ตัวต้านทานชนิดที่นิยมใช้มากที่สุด  ในงานอิเล็กทรอนิกส์คือตัวต้านทานแบบคาร์บอน ส่วนประกอบเหล่านี้ทำจากตัวต้านทานทรงกระบอกแข็ง รวมถึงฝาปิดโลหะหรือสายนำ โดยทั่วไปตัวต้านทานจะทำจากวัสดุต่างๆ เช่น โลหะผสมและโลหะ ซึ่งรวมถึงแพลทินัม นิโครม โลหะผสมทังสเตน และทองเหลือง แต่โลหะเหล่านี้ส่วนใหญ่มีค่าความต้านทานไฟฟ้าต่ำกว่าตัวต้านทานแบบคาร์บอน ทำให้การสร้างความต้านทานสูงเป็นเรื่องยาก ตัวต้านทานแบบคาร์บอนมีให้เลือกหลายขนาดและหลายประเภท เช่น ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน และ ตัวต้านทานแบบผสมคาร์บอนตัวต้านทานเหล่านี้ให้ค่าความต้านทานที่แม่นยำสูง จึงใช้ในการเปรียบเทียบและปรับเทียบความต้านทาน บทความนี้จะกล่าวถึงตัวต้านทานแบบคาร์บอนประเภทหนึ่ง นั่นคือ ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน

ตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนคืออะไร/นิยามตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน?

ตัวต้านทานคาร์บอนชนิดหนึ่งที่ใช้ฟิล์มคาร์บอนเพื่อจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่กำหนด เรียกว่าตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน ตัวต้านทานชนิดนี้เป็นตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ที่ออกแบบจากตัวพาเซรามิกผ่านฟิล์มคาร์บอนบางๆ ที่สะอาดล้อมรอบ ฟิล์มคาร์บอนทำงานเหมือนวัสดุต้านทาน สัญลักษณ์ตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน มีลักษณะเหมือนตัวต้านทานทั่วไป ดังแสดงด้านล่าง

การก่อสร้าง

การ สร้างตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน สามารถทำได้โดยใช้วิธีการสะสม เช่น การสะสมฟิล์มคาร์บอนบนพื้นผิวเซรามิก ฟิล์มคาร์บอนนี้มีประโยชน์อย่างมากในการจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้า และเป็นส่วนสำคัญของตัวต้านทานนี้ พื้นผิวเซรามิกทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้าหรือความร้อน จึงช่วยป้องกันตัวต้านทานจากอุณหภูมิสูง

รูปร่างของตัวต้านทานชนิดนี้เป็นรูปทรงเกลียว จึงช่วยให้รับ ค่าความต้านทาน ได้อย่างแม่นยำ จากตัวต้านทานนี้ นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความยาวของตัวต้านทานและลดความกว้างของตัวต้านทานได้อีกด้วย ค่าความต้านทานสามารถปรับได้ง่ายๆ โดยการเพิ่มหรือลดความยาวเส้นทางเกลียว ในกรณีนี้ ตัวต้านทานนี้สามารถป้องกันได้ด้วยการเคลือบผิวด้วยอีพอกซี

ในโครงสร้างข้างต้น ฝาปิดปลายทั้งสองข้างเป็นโลหะ และขั้วต่อทั้งสองทำด้วยวัสดุทองแดงซึ่งเชื่อมต่ออยู่ที่ฝาปิดปลายโลหะทั้งสองข้าง

การไหลของอิเล็กตรอนอาจถูกจำกัดโดยความกว้างของชั้นฟิล์มคาร์บอนในตัวต้านทาน ชั้นบางๆ จะถูกใช้เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานสูงสุด เมื่อความกว้างของชั้นฟิล์มคาร์บอนน้อยลง อิเล็กตรอนจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเนื่องจากพื้นที่ที่น้อยลง ในทำนองเดียวกัน ชั้นหนาจะถูกใช้เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่น้อยลง เมื่อความกว้างของชั้นสูง อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมาก จึงชนกับอะตอมที่มีอยู่มากขึ้น ส่งผลให้สูญเสียพลังงานและความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าที่สามารถรับได้น้อยลง

ตัวต้านทานเหล่านี้  มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ (NTC) สูง และอยู่ระหว่าง 2.5×10-4 Ω/°C และ -8×10-4 Ω/°Cโดยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบของความต้านทานสามารถนิยามได้ว่าเป็นอัตราที่ค่าความต้านทานของวัสดุลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ณ จุดที่ค่าความต้านทานลดลง

หลักการทำงานของตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน

ตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอนทำงานโดยใช้ฟิล์มคาร์บอนบนแผ่นรองรับเซรามิก โดยฟิล์มคาร์บอนทำหน้าที่เป็นวัสดุต้านทานเพื่อจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้า ในขณะที่แผ่นรองรับเซรามิกทำหน้าที่เป็นวัสดุฉนวนป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้าหรืออุณหภูมิ

ในตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน ค่าความคลาดเคลื่อนทั่วไปคือ 2%, 5%, 10% และ 20% ตัวต้านทานเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบสูงกว่าเนื่องจากใช้วัสดุคาร์บอนบริสุทธิ์ ในตัวต้านทานชนิดนี้ ค่าความต้านทานสามารถกำหนดได้จากความหนาของวัสดุฟิล์มคาร์บอน

ตัวต้านทานเหล่านี้มีประโยชน์เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบสูงกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานส่วนใหญ่อยู่ในช่วงระหว่าง 2.5e-4 โอห์ม/1 องศาเซลเซียส และ -8e-4/1 องศาเซลเซียส ตัวต้านทานเหล่านี้ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ดีมาก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานจะลดลง

ข้อมูลจำเพาะ

เมื่อเปรียบเทียบกับประเภทองค์ประกอบคาร์บอน ตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนจะมีคุณลักษณะบางประการดังต่อไปนี้

• ช่วงกำลังไฟที่อุณหภูมิ 70 °C อยู่ที่ 0.125 W ถึง 5 W
• ค่าความต้านทานมีตั้งแต่ 1 โอห์ม ถึง 10 เมกะโอห์ม
• อุณหภูมิในการทำงานอยู่ระหว่าง −55 °C ถึง 155 °C
• แรงดันไฟฟ้าทำงานสูงสุดอยู่ระหว่าง 200 ถึง 600 โวลต์
• ความคลาดเคลื่อนในการเข้าถึงโดยทั่วไปคือ ±2%, ±5%, ±10%, ±20%
• สัญญาณรบกวนสูงสุดคือ 20 µV/V
• ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิอยู่ระหว่าง ±200 ถึง ±1500 ppm/°C
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันไฟฟ้าคือ 0.0005 %/V
• อุณหภูมิตัวต้านทานสูงสุดคือ 150 °C

รหัสสีตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน

โดยทั่วไปตัวต้านทานจะมีแถบสีต่างๆ ซึ่งใช้ในการกำหนดความต้านทานและอัตราความคลาดเคลื่อน จำนวนแถบในตัวต้านทานมีตั้งแต่ 3 แถบสีไปจนถึง 6 แถบสี

ค่าความต้านทานสามารถระบุได้โดยใช้แถบสี 2 แถบแรก แถบที่ 3 ทำหน้าที่เป็นตัวคูณ และแถบที่ 4 คือค่าความคลาดเคลื่อน สำหรับตัวต้านทาน แถบที่ 4 จะอยู่ห่างจากแถบสี 3 แถบแรก

รหัสสีของตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนจะเหมือนกับรหัสสีของตัวต้านทานทั่วไป โปรดดูลิงก์นี้เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับ การคำนวณรหัสสีของตัวต้านทาน

ลักษณะเฉพาะ

ลักษณะ เฉพาะของตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน มีดังต่อไปนี้

• ความแม่นยำของตัวต้านทานชนิดนี้มีตั้งแต่ 2 ถึง 5%
• ช่วงความต้านทานกว้างโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 2.1Ω – 10MΩ
• ค่าความต้านทานที่กำหนดคือ E-48
• แรงดันไฟฟ้าจำกัดสูง
• มีลักษณะความถี่สูงที่ดี
• กำลังไฟที่ได้รับการจัดอันดับ ได้แก่ 1/8 วัตต์ 1/4 วัตต์ 1/2 วัตต์ 1 วัตต์ 2 วัตต์ 5 วัตต์ และ 10 วัตต์
• มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ (NTC) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงภายในแรงดันไฟฟ้าจะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อค่าความต้านทาน

ข้อดี

ข้อดี ของตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน มีดังต่อไปนี้

• ตัวต้านทานนี้สร้างสัญญาณรบกวนต่ำ
• ตัวต้านทานเหล่านี้มีความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าสูง
• ความคลาดเคลื่อนอยู่ในระดับต่ำ
• ไม่แพงครับ.
• ระยะการทำงานกว้าง
• ขนาดมันเล็ก
• ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชั่นที่หลากหลาย

ข้อเสีย

ข้อ เสียของตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอน มีดังต่อไปนี้

• มีค่าความต้านทาน NTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ) สูง ความต้านทานจึงเปลี่ยนแปลงได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานจะลดลง
• มีความจุที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับช่วงความต้านทานเดียวกัน
• โดยจะมีช่วงความต้านทานตามค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

แอปพลิเคชัน

การ ประยุกต์ใช้ของตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนมีดังต่อไปนี้

• ใช้ได้ในกรณีที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูง
• ตัวต้านทานเหล่านี้ใช้ในการแยกวงจร การจำกัดกระแส การแบ่งแรงดัน การลดแรงดันไฟฟ้า การจับคู่ความต้านทาน ตัวกรองการจับคู่โหลดและตัวเก็บประจุ
• แรงดันไฟฟ้าในการทำงานอยู่ที่สูงสุด 15kV ที่อุณหภูมิ 350oC
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในรังสีเอกซ์ แหล่งจ่ายไฟกำลังสูง ระบบเลเซอร์และเรดาร์
• ตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนใช้ในวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้า

นี่คือ ภาพรวมของตัวต้านทานแบบฟิล์มคาร์บอน และการทำงานของมัน ตัวต้านทานเหล่านี้เป็น ตัวต้านทานแบบคง ที่ที่ใช้ฟิล์มคาร์บอนในการทำงานแบบต้านทาน