المقاومات الكهربائية: ما وظيفتها وكيف تختار مقاومة LED؟

في تجربة لوحة التجارب السابقة، استخدمنا مقاومة مع مصباح LED. ورغم صغر هذه القطعة، فإنها تؤدي دورًا أساسيًا في تحديد التيار الذي يمر في الدائرة.

في المقالة الثالثة من رقميات، نتعرّف على المقاومات الكهربائية، ومعنى القيم المكتوبة عليها، وكيف نحسب مقاومة مناسبة لمصباح LED في تجربة بسيطة.

ما هي المقاومة الكهربائية؟

المقاومة Resistor مكوّن يحدّ من مرور التيار الكهربائي، ويظهر بين طرفيه فرق جهد عند مرور التيار خلاله.

تُقاس المقاومة بوحدة الأوم، ورمزها Ω. ومن القيم التي ستجدها في مجموعات المكونات:

القيمة	معناها بالأوم
330 Ω	330 أوم
1 kΩ	1,000 أوم
4.7 kΩ	4,700 أوم
10 kΩ	10,000 أوم

عند ثبات الجهد على المقاومة، تؤدي زيادة قيمتها إلى تقليل التيار المار فيها.

لماذا يحتاج LED إلى مقاومة؟

مصباح LED ليس مصممًا لتوصيله مباشرة بمصدر جهد دون وسيلة مناسبة لتحديد التيار. فقد تؤدي زيادة التيار إلى تلفه.

في التجارب البسيطة، نستخدم مقاومة على التوالي مع LED لتحديد التيار. وتعتمد قيمتها على جهد التغذية، والجهد الأمامي للمصباح، والتيار الذي نريد تشغيله عنده.

لذلك، لا توجد قيمة واحدة مناسبة لجميع مصابيح LED وجميع مصادر التغذية.

كيف نحسب قيمة المقاومة؟

نستخدم العلاقة التالية:

المقاومة = (جهد التغذية − الجهد الأمامي للـLED) ÷ التيار المطلوب

ويُكتب التيار في هذه المعادلة بوحدة الأمبير؛ فمثلًا:

10 ملي أمبير = 0.01 أمبير

مثال عملي على تغذية 5 فولت

لنفترض أن لدينا:

• مصدر تغذية بجهد 5V.
• مصباح LED أحمر بجهد أمامي 2V، وفق بياناته.
• تيار تشغيل مستهدف 10mA، ضمن حدود المصباح.

بالتعويض:

R = (5 − 2) ÷ 0.01 = 300 Ω

يمكننا اختيار القيمة الشائعة الأعلى 330 Ω. ويصبح التيار التقريبي:

I = (5 − 2) ÷ 330 ≈ 9.1mA

هذا الحساب تقريبي؛ فالجهد الأمامي الفعلي يختلف باختلاف المصباح ودرجة الحرارة والتيار. راجع بيانات القطعة عند اختيار المكونات.

هل قدرة المقاومة مهمة أيضًا؟

نعم. قيمة الأوم وحدها لا تكفي؛ فالمقاومة تحوّل جزءًا من الطاقة الكهربائية إلى حرارة، ويجب أن تتحمل القدرة الناتجة.

يمكن حساب القدرة بالعلاقة:

P = I² × R

في المثال السابق، تبلغ القدرة نحو 0.027 واط، لذلك تكون مقاومة ربع واط — 0.25W كافية لهذا المثال بهامش مناسب.

هذا لا يعني أن مقاومة ربع واط تصلح لكل دائرة؛ أعد الحساب إذا تغيّر الجهد أو التيار أو طريقة الاستخدام.

أين نضع المقاومة؟

يمكن وضعها قبل LED أو بعده، بشرط أن يكونا على التوالي في المسار نفسه.

أما وضع مقاومة على التوازي مع LED فلا يؤدي وظيفة تحديد تياره بالطريقة المطلوبة في هذه التجربة.

المقاومة الثابتة العادية لا تحمل قطبية، ويمكن تركيبها بأي اتجاه. لكن LED له طرف موجب وآخر سالب، ويجب مراعاة اتجاهه.

كيف تعرف قيمة المقاومة الموجودة لديك؟

تحمل كثير من المقاومات ذات الأرجل حلقات لونية ترمز إلى القيمة ونسبة السماحية. ويختلف تفسير الحلقات باختلاف عددها، لذلك تأكد أولًا من نوع الترميز.

يمكنك أيضًا استخدام الملتيميتر:

1. افصل التغذية عن الدائرة.
2. اختر وضع قياس المقاومة Ω.
3. قِس المقاومة، ويفضّل خارج الدائرة أو بعد فصل أحد طرفيها.
4. قارن القراءة بالقيمة المطلوبة، مع مراعاة السماحية.

قد تعطيك المقاومة قراءة مضللة داخل الدائرة بسبب وجود مسارات أخرى متصلة بها.

أخطاء شائعة في تجارب البداية

الخلط بين الأوم والكيلو أوم: مقاومة 330 Ω تختلف كثيرًا عن 330 kΩ.

تغيير القيمة أثناء توصيل التغذية: افصل المصدر قبل تعديل الدائرة.

اعتبار المقاومة وسيلة لتحويل أي جهد: المقاومة ليست بديلًا عامًا عن منظم الجهد أو دائرة التغذية المناسبة.

تجاهل حدود لوحة التحكم: إذا شغّلت LED من مخرج أردوينو، فراجع حدود تيار المخرج واللوحة، بالإضافة إلى مواصفات المصباح.

جرّب ولاحظ الفرق

باستخدام مصباح LED واحد وتغذية 5V، يمكنك مقارنة الإضاءة عند استخدام 330 Ω ثم 1 kΩ، مع فصل التغذية قبل الاستبدال. في الظروف نفسها، تقل شدة الإضاءة عادةً مع زيادة المقاومة بسبب انخفاض التيار.

ابدأ بفهم أثر قطعة واحدة، ثم انتقل إلى دائرة أكبر. بهذه الخطوات، تصبح قرارات اختيار المكونات مبنية على حساب وفهم.

رقميات — من الفكرة إلى أول مشروع.