ค่าผิดพลาด จากในรูปจะเห็นว่ามีการพิมพ์อักษรภาษาอังกฤษเป็นตัว J คือผิดพลา 5 % และตัว K คือผิดพลาด 10 %

การต่อวงจรตัวต้านทาน

          การต่อตัวต้านทานมีอยู่ 3 แบบคือ วงจรอนุกรม, วงจรขนาน และวงจรผสม ในหนังสือเล่มนี้ได้เขียนรายละเอียดของการต่อวงจรทั้ง 3 แบบไว้ในเรื่องวงจรไฟฟ้าเบื้องต้น เพราะฉะนั้นให้ผู้เรียนนำความรู้จากเรื่องวงจรไฟฟ้าเบื้องต้น มาประยุกต์ใช้ในหน่วยการเรียนนี้ ให้เป็นประโยชน์ต่อการศึกษาและทำความเข้าใจต่อไป

Sakhon Sa'Electronic

Author & Editor

Has laoreet percipitur ad. Vide interesset in mei, no his legimus verterem. Et nostrum imperdiet appellantur usu, mnesarchum referrentur id vim.